從Karl Benz發(fā)明汽車到福特(Ford)率先投入量產(chǎn)，汽車的發(fā)展之路由來(lái)已久，輔助駕駛的各種裝置也在此后逐漸成長(zhǎng)；上個(gè)世紀(jì)末期的80年代，更誕生了第一個(gè)導(dǎo)入半導(dǎo)體的輔助裝置：以GPS為基礎(chǔ)的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)。

時(shí)至今日，幾乎每一臺(tái)車都配備了防鎖死煞車系統(tǒng)(Anti-Blocking System，ABS)和電子車身穩(wěn)定系統(tǒng)(Electronic Stability Program, ESP)，透過(guò)高品質(zhì)電機(jī)裝置的使用，來(lái)提供駕駛和汽車的乘客更佳的安全性。畢竟，從60年代開始的自動(dòng)駕駛汽車?yán)硐胍舱鸩綄?shí)現(xiàn)，只是時(shí)間的問(wèn)題而已(圖1)。

圖1 1950年代的人們對(duì)自駕車的想像
圖片來(lái)源：維基百科

除了油電混合電動(dòng)車和電動(dòng)車之外，先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和自駕車亦是瑞薩在自動(dòng)化市場(chǎng)的重點(diǎn)。ADAS和自駕車應(yīng)用需要系統(tǒng)單晶片(SoC)高階的運(yùn)算能力，來(lái)分析車子的周遭環(huán)境和認(rèn)知運(yùn)算(Cognitive Computing)，并透過(guò)其高效能的控制功能，讓駕駛汽車既安全又舒適。然而，被汽車制造業(yè)者和消費(fèi)者公認(rèn)為終極目標(biāo)的自動(dòng)駕駛完全實(shí)現(xiàn)之前，ADAS將以相當(dāng)?shù)囊?guī)模大幅成長(zhǎng)(圖2)。

圖2 ADAS的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)自駕車

借ADAS提升駕駛體驗(yàn)三大區(qū)塊/功能安全不可少

ADAS的首要目標(biāo)是為駕駛員提供安全方面的幫助，對(duì)于其他移動(dòng)和行人交通參與者來(lái)說(shuō)也是如此。此外，ADAS應(yīng)該要增強(qiáng)駕駛?cè)说鸟{駛舒適度，而且要能夠改善經(jīng)濟(jì)和環(huán)境之間的平衡。

一個(gè)典型的ADAS是由三個(gè)主要建構(gòu)區(qū)塊組成(圖3)，包含：感測(cè)/分析區(qū)塊(Sensing and Analyzing)、融合/決策區(qū)塊(Deciding)、控制區(qū)塊或稱致動(dòng)器區(qū)塊(Controlling)。感測(cè)/分析元件、融合/決策元件是車子的「眼睛和頭腦」，它們具備駕駛輔助功能或者可進(jìn)行自動(dòng)駕駛。這個(gè)系統(tǒng)能夠偵測(cè)、辨識(shí)和接收來(lái)自車輛周圍的資訊，將這些數(shù)據(jù)結(jié)合之后，再根據(jù)交通狀況進(jìn)行決策?？刂撇糠指鶕?jù)作出的決定執(zhí)行命令，而得以舒適且安全地駕駛汽車。

圖3 ADAS運(yùn)行架構(gòu)示意圖示意

由于這些元件最終對(duì)ADAS和自動(dòng)駕駛都極為重要，瑞薩電子已經(jīng)推出具自主性、開放性、創(chuàng)新性且可信賴的Renesas autonomy平臺(tái)，可供輔助駕駛和自動(dòng)駕駛所用。

瑞薩ADAS解決方案所具備的自主性，能夠提供各種選擇方案，讓客戶選擇最適合其所需的核心元件。從具彈性且可編程核心到高度最佳化硬體加速器，瑞薩提供的選擇，能夠在最低的功耗下，提供最高的效能。除了高效能之外，功能性安全(Functional Safety)也是實(shí)現(xiàn)ADAS以至自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵。

汽車產(chǎn)業(yè)目前正廣泛地使用ISO26262的安全標(biāo)準(zhǔn)，讓具關(guān)鍵性的安全功能達(dá)到安全性的目標(biāo)。微處理器提供對(duì)ASIL-D的支援，例如支援ASIL-D的RH850-P1H系列，正逐漸成為標(biāo)準(zhǔn)。然而，在復(fù)雜且具高效能的SoC上滿足安全要求是新的課題，隨著人們對(duì)自動(dòng)化汽車日益增長(zhǎng)的需求，此一議題的處理就變得相當(dāng)必要。

由于SoC架構(gòu)的復(fù)雜性，要在額外增加最少的系統(tǒng)成本之下來(lái)實(shí)現(xiàn)功能安全，就需要對(duì)底層安全機(jī)制的整合，有相當(dāng)詳細(xì)的Know-How和經(jīng)驗(yàn)。在自動(dòng)駕駛模式的關(guān)鍵安全方面，針對(duì)安全要求的詳細(xì)分析和目標(biāo)應(yīng)用案例必須一并列入考慮。這是評(píng)估安全方面的相關(guān)性與大規(guī)模生產(chǎn)成本效益的唯一方式。

瑞薩自2008年起，已經(jīng)在其P系列的微處理器上首次實(shí)現(xiàn)安全性功能，并已遵循包含了整合性安全概念的ISO 26262認(rèn)證。同樣的情形也適用于其R-Car系列SoC，它們也包含了一個(gè)具安全性的作業(yè)系統(tǒng)。

協(xié)助辨別號(hào)志、路況前置攝影頭具發(fā)展?jié)摿?/h2>

在ADAS和自動(dòng)駕駛的環(huán)境下，汽車的前置攝影鏡頭是一個(gè)獨(dú)特的感測(cè)器。它和雷達(dá)、光達(dá)或超音波等感測(cè)技術(shù)最大的不同是在于，前置攝影鏡頭能夠辨識(shí)路標(biāo)，交通標(biāo)志和紅綠燈(圖4)。除此之外，它也能夠偵測(cè)物體。例如，透過(guò)提供數(shù)據(jù)以便于辨識(shí)汽車或行人，偵測(cè)他們的移動(dòng)路徑并測(cè)量距離等。藉由這樣的方式，前置攝影鏡頭就是感測(cè)器，能夠在良好的視線條件下啟動(dòng)自動(dòng)緊急剎車或者提供自動(dòng)駕駛車輛所需的資訊。

圖4 前置鏡頭在ADAS上的應(yīng)用范例

因此，前置攝影鏡頭對(duì)于要遵守NCAP要求的汽車制造業(yè)者而言，扮演著相當(dāng)重要的角色。這個(gè)要求可以減少車主和其他用路人之間發(fā)生的意外?？梢灶A(yù)期的是，在未來(lái)的車輛上會(huì)大量配備前置攝影鏡頭。這就需要能夠以最低的成本，來(lái)提供前置攝影鏡頭給汽車業(yè)者才行。

前置攝影鏡頭的挑戰(zhàn)是如何在低功耗的前提下滿足對(duì)高效能電腦視覺(jué)和高水準(zhǔn)功能性安全的需求。這是一個(gè)嚴(yán)格的要求，因?yàn)樾⌒偷那爸脭z影鏡頭機(jī)身，包含感測(cè)器本身和SoC，而攝影鏡頭是被放在擋風(fēng)玻璃旁邊，在這個(gè)位置上，前置攝影鏡頭暴露在直射的陽(yáng)光下，這樣會(huì)增加前置攝影鏡頭頂部所產(chǎn)生的溫度。因此，前置攝影鏡頭上零件的功耗必須維持在最小的狀態(tài)。

來(lái)自瑞薩自主平臺(tái)的V3M是針對(duì)NCAP前置鏡頭所設(shè)計(jì)的，其架構(gòu)如圖5所示，能為電腦視覺(jué)帶來(lái)高效能、低功耗和高度的功能安全性。利用不同的加速器，V3M實(shí)現(xiàn)具頂級(jí)效能的電腦視覺(jué)異質(zhì)平臺(tái)：由DMA所提供的一個(gè)多功能管線引擎(IMP)和一個(gè)電腦視覺(jué)引擎(CVE)，用以控制記憶體傳輸，讓R-Car V3M更適用于演算法如光流、物體偵測(cè)和分類，深度神經(jīng)網(wǎng)路和卷積神經(jīng)網(wǎng)路等。

圖5 R-Car V3M架構(gòu)

V3M配備一個(gè)整合型影像信號(hào)處理器(Image Signal Processor, ISP)，可以增強(qiáng)來(lái)自照相機(jī)感測(cè)器的原始圖像的品質(zhì)，使其可以為機(jī)器視覺(jué)識(shí)別做好準(zhǔn)備。這樣的整合省卻了在前置鏡頭或在感測(cè)器本身額外增加一個(gè)ISP元件的需求。此系統(tǒng)擁有一個(gè)單一的DDR3L記憶體通道。

另外，V3M尚整合一個(gè)雙Cortex A53供應(yīng)用軟體所使用和一個(gè)Cortex R7 Lockstep核心來(lái)執(zhí)行Autosar(圖6)。當(dāng)使用案例包含Cortex R7 Lockstep核心和額外的安全特性時(shí)，其應(yīng)用領(lǐng)域是專門用來(lái)符合ASIL B的安全性評(píng)等，以達(dá)到ASIL-C的安全性等級(jí)。這個(gè)合理的架構(gòu)減少了對(duì)外部元件的需要，并將物料表內(nèi)容維持在最少的狀況，同時(shí)也提供高性能并隨時(shí)確保安全性。

圖6 V3M所用元件之性能、彈性關(guān)系示意圖

(本文作者為歐洲瑞薩電子汽車ADAS及安全解決方案事業(yè)處全球ADAS中心經(jīng)理)