更快地開發(fā)嵌入式系統

無論是汽車還是無人機:為嵌入式系統開發(fā)圖像處理軟件需要大量的時間，因此非常昂貴?，F在，Tulipp平臺使得開發(fā)高效節(jié)能的嵌入式圖像處理系統成為可能，這種系統可以更快、更便宜地開發(fā)，大大縮短了上市時間。弗勞恩霍夫光電子、系統技術和圖像開發(fā)研究所(IOSB)是簡化這一過程的歐盟聯盟的成員之一。

乍一看，無人機、駕駛員輔助系統和移動醫(yī)療診斷設備似乎沒有太多共同之處。但在現實中，它們確實是這樣做的:它們都越來越多地使用圖像處理組件，例如用于檢測障礙物和行人。圖像處理還可與移動x射線設備一起使用，以確保在降低輻射水平時獲得足夠的圖像質量，從而大大減少了放射性照射。

與工作站計算機相比，在工作站計算機中尺寸和能耗并不是特別關鍵的因素，像這樣的應用程序需要小型、輕量級、節(jié)能的圖像處理組件，但這些組件仍然具有實時能力?；趥鹘y計算機架構和處理器的硬件平臺不能很好地滿足這些需求。這就是為什么使用現場可編程門陣列(fpga)的嵌入式系統經常被使用的原因。

現場可編程門陣列是一種邏輯器件，其電路結構可以使用一種特殊的編程方式自由配置，通常涉及到低級語言VHDL。但是，有一個問題:大多數圖像處理應用程序都是用C/ c++等高級編程語言編寫的，它們遷移到嵌入式系統非常復雜。VHDL不僅與其他編程語言有很大的不同，而且代碼還必須適應特定的硬件。這意味著即使現有的VHDL程序也不能轉移到其他硬件上。軟件開發(fā)人員幾乎必須從頭開始使用每個新系統。

用于快速實現特別節(jié)能的嵌入式系統的啟動包

一個由來自6個國家的8個合作伙伴組成的財團，包括位于卡爾斯魯厄的弗勞恩霍夫光電子、系統技術和圖像開發(fā)IOSB研究所，現在已經大大簡化了郁金香項目的這一程序?！敖Y果是一個開發(fā)平臺，包括設計指南、可配置的硬件平臺和支持多核處理器的實時操作系統，以及一個編程工具鏈，”Dr.-Ing說。Fraunhofer IOSB集團經理Igor Tchouchenkov說。“我們在Tulipp的一個合作伙伴投放市場的初學者工具包提供了額外的支持。starter工具包使開發(fā)這樣的應用程序更快、更容易。將c++程序移植到FPGA上，通常意味著開發(fā)人員需要幾個月的工作，而使用Tulipp starter工具包只需幾周就可以完成。

這意味著開發(fā)人員首先必須考慮，基于c++編寫的軟件，哪些代碼元素應該分配給哪些硬件組件，哪些程序步驟可以優(yōu)化或并行化。制定的設計指南為這項任務提供了幫助。然后開始比賽。它包含可配置的硬件，必要的傳感器和輸出設備可以連接到這些硬件，支持多處理器的實時操作系統，以及所謂的sthey工具鏈。工具鏈中的應用程序使得對c++程序進行優(yōu)化成為可能，這樣就可以盡可能輕松、快速地將其移植到FPGA上。Tchouchenkov說:“工具鏈的一個特別重點是能源優(yōu)化:畢竟，目標是設計盡可能由小電池供電的圖像處理系統?！薄肮ぞ哝準箚为氾@示和優(yōu)化每個代碼功能的能耗成為可能?！?/p>

比高端電腦快100倍

該財團通過三個具體的用例來開發(fā)和測試Tulipp平臺:弗勞恩霍夫IOSB研究小組解決基于立體相機的障礙檢測無人機,而其他項目合作伙伴在行人檢測附近的一輛汽車和生活質量提高x射線圖像的移動C-Arms在外科手術。在Tulipp中，他們將相應的圖像處理軟件從c++移植到FPGA。

結果令人印象深刻:原本在高端PC上分析一張圖片需要幾秒鐘，現在可以在無人機上實時運行，也就是說，現在大約每秒分析30張圖片。“行人檢測算法的速度可以提高100倍:現在系統每秒可以分析14幅圖像，而不是每7秒分析一幅圖像。”應用消聲濾光片可提高x光圖像的質素，令手術期間的輻射強度減至原來的四分之一。同時，這三種應用都可以顯著降低能耗。