用于LiDAR的Zynq UltraScale+ MPSoC系統級模塊

激光雷達已成為許多科學和軍事應用的重要遙感技術。它提供3D結構的高分辨率和精確測量，輕松將接收到的數據轉換為3D地圖以解釋周圍環境，即使在具有挑戰性的天氣和照明條件下也能保持不受影響。

Zynq UltraScale+ MPSoC 支持激光雷達技術的適應性

Zynq UltraScale+ MPSoC器件支持基于 SoC 的自適應產品設計，這對于激光雷達應用實施非常有前途。將處理器和FPGA架構集成到單個器件中，可以為任何給定領域快速部署靈活而優化的解決方案。

FPGA 的可編程性為開發產品定制功能提供了極大的靈活性。此外，FPGA有可能通過采用多級并行性來加快處理速度。

Zynq UltraScale+ MPSoC 系列將實時控制與軟硬引擎相結合，用于圖形、視頻、波形和數據包處理。因此，MPSoC 設備功能強大且靈活，足以為 LiDAR 傳感器提供高級功能：信號處理、點云預處理和點云機器學習加速。此外，Zynq MPSoC 器件以高能效而聞名，這對激光雷達至關重要。

為什么要使用 SoM 方法來構建激光雷達產品

使用模塊系統方法構建LiDAR產品，通過減輕設計周期中涉及的幾個復雜性，提供了顯著的好處。產品設計人員可以通過消除設計中復雜的硬件部分來專注于開發固件和軟件堆棧。這顯著縮短了上市時間，降低了產品開發成本。

此外，在遷移到更高計算 SoM 時，模塊系統為設計人員提供了巨大的可擴展性和靈活性，而無需更改載卡的設計。

Zynq MPSoC 系統基于激光雷達模塊特性

Zynq UltraScale+ MPSoC SoM采用異構 Arm? + FPGA 架構，提供處理系統 （PS） 和可編程邏輯 （PL） 的強大組合。

• PS包含一個四核Arm Cortex-A53處理器，工作頻率高達1.5 GHz，以及一個實時處理單元，配備Arm Cortex-R5?處理器，工作頻率高達600 MHz。* PL 基于 16 nm UltraScale+ 架構，包含高達 504 K 的可配置邏輯塊、塊 RAM 和 DSP 元件

圖 1：Zynq UltraScale+ MPSoC SoM。（圖片來源：iWave Systems）

其他好處包括：

• 任意接口* 設計工具鏈* 圖像處理能力* 加速神經網絡* 安全和安保功能

任意接口

符合不同的接口標準是傳感器接口和處理帶來的重大挑戰。典型的解決方案應能夠支持MIPI、JESD204B、LVDS和GigE等高速接口，以支持攝像頭、雷達和激光雷達等高帶寬傳感器。傳感器接口和處理還需要與使用CAN、SPI、I2C和UART等標準的加速度計的低帶寬傳感器接口。

Zynq UltraScale+ MPSoCs PS 和 PL 支持各種行業標準接口，如 CAN、SPI、I2C、UART 和 GigE。PL I/O 靈活性允許與 MIPI、LVDS 和千兆串行鏈路直接接口，從而允許在 PL 內實現更高級別的協議。

通過在硬件設計中提供正確的 PHY，PL 可以實現任何接口，從而提供任意接口。

設計工具鏈

Zynq UltraScale+ 器件隨附 Vivado 設計套件，用于配置 PS 和 PL 設計。Vivado 提供完整的 PL 開發體驗，包括對合成、布局布線和仿真的支持。

在開發軟件解決方案時，Vitis 會發揮作用。Vitis 支持使用 PetaLinux 和 FreeRTOS 等實時操作系統進行嵌入式 Linux 開發。

除了系統開發功能外，Vitis 還支持 PL 內使用 OpenCL 的內核加速。

圖像處理能力

圖像處理在用于導航和監控的LiDAR應用中至關重要。通常，這些系統中使用的算法是在OpenCV等高級框架中創建和建模的。

Zynq UltraScale+ MPSoC EV 系列包含一個 H.264/H.265 視頻編解碼器單元，以支持圖像處理。

加速神經網絡

除了圖像處理，機器學習是開發自動化應用程序的關鍵技術。機器學習有助于對高速公路上的物體進行分類，或觀察和監控乘員。

為了實現這一點，Viti AI 提供了模型庫、AI 編譯器、優化器、量化器和剖析器，以將應用程序部署到深度學習處理單元上。

安全和安保功能

高級加密標準 （AES） 用于保護 Xilinx 器件的配置。

Zynq UltraScale+ MPSoC 器件通過 PS 中的配置安全單元 （CSU） 進一步實施分層安全解決方案。CSU 支持 AES 256-GCM、4096 RSA 乘法器和 SHA-384，提供機密性、身份驗證和完整性功能。

通過內置系統監視器的防篡改響應使客戶能夠跟蹤SoM的器件電壓和芯片溫度。

跨 iWave Zynq MPSoC SoM 的可擴展性

iWave 為 Zynq UltraScale+ MPSoC 系列提供廣泛的系統模塊產品組合，從 ZU4 到 ZU19 變體。這些模塊服務于各種行業，包括高端工業、軍事和國防。

在邏輯密度、I/O 可用性、收發器通道數量和高速 DDR 設計方面，這些系統模塊為終端應用提供了出色的可擴展性。因此，設計的載板可以覆蓋各種終端產品的多個 I/O 端口，從具有 192 K 邏輯單元的 ZU4 到具有高達 1.1 M 邏輯單元的 ZU19。