LG 電子的材料和設備高級研究中心光學實驗室的工程師們正在研發下一代汽車智能前照燈。該智能前照燈模塊能夠根據環境中檢測到的目標（如路標、來車以及行人）動態控制車輛的前照明系統。為了對路況作出有效反應，控制算法需要快速識別檢測到的目標，然后控制光束投影器中的數百個 LED 模塊。 LG 電子與旗下子公司 ZKW 合作，采用基于模型的設計，通過 MATLAB、Simulink 和 HDL Coder 構建了基于 FPGA 的原型平臺，可以生成 LED 前照燈要投影的正確光圖案。 LG 電子的硬件/軟件集成專家 Jiyoung Jeong 表示，“通過將 MATLAB 和 Simulink 與基于模型的設計結合使用，可以輕松地設計各公司負責的部件并將其集成在單個工程工作流中。MATLAB 和 Simulink 不但改進了現有嵌入式硬件實現工作流，而且還易于與現有仿真和系統相集成。”

LG 電子使用 MATLAB、Simulink 和 HDL Coder 開發下一代智能前照燈。

▼ 挑戰

對于智能前照燈，一項關鍵要求是能夠快速響應檢測到的環境變化。為了滿足這項要求，該團隊需要將視頻處理系統作為基于 FPGA 的原型來實現。但在當時，他們缺乏創建客戶要求的自定義函數所需的工具。 智能前照燈是 LG 電子的新品。原始設備制造商客戶請求在六個月內就要提供原型，這無疑加劇了此類工程面臨的挑戰。過去，LG 電子的團隊手動編寫 HDL 代碼，以在 FPGA 上實現高速視頻處理算法。由于采用了這種手動工作流，開發和驗證復雜算法需要很長時間，而且硬件實現過程中引入的編碼錯誤也需要額外的調試時間。鑒于交付原型的截止時間非常緊迫，傳統方法需要的時間太長了。

▼ 解決方案

LG 電子的工程師將基于模型的設計與 MATLAB、Simulink 以及 HDL Coder 結合使用來設計和實現基于 FPGA 的原型開發平臺。該團隊一開始考慮過使用 Xilinx Model Composer，但發現 HDL Coder 的定點轉換自動化、對自定義函數開發的支持以及整體工作流集成能夠更好地滿足其需求。ZKW 對基于此平臺的產品執行了最后的調整和測試。 LG 電子的團隊使用 Image Processing Toolbox 和 Computer Vision Toolbox 中的模塊和函數，在 Simulink 中設計了一種基于幀的視頻處理算法。為了準備 HDL 實現，他們隨后使用 Vision HDL Toolbox 中的硬件就緒模塊創建了該算法的像素流版本。該團隊在 Simulink 中運行了基于幀和基于像素的仿真，以使用視頻文件以及來自評估板的實際輸入來驗證其算法設計。

“MATLAB 和 Simulink 將開發階段所需的時間減少了一半。這些工具支持自定義函數設計，從而使我們能夠輕松響應 OEM 客戶的需求。” —— Jiyoung Jeong，LG 電子

通過仿真驗證了視頻處理算法后，工程師使用 HDL Coder 和 Xilinx 支持包為其 Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC 目標生成了可綜合的 VHDL 代碼。他們使用了 HDL Coder 來探索各種設計選項，并尋找滿足其資源和速度需求的解決方案。 他們還使用了 Embedded Coder 來開發適用于 SoC 的 Arm Cortex-A53 處理器的應用。該應用支持在原型構建期間實時調整視頻處理算法。 LG 電子的工程師在截止日期前成功部署并測試了基于 FPGA 的視頻處理系統原型。現在，他們正計劃使用相同的工作流實現基于 ECU 的原型。

▼ 結果

1）在原型硬件上快速實現了需求。 “我們能夠直接在模型中實現需求，在 Simulink 中通過幀級和像素級仿真檢查結果的有效性，并使用 HDL Coder 在目標 FPGA 上快速構建原型，”Jeong 說道。

2）縮短了編碼和驗證時間。 “由于使用 HDL Coder 可以自動生成 HDL 代碼，因此，我們將編碼和驗證所需的時間分別減少了 80% 和 30%，”Jeong 說道。“據估計，通過使用硬件支持包中的功能，我們將原型構建時間減少了 50%。” 3）提高了代碼一致性和可重用性。 “使用 HDL Coder 生成代碼時，我們始終依據相同的代碼生成規則。這樣生成的代碼具有更高的一致性，這在多人處理同一工程時很有幫助，”Jeong 說道。“我們還通過使用 Simulink 工程和創建可重用的 Simulink 模型庫提高了可重用性，這些功能是通用 FPGA 工具所不能實現的。”

編輯：黃飛

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