Cadence 公司 IP 事業部產品營銷總監 Ted Chua 分享了，如何將可擴展 DSP 用于自動駕駛汽車雷達和激光雷達設計的想法

隨著汽車行業沿著自動駕駛的 6 個等級逐步推進，每個等級都對車載處理能力提出了更高要求。目前階段，IoT 設備的智能屬性正在網絡邊緣端被實現；汽車行業也正在經歷同樣的變化。

ADAS 和自動駕駛傳感器對精度需求更高，需要以更低的延遲更快處理依舊在不斷增加的數據。實現這一目標的唯一方法就是在未來 Zonal 電子電器汽車架構下，為傳感器附加更高的處理能力。

汽車的自動化水平與對周圍環境的感知和理解能力密不可分，能做到這一點的就是傳感器。

對汽車而言，最關鍵的三大傳感器模態分別是雷達、激光雷達以及視覺。每種傳感器各有所長，三種模態都不可或缺。將多種不同傳感器技術結合在一起的傳感器融合系統可以為功能安全性提供足夠的冗余并提高傳感精度。實現系統元件間互操作性的第四個要素是互聯。上述四個要素共同構成了自動駕駛汽車的基礎。

滿足 ASIL 認證 IP 的需求

自動駕駛汽車搭載的多種傳感器皆可歸為三種主要類型之一。

雷達的占比最高，由20 多個分布在車身各處的獨立傳感器組成。

作為最適合提供高精度測距數據的技術，激光雷達傳感器在自動駕駛領域發揮著關鍵作用。

至少就汽車應用而言，作為最成熟技術的圖像傳感器也在自動駕駛領域大放異彩。

三類傳感器各司其職，分別負責地形監測、其他道路使用者監測、行人監測、天氣狀況監測，以及絕對速度和相對速度等參數監測。傳感器也被用于汽車內部監測，識別并觀察乘客情況。

直面 DSP 的數據處理挑戰

其中一個挑戰是傳感器產生的海量原始數據。依賴車載網絡進行如此大規模的數據傳輸是不現實的，作為中繼上傳到云端進行處理也不切實際，這兩種方案對延遲和帶寬的需求會讓自動駕駛的未來無以為繼。所以，原始數據的本地處理是唯一選擇。

另一個挑戰是如何讓傳感器解決方案適應傳感命令的變化。比如，傳感器的測距范圍和駕駛速度有關。雷達和激光雷達在精度上互補，但同樣取決于天氣、光照水平和景物對比度等其他因素。

挑戰是層出不窮的。從工程設計的角度來講，高性能處理解決方案的需求已經非常明確；但是想要將其商業化的大前提是通過汽車應用的相關認證，且需要以更優的方式滿足更高的處理要求。盡管激光雷達的成本已經遠超雷達或圖像傳感器，但汽車行業認可了它的不可替代性，因為只有激光雷達才具備滿足特定傳感需求的獨特能力。

我們亟需一個可擴展的、適用于所有傳感器類型且針對不同應用做了專門優化的處理平臺。自動緊急制動的運作模式與自適應巡航控制顯著不同，但兩者都會用到激光雷達和雷達傳感器。同樣的，盲區檢測會在白天時使用圖像傳感器，但在夜間或天氣狀況較差時則需要雷達輔助。

如此多不同用例的每一種都是實現全自動駕駛的必要條件，且都各自需要為之量身優化的解決方案。考慮到所需的數十個傳感器，OEM 需要更高效的商品化方式。

答案已經呼之欲出了，我們需要一個標準化且可擴展的處理平臺，也就是采用了分區控制器的分區架構。而且，為了支持高速信號處理，并滿足不同應用場景所需的安全等級，這些分區控制器必須是可配置的。

功能性安全

Cadence Tensilica ConnX B10 與 B20 DSP針對包括雷達和激光雷達在內的新一代傳感應用做了優化，且支持高性能 V2X 車用無線通信技術。作為半導體行業首款專門面向雷達、激光雷達和 V2X 開發的，可授權的 DSP 產品，它們已經通過了 ASIL B 級隨機硬件故障及 ASIL D 系統故障的合規認證。滿足 ISO 26262:2018 規定的功能性安全等級是 OEM 和一級供應商開發 ADAS 解決方案和自動駕駛應用 SoC 的必要條件。

ConnX B10 與 B20 DSP 的指令集架構（ISA）支持面向雷達、激光雷達和 V2X 專門設計的加速器。這一特性可以幫助工程師為特定的應用優化 SoC 設計，同時也能從通用架構對代碼遷移、復用性及可移植性的支持中獲益。

ConnX DSP（見上圖）采用了基于 VLIW（超長指令字）架構的 SIMD（單指令多數據流）矢量處理，支持加載/存儲，MAC 和 ALU 的并行運行。ISA 也面向線性代數和復雜數據，以及向量壓縮和擴展做了優化。ISA 可以在卡爾曼濾波、MUSIC 及 DML 等傳感器處理的不同階段實現性能增強。

作為 ConnX 系列時鐘速度最快的產品，ConnX B10 和 B20 DSP 支持可選的 32 位矢量定點 MAC，可被用于加速 FIR、FFT、卷積運算和相關運算等雷達/激光雷達/V2X 相關的處理功能。雙精度、單精度以及半精度矢量浮點操作也可以通過硬件進行加速。

ConnX B10 和 B20 DSP 已經做了優化，可以提供先進的 MIMO 系統所需的性能，支持矢量濾波、FFT 以及線性代數處理。我們也考慮到了這些系統對低階處理的需求，并為此采用了支持不同水平按位操作的指令集。

指令集中涵蓋了針對 16 位數據優化的指令，用于執行復雜算術、多項式求值、矩陣乘法和平方根/倒數計算加速。此外，ISA 也支持 16 位與 32 位峰值搜索加速。

隨著高精度 4D 圖像雷達對天線數量需求的增加，以及物理層（PHYs）逐漸過渡到更先進的 5G 等標準，對處理性能的需求也在急劇上升。ConnX 系列 DSP高度并行的可擴展架構可以滿足這一需求。ConnX B10 和 B20 DSP 也提供多核解決方案，將處理容量擴展至超過單一核心。

盡管 DSP 主要負責復雜算法的并行處理，ConnX 系列產品也并未忽視硬件控制的需求。ConnX DSP 在 PHY 應用層控制等領域運行控制代碼的能力非常突出。需要與硬件模塊連接時，ConnX DSP 可以通過專屬的定制化接口與外部硬件連接，實現近乎無限的數據帶寬。

為了進一步優化 DSP IP，ConnX 系列產品可以用 TIE（Tensilica Instruction Extension 指令擴展）語言進行定制。與 Verilog 類似，這一語言可以被用于設計多周期流水線執行單元、寄存器文件和 SIMD ALUs 等其它擴展核心架構的方式。每個擴展都有專屬指令，且屬于整個 ISA 的一部分，方便軟件開發者實現硬件擴展。

結論

DSP 架構需要高效使用存儲器才能實現高性能設計，同時將能耗和成本最小化。

ConnX B10 與 B20 是為雷達、激光雷達及 5G 通信專門設計的 DSP，性能對比其他軟件兼容的 ConnX 家族產品提高了 10 倍。32 位定點 MAC，雙精度、單精度和半精度浮點，更高的可并行性，以及更快的時鐘速度等特性共同匯聚在可擴展的架構中。這一架構是為了應對雷達/激光雷達傳感器，V2X 應用計算鏈條，以及滿足汽車 OEM 實現 Lvel 2 和更高級別自動駕駛而量身設計的。

面向雷達、激光雷達和 V2X 優化的可擴展 DSP IP 已獲得 ASIL B 隨機故障和ASIL D 系統故障合規認證，助力實現未來更高水平的自動化駕駛。

Ted Chua 是 Cadence 公司 IP 事業部 Tensilica 雷達、激光雷達及通信 DSP 的產品管理和營銷總監

原文標題：面向自動駕駛的可擴展 DSP

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責任編輯:haq