用于輔助駕駛系統的可編程平臺的開發和應用

安全性是汽車消費者最關心的問題了。圖1給出了Visteon進行的一項研究結果，圖中顯示出客戶對汽車的要求，而車輛安全性位于核心。對于汽車安全性的關注不僅僅是為了司機和乘客，還有道路上的其他人。安全設備已經從物理領域轉向電子領域，從輪胎和剎車技術的進步，到側撞保護和安全氣囊，直到今天的輔助駕駛系統。最新的汽車采用了大量的電子技術和傳感器，不斷監測和評估周圍的環境、為司機顯示相關信息，并且在某些情況下，甚至接管車輛的控制。在提高汽車安全性、舒適性和駕駛效率方面，這些電子系統起著重要的作用。

　　輔助駕駛系統可提供基本的安全功能，如增加紅外（IR）相機來提高觀察能力。更為先進的設計還可利用范圍廣泛的傳感器來提醒潛在的危險情況，從而使車輛可意識到周圍的交通情況、車道和行駛方向以及可能的碰撞目標。最終的目標是車輛能夠自動對這種信息做出反應，為司機提供信息以及特殊情況下的車輛控制能力，從而可保證乘客的安全。例如，有些最新的卡車中安裝了視頻攝像機來監視前面的道路情況。如果車輛在沒有使用指示燈的情況下改變行駛路徑，比如可能是由于司機太疲勞了，那么系統就會通過車內的揚聲器給出聲音告警。

　　通過消除繁瑣的駕駛動作，輔助駕駛還可提供更高的舒適水平。例如，傳統的巡航控制允許司機設定一個固定的行駛速度，同時在需要時可手動控制。而現在的汽車則提供自動巡航控制（ACC）功能，可以自動控制油門和剎車來適應前面車輛的速度，從而與其保持安全距離。如果前面的車輛加速開走或改變行駛路徑，ACC會自動返回傳統巡航控制的預設速度。

　　輔助駕駛系統還有希望利用所謂的“電子牽引裝置”來提高交通效率。例如，車隊的領頭卡車由司機手動駕駛，但后隨的卡車則自動駕駛。除了減輕司機的許多負擔以外，卡車間的距離也可大大縮短，因為電子響應速度更為迅速。這樣不僅可節約完整的道路面積空間，而且由于前面車輛的后向氣流的影響，還要節約燃料。

　　另一種新興的安全技術稱為“被動式乘員識別系統”。美國政府要求從2006年開始的所有新款汽車都必須能夠根據乘員的體型來打開氣囊。此類系統使得保護氣囊能夠“智能”打開或收縮。這種基于乘員體重的系統將可幫助汽車制造商滿足最近公布的《美國聯邦車輛標準安全法規》FMVSS-208的要求。該法規要求氣囊必須能夠針對不同乘員的體重更為有效地打開。從2004年開始，每家汽車制造商在美國銷售的車輛中有35%必須裝備先進的氣囊系統，這一數字到2006 年將提高到接近100%。較為簡單的系統采用安裝在乘員座墊下的體重傳感器技術來實現。高級乘員識別算法和快速信號處理使汽車氣囊控制器可根據不同的情況來打開或收縮乘員氣囊，從而可大大提高乘員安全性并降低修理成本。更為高級的系統則采用安裝在車內的相機來檢測和識別乘員，同時在算法上考慮到乘員調試及離氣囊的距離來判斷事故發生時氣囊打開的時間、速度和程度。

　　Xilinx FPGA在輔助駕駛系統中的應用

　　圖2給出了賽靈思現場可編程門陣列（FPGA）應用于ACC輔助駕駛系統的一個概念性框圖。

　　系統劃分為超高速輸入處理和相對低速的傳感器輸入和輸出控制信息，每個部分都在相應處理器（例如，一個Xilinx MicroBlaze 32嵌入式軟內核處理器或者Virtex-II Pro FPGA中嵌入的IBM PowerPC）的控制之下。高速部分專用于對安裝在車輛前面的視頻攝像信息進行實時處理。由于應用（防碰撞、緊急處理和告警）本身的特點，實時處理絕對是非常關鍵的。通常需要兩個或更多相機來獲得立體圖像，這樣就可以在FPGA中計算出圖像的深度（直接與前面物體的實際距離相關）。結合雷達和激光測量，以及來自陀螺儀和車輪傳感器的運動檢測信息，可以相當準確地計算出車輛周圍的情況和行駛路線。利用完全靈活的FPGA來代替成品視頻組件，設備制造商可容易地開發出區別于競爭廠商系統性能的、獨特的、優化的邊緣檢測、圖像深度和增強算法。實時捕捉并處理這些信息需要使用計算密集的數字信號處理（DSP）算法。然而，軟件處理無法滿足性能要求；盡管傳統DSP處理器也是一種選擇，但通常需要多片器件才能完成如此高速的任務。甚至ASSP視頻處理器也無法與 Xilinx FPGA（也稱為XtremeDSP處理）的極高速DSP性能相比。在視頻處理完以后，決策樹機制可以劃分為針對緊急算法（如緊急的防碰撞過程）的硬件部分，以及用于行駛路徑偏差等的聲音告警的處理器軟件部分。將速度關鍵的處理過程劃分到FPGA硬件中還可以對實時速度進行測試，而這對于軟件是不可能的。