賽靈思擴(kuò)大生態(tài)系統(tǒng)，重塑嵌入式視覺、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的未來

擁有前所未有的軟件智能水平、優(yōu)化硬件和任意互連的系統(tǒng)正在重塑嵌入式視覺和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 的未來。賽靈思于今年 2 月在德國紐倫堡舉辦的嵌入式世界大會上宣布其已強(qiáng)化并擴(kuò)展了生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)一步支持基于賽靈思 All Pro- grammable 器件的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)和嵌入式視覺系統(tǒng)的開發(fā)。賽靈思及其生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴在這次展會上演示了多種解決方案，力助用戶簡化各類更智能、互聯(lián)互通和高度差異化系統(tǒng)的開發(fā)工作。

賽靈思在嵌入式世界大會宣布壯大生態(tài)系統(tǒng)為賽靈思在去年實(shí)現(xiàn)的三大里程碑畫上了圓滿的句號。2015 年 3 月 9 日賽靈思宣布推出了 SDSoC? 開發(fā)環(huán)境，允許編寫 C/C++ 程序的設(shè)計(jì)人員使用賽靈思 Zynq?-7000 SoC。該環(huán)境針對的是不習(xí)慣于深入底層，使用 Verilog 或 VHDL 修改硬件，但又能從賽靈思器件卓越的性能和出眾的性能功耗比中受益的算法開發(fā)人員。2015 年 9 月 30 日賽靈思宣布其已經(jīng)開始發(fā)貨 Zynq UltraScale+? MPSoC。接著在 2016 年 2 月 16 日，賽靈思宣布強(qiáng)化和擴(kuò)展生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)一步支持嵌入式視覺和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的 Zynq 設(shè)計(jì)。

工業(yè)/嵌入式視覺和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 領(lǐng)域新涌現(xiàn)的激動人心的應(yīng)用涵蓋了工業(yè)、科研、醫(yī)療、專業(yè)音/視頻、消費(fèi)電子、航空航天與軍用，以及汽車等各個細(xì)分市場。

阻礙發(fā)揮賽靈思 All Programmable 器件卓越的性能和出色的性能功耗比優(yōu)勢的主要障礙一直都是編程模型。

通過擴(kuò)展生態(tài)系統(tǒng)，賽靈思正在讓自己的 All Programmable 器件的使用和 CPU 以及 GPU 一樣方便，而且性能功耗比更甚一籌。

C/C++ 用戶更習(xí)慣于為 CPU 編寫代碼，最近更多為 GPU 編寫代碼。借助賽靈思面向軟件定義硬件開發(fā)的 Vivado? 高層次綜合 (HLS) 工具和面向軟件定義系統(tǒng)開發(fā)的 SDx? 環(huán)境，將有更多系統(tǒng)開發(fā)人員能夠用上賽靈思 Zynq-7000 SoC 和 Zynq UltraScale+ MPSoC 系列中的軟件定義 All Programmable 器件。通過生態(tài)系統(tǒng)擴(kuò)展，賽靈思正在讓自己的 All Programmable 器件的使用和 CPU 以及 GPU 一樣方便，而且性能功耗比更甚一籌。

嵌入式視覺和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 系統(tǒng)的流水線有很多共同點(diǎn)。兩者都從感應(yīng)和數(shù)據(jù)采集開始。 對嵌入式視覺系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)的形式為一系列圖像或一個視頻流。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的感測數(shù)據(jù)包括

視頻，但還覆蓋一長串其他的感測到的參數(shù)，包括加速度和振動、聲/超聲、化學(xué)與氣體、電/磁、流體、力、負(fù)載、扭矩與應(yīng)變、濕度與水分、泄漏與水平、機(jī)器視覺、光、運(yùn)動、速度與位移、位置、存在與接近度、壓力和溫度。

正在興起的傳感器融合需求
多類嵌入式視覺和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)要求傳感器融合，或?qū)碜远鄠€不同類型傳感器的數(shù)據(jù)處理和融合為行動信息。 對嵌入式視頻系統(tǒng)，多個視頻流可以整合生成更可用或更有用的視頻流。例如車載視頻系統(tǒng)

往往將來自四個、五個、六個或更多視頻攝像頭的視頻流結(jié)合起來，生成一個鳥瞰圖，為駕駛員提供 360 度 2D 平面或 3D 球面全視覺。視覺系統(tǒng)既驅(qū)動本地顯示，也發(fā)送本地處理的視頻到云端中，供進(jìn)一步處理、與其他視頻流整合，以及存儲等。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT) 系統(tǒng)可將視頻與其它感測到的數(shù)據(jù)整合在一起,以定義必須采取的行動。例如片上系統(tǒng)工程（SoC-e；第 14 頁文章）提供的新型 CPPS-Gate40 智能門戶采用工業(yè)控制系統(tǒng)中常見的各種 I/O 端口，結(jié)合本地高速數(shù)據(jù)處理，并將結(jié)果數(shù)據(jù)放置在使用高可用無縫冗余/并行冗余協(xié)議 (HSR/ PRP) 的雙冗余光學(xué)以太環(huán)網(wǎng)上。

圖 1 - 該高級駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS) 設(shè)計(jì)采用 Zynq UltraScale+ MPSoC 中的 ARM Cortex 內(nèi)核的異構(gòu)處理功能。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的典型特性是能夠使用感測到的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)依靠云處理和決策所無法做到的高速實(shí)時(shí)控制。

當(dāng)然有許多使用 CPU 或 GPU 設(shè)計(jì)此類系統(tǒng)的備選方法，但在用戶設(shè)計(jì)差異化系統(tǒng)時(shí)賽靈思 Zynq-7000 SoC 和 Zynq UltraScale+ MPSoC 能帶來多種明顯的優(yōu)勢和好處：
1.極高性能功耗比。賽靈思 All Programmable 器件把硬件、軟件和 I/O 編程功能完美結(jié)合在一起，讓用戶能將您雙芯片、三芯片或四芯片設(shè)計(jì)集成為單芯片，在降低功耗的同時(shí)最大化系統(tǒng)性能。

2.傳感器融合。賽靈思 All Programmable 器件提獨(dú)特的功能，能夠獲取并處理多種不同類型的信息，從溫度和壓力這樣的低比特率數(shù)據(jù)到多信道同步高清或超高清視頻流這樣的高比特率數(shù)據(jù)，無所不有。

3.任意連接。從多種視頻接口標(biāo)準(zhǔn)（例如 MIPI 和 HDMI）到智能傳感器接口（例如 I2C 和 SPI）以及高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（包括 JESD204B 和 LVDS），賽靈思 Zynq-7000 SoC 和 Zynq UltraScale+ MPSoC 無與倫比的可編程 I/O 功能可滿足近乎任何可以想象到的傳感器 I/O 要求。

4.多級保密性和多層安全性。Zynq UltraScale+ MPSoC 的四核 ARM? Cortex?-A53 應(yīng)用處理器和雙核 ARM Cortex-R5 實(shí)時(shí)處理器具備硬件安全特性，能夠獨(dú)特地實(shí)現(xiàn)保密性和功能安全協(xié)議。

5.“變色龍”All Programmable 平臺。Zynq-7000 SoC 和 Zynq UltraScale+ MPSoC 的軟硬件處理和 I/O 靈活性

便于用戶創(chuàng)建出可重用的軟件定義硬件平臺（這些平臺具有可配置、可擴(kuò)展性，成本在最終產(chǎn)品成本上下浮動，從低成本系統(tǒng)到高性能系統(tǒng)不等），并將自己的品牌打入覆蓋多功能產(chǎn)品線的新市場。這并非是一種假想的優(yōu)勢：許多賽靈思客戶已經(jīng)將它變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

這里有四個“變色龍”All Programmable 平臺的實(shí)例，均將賽靈思 Zynq UltraScale+ MPSoC 運(yùn)用于不同的目標(biāo)市場。