用于LiDAR的Zynq UltraScale+ MPSoC系统级模块

激光雷达已成为许多科学和军事应用的重要遥感技术。它提供3D结构的高分辨率和精确测量，轻松将接收到的数据转换为3D地图以解释周围环境，即使在具有挑战性的天气和照明条件下也能保持不受影响。

Zynq UltraScale+ MPSoC 支持激光雷达技术的适应性

Zynq UltraScale+ MPSoC器件支持基于 SoC 的自适应产品设计，这对于激光雷达应用实施非常有前途。将处理器和FPGA架构集成到单个器件中，可以为任何给定领域快速部署灵活而优化的解决方案。

FPGA 的可编程性为开发产品定制功能提供了极大的灵活性。此外，FPGA有可能通过采用多级并行性来加快处理速度。

Zynq UltraScale+ MPSoC 系列将实时控制与软硬引擎相结合，用于图形、视频、波形和数据包处理。因此，MPSoC 设备功能强大且灵活，足以为 LiDAR 传感器提供高级功能：信号处理、点云预处理和点云机器学习加速。此外，Zynq MPSoC 器件以高能效而闻名，这对激光雷达至关重要。

为什么要使用 SoM 方法来构建激光雷达产品

使用模块系统方法构建LiDAR产品，通过减轻设计周期中涉及的几个复杂性，提供了显着的好处。产品设计人员可以通过消除设计中复杂的硬件部分来专注于开发固件和软件堆栈。这显著缩短了上市时间，降低了产品开发成本。

此外，在迁移到更高计算 SoM 时，模块系统为设计人员提供了巨大的可扩展性和灵活性，而无需更改载卡的设计。

Zynq MPSoC 系统基于激光雷达模块特性

Zynq UltraScale+ MPSoC SoM采用异构 Arm® + FPGA 架构，提供处理系统 （PS） 和可编程逻辑 （PL） 的强大组合。

• PS包含一个四核Arm Cortex-A53处理器，工作频率高达1.5 GHz，以及一个实时处理单元，配备Arm Cortex-R5®处理器，工作频率高达600 MHz。* PL 基于 16 nm UltraScale+ 架构，包含高达 504 K 的可配置逻辑块、块 RAM 和 DSP 元件

图 1：Zynq UltraScale+ MPSoC SoM。（图片来源：iWave Systems）

其他好处包括：

• 任意接口* 设计工具链* 图像处理能力* 加速神经网络* 安全和安保功能

任意接口

符合不同的接口标准是传感器接口和处理带来的重大挑战。典型的解决方案应能够支持MIPI、JESD204B、LVDS和GigE等高速接口，以支持摄像头、雷达和激光雷达等高带宽传感器。传感器接口和处理还需要与使用CAN、SPI、I2C和UART等标准的加速度计的低带宽传感器接口。

Zynq UltraScale+ MPSoCs PS 和 PL 支持各种行业标准接口，如 CAN、SPI、I2C、UART 和 GigE。PL I/O 灵活性允许与 MIPI、LVDS 和千兆串行链路直接接口，从而允许在 PL 内实现更高级别的协议。

通过在硬件设计中提供正确的 PHY，PL 可以实现任何接口，从而提供任意接口。

设计工具链

Zynq UltraScale+ 器件随附 Vivado 设计套件，用于配置 PS 和 PL 设计。Vivado 提供完整的 PL 开发体验，包括对合成、布局布线和仿真的支持。

在开发软件解决方案时，Vitis 会发挥作用。Vitis 支持使用 PetaLinux 和 FreeRTOS 等实时操作系统进行嵌入式 Linux 开发。

除了系统开发功能外，Vitis 还支持 PL 内使用 OpenCL 的内核加速。

图像处理能力

图像处理在用于导航和监控的LiDAR应用中至关重要。通常，这些系统中使用的算法是在OpenCV等高级框架中创建和建模的。

Zynq UltraScale+ MPSoC EV 系列包含一个 H.264/H.265 视频编解码器单元，以支持图像处理。

加速神经网络

除了图像处理，机器学习是开发自动化应用程序的关键技术。机器学习有助于对高速公路上的物体进行分类，或观察和监控乘员。

为了实现这一点，Viti AI 提供了模型库、AI 编译器、优化器、量化器和剖析器，以将应用程序部署到深度学习处理单元上。

安全和安保功能

高级加密标准 （AES） 用于保护 Xilinx 器件的配置。

Zynq UltraScale+ MPSoC 器件通过 PS 中的配置安全单元 （CSU） 进一步实施分层安全解决方案。CSU 支持 AES 256-GCM、4096 RSA 乘法器和 SHA-384，提供机密性、身份验证和完整性功能。

通过内置系统监视器的防篡改响应使客户能够跟踪SoM的器件电压和芯片温度。

跨 iWave Zynq MPSoC SoM 的可扩展性

iWave 为 Zynq UltraScale+ MPSoC 系列提供广泛的系统模块产品组合，从 ZU4 到 ZU19 变体。这些模块服务于各种行业，包括高端工业、军事和国防。

在逻辑密度、I/O 可用性、收发器通道数量和高速 DDR 设计方面，这些系统模块为终端应用提供了出色的可扩展性。因此，设计的载板可以覆盖各种终端产品的多个 I/O 端口，从具有 192 K 逻辑单元的 ZU4 到具有高达 1.1 M 逻辑单元的 ZU19。