基于Blackfin系列處理器實現車輛輔助駕駛系統的設計

引言

20世紀八十年代以來．電子技術和計算機技術快速發展，汽車行駛安全方面的研究也進入了一個嶄新的領域。其發展方向主要體現在智能化的汽車主被動安全研究，其中安全輔助駕駛是當前國際智能交通系統研究的重要內容之一。目前CCD或CMOS攝像機配合性能優良和價格低廉的DSP處理器在車輛安全輔助駕駛領域中的應用也不斷增加。其中ADI公司的Blackfin系列處理器基于ADI和Intel公司聯合開發的微信號架構（Micro Signal Architecture．MSA）．應用于交通標志識別、智能燈光控制、車道變換輔助、盲點識別、后視攝像機和停車輔助、自適應巡航系統（Adaptive Cruise Control，ACCl、夜間輔助駕駛和智能安全氣囊等。因此對Black6n系列處理器的硬件開發為整個系統提供良好的研究平臺和開發環境。

1 車輛輔助駕駛系統框架設計

圖1系統總體框架

車輛輔助駕駛的主要目的是為了提高汽車行駛的安全性。通過安裝在車輛上的各種傳感器獲得車輛、道路狀況以及周圍車輛狀況等信息．為駕駛員提供有效的預警信號．并在一定的條件下對車輛實施安全控制。系統主要由視覺系統、雷達系統、輔助駕駛控制系統、機械式自動變速控制系統、發動機控制系統、制動控制系統組成，感知車輛狀態的傳感有制動踏板位移傳感器、油門踏板位移傳感器、轉向角度傳感器、車輪轉速傳感器、加速度傳感器，其框架結構如圖1所示。

1．1環境感知系統

視覺傳感器采用AIR-7010C CCD攝像機．通過ADV7183接入ADSP-BF561并行輸入輸出外圍接口單元進行視頻解碼，雷達系統采用IBEO公司的LD-ML多層激光雷達系統．經過視覺處理算法后的圖像數據與雷達數據進行數據融合．最終得出障礙物的有效信息，并通過CAN總線發送至輔助駕駛控制單元進行策略控制。

1．2底層控制系統

系統通過CAN總線獲取有效的車輛行駛狀態信息和車輛行駛環境信息，監控車輛的縱向和橫向行駛安全，在一定的行駛條件下對車輛縱向行駛進行干預控制。輔助駕駛控制策略單元通過獲取環境感知傳感器與車輛狀態傳感器而對發動機轉速的控制、機械式自動變速器fAM，I‘）檔位和離合器的控制、制動系統的控制。

2 硬件系統的組成與設計

Blackfin處理器架構基于一個10級RISC MCU/DSP流水線和一個專為實現最佳代碼密度而設計的混合16/32位指令集架構．除此之外還包含加速視頻和圖像處理的指令，因此Blackfin系列的處理器應用于通信、圖像、語音等方面，ADSP-BF561是目前Blackfin家族中性能最高的一款處理器，其特點如下：

1）2個對稱最高頻率可達600MHz的高性能Blackfin內核；

2）每個內核包括2個16位MAC、2個40位ALU、4個8位視頻ALU以及1個40位移位器：

3）內核電壓0.8V-1.2V，兼容3.3V及2.5V I/O；，

4）328K Bytes片內存儲器．每個內核32Kbytes的Ll指令SRAM/Cache、64Kbytes的L1數據SRAM/Cache、4KBytes的L1臨時數據SRAM，128Kbytes共享的L2 SRAM：

5）2個并行輸入/輸出外圍接口單元（PPI），支持ITU-R656視頻數據格式：2個雙通道全雙工同步串行接13，支持8個立體聲璐通道：2個16通道DMA控制器和1個內部存儲器DMA控制器；12個通用32-bit定時肘數器；支持IrDA的UART；2個“看門狗”定時器；48個可編程標志引腳；1x-63x倍頻的片內PLL。

2．1電源及復位電路

在設計電源電路時．需要考慮電源的負載能力、可靠性和穩定性。同時需要考慮系統需要多少種電源．ADSP-BF56l外部I/O供電電壓為3.3V．內核供電電壓為1.2V．因此系統需要+5V、+3.3V、+1.2V．首先通過DC-DC2405把車上的+24v轉換成+5V．然后通過LT1765把+5V轉換成+3.3V．ADP3336把+3.3v轉換成+1.2v。復位電路采用ADM708復位芯片．并在電路中加入手動按鈕。實現手動復位功能．方便程序的調試。

2．2時鐘電路

有源品振信號質量好、比較穩定、連接簡單和不需要復雜的配置電路。因此ADSP-BF561系統輸入時鐘采用30MHz的外部有源品振然后通過其內部鎖相環PLL把頻率進行相應的倍頻作為ADSP-BF561的總線頻率和SDRAM的時鐘頻率，同時由于并行輸入，輸出外圍接13和視頻編解碼芯片的時鐘需要，需要把27MHz有源晶振通過IDT2305分成4路輸出。

2．3存儲擴展電路

SDRAM是同步尋址存儲器，由塊、行和列組成．全部讀店操作鎖定于一個處理器源時鐘，一旦處理器對SDRAM進行初始化。該存儲器必須不斷更新，以確保能保持它的狀態．SDRAM的時鐘速率可變，工業上最常用的是PCI00和PCI33，最高時鐘頻率分別為100MHz和133MHz。ADSP-BF561擁有SDRAM控制器（SDC）與SDRAM的無縫連接，其連接如圖2（a）所示，系統采用MT48LCl6M16A2，容量為32MHz，最高頻率為133MHz。

ADSP-BF561具有異步存儲器控制器（AMc），與SDRAM控制器共享數據和地址引腳。當上電復位或者軟件初始化復位后．處理器采樣復位配置寄存器BMODE引腳，執行引導功能。系統采用BMODEIO為由8116位Flash引導模式，并選用NORFLASH作為引導代碼存儲器，所選芯片為容量8MB的M29W640DT．其連接方式如圖2（b）所示。

a） SDRAM

b）Flash

圖2存儲器連接

2．4并行輸入/輸出外圍接口電路

ADSP-BF561提供兩個可直接與并行A/D和D/A轉換器、符合ITU-601/656標準的視頻編碼和解碼器以及與其他通用外設連接的并行接13（PPI），每個PPI包括一個專用時鐘引腳，由時鐘電路產生。3個幀同步引腳和16個數據引腳。通過視頻解碼器ADV7183與ADSP-BF561的PPl0連接．視頻編碼器ADV7179與ADSP-BF561的PPll連接．從而實現車輛輔助駕駛系統中的環境感知傳感和人機界面功能．其連接如圖3所示。

圖3并行輸入/輸出連接

2．5 CAN接口電路

CAN（Controller Area Network）總線，即控制器局域網總線．是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡．目前已廣泛用于汽車等控制領域。利用ADSP-BF561處理器串行SPI總線接口單元與CAN控制器MCP2515芯片的無縫連接．通過對轉換芯片內部寄存器的操作．并通過CAN接收器SN65230芯片實現數據的收發。

3 軟件及實驗分析

系統的硬件設計是后續代碼編寫和算法實現的基礎．因此完成上述系統的硬件開發后，編寫底層驅動模塊和系統軟件框架，并把視覺處理算法進行相關移植。ADI公司提供一套完整的軟件開發工具Visual DSP++，利用Visual DsP++項目管理環境，程序員可以方便的開發和調試應用程序，同時開發軟件的編譯器能有效地將C，C十+代碼轉換為Blackfin DSP的匯編代碼．采集結果如圖4（a）所示。

ADSP-BF561為對稱雙核處理器，因此在程序編寫的時采用不同內核處理不同工作，并根據硬件接口進行調試軟件的編寫．CoreA工作主要包括設置時鐘頻率、初始化SDRAM控制器、初始化視頻編解碼器、初始化PPl0和中斷、使能PPIO．以ITU656模式進行獲取，獲取到的幀存放在SDRAM中：CoreB工作主要包括設置時鐘頻率、初始化PPI1和中斷、使能PPI1，以通用輸出模式執行視頻輸出，軟件流程如圖4（b）所示。

a） 采集界面

b）軟件流程

圖4采集界面及流程圖

4 結論

本系統采用了ADI公司功能強大的媒體處理器ADSP-BF561．在完成最小系統和擴展功能硬件開發后．可以在該硬件平臺上方便地進行代碼和算法開發．視覺處理系統在整個系統設計中起著重要作用．其硬件設計的成功完成．能夠縮短開發周期．降低開發成本并且為車輛輔助駕駛系統的開發打下堅實基礎。

本文作者創新點：利用數字信號處理器ADSP-BF561進行車輛輔助駕駛系統硬件設計，實現視頻實時采集與顯示．為車輛輔助駕駛視覺處理算法開發提供實驗平臺。

經濟效益：本系統已在東風某重型車上得到試驗應用，具有良好的應用前景。

責任編輯：gt