基於雷達和攝像機的應用現在也被用於安全駕駛領域。最初，自適應巡航控製和道路偏離報警等這些高級輔助駕駛係統(ADAS)隻是一些非常便利的特性。而現在，它們在車輛控製上扮演了更積極主動的角色，支持實現道路輔助保持(LKA)等功能。以前的高性能CPU被認為是最適合這些應用的器件
，但是綜合考慮計算性能和低功耗之後

，促使工程師轉而采用FPGA器件。

ADAS需要滿足特殊的功能安全要求。2011年，載重3.5噸以下客車的ISO26262標(biao)準(zhun)發(fa)布(bu)，其(qi)目(mu)的(de)是(shi)降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)後(hou)造(zao)成(cheng)危(wei)險(xian)狀(zhuang)態(tai)的(de)風(feng)險(xian)。這(zhe)一(yi)標(biao)準(zhun)要(yao)求(qiu)采(cai)用(yong)嚴(yan)密(mi)的(de)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)
，在(zai)應(ying)用(yong)執(zhi)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)探(tan)測(ce)隨(sui)機(ji)硬(ying)件(jian)故(gu)障(zhang)，以(yi)減(jian)少(shao)係(xi)統(tong)性(xing)故(gu)障(zhang)。

應用開發人員定義了專門的安全目標，針對每一目標分配了相應的汽車安全完整性等級(ASIL)。對於應用中最高級別的ASIL，通常定義了每一組件從開發直至工作到壽命終了時應滿足的要求。圖1顯示了從客戶需求角度看

，ADAS應符合的ASIL目前的範圍。
圖1.ADAS ASIL市場需求(注：Range of Market Requirements for ADAS Applicatios:針對ADAS應用的市場要求範圍)

ASIL-B是市場上的最低級別，而某些應用則要求采用ASIL-D以支持某些功能。越來越多的ASIL有更嚴格的要求。在某些具體實現中
，組件的通用ASIL或者條目(係統)dengjidouhuidailaibubiyaodefuzadu，yingxianglekaifachengbenhejindu。fenxixitonggainian，dechuanquangainianheyaoqiuhou，haikeyibayingyongfenchengjizhongbutongdebuzhou
，zhejiujuyoubutongdeASIL
，更容易實現，而且實現的效率更高。

例如，前端攝像機應用使用了ADAS中常見的一個圖像傳感器。圖2顯示了係統的高級結構圖。



一個圖像傳感器連接至圖像處理器，例如可以是Altera Cyclone V SoC。xinhaochulilianheshujuliubeifenchengsigebufen。shouxian，tongguobatuxiangbianhuanchenggengshiyongdebiaoxianxingshi，zaixiangsujishangjinxingdicengchuli。ranhou，duixingtuxianghuozhekuaituxiangjinxingzhongjianjichuli
，shiyongxiangyingdesuanfa，tiquchubianyandengtezheng。xiayibu，jinxinggaojichuli，tiquchumeiyizhendeshuju，tancemubiaobingfenlei。ranhou，xitonghuigenzongmubiao，ruguoxuyaocaiqucuoshi，zeyushachehuozhezhuanxiangdianzikongzhidanyuan(ECU)進行通信。

在FPGA上，底層和中間級處理能被非常高效地實現
，但是，用戶也可以在Cyclone V SoC硬核處理器係統(HPS)的Cortex-A9處理器等CPU上實現某些中間級處理。高級處理主要是控製代碼，可以映射到HPS中的一個或者兩個Cortex-A9上。處理鏈的最後一步是目標跟蹤和決策，可以在外部微控製器上完成這一步。

在zai整zheng個ge處chu理li過guo程cheng中zhong

，每mei一yi步bu將jiang輸shu入ru數shu據ju進jin行xing簡jian化hua得de到dao更geng有you意yi義yi的de數shu據ju
，數shu據ju減jian少shao意yi味wei著zhe提ti高gao了le安an全quan臨lin界jie。因yin此ci
，底di層ceng實shi現xian可ke以yi分fen成cheng質zhi量liang管guan理li(QM)或者底層ASIL (例如，ASIL-A)。原因是一個像素期間出現的故障對後續算法性能的影響很小，可以忽略。在這個例子中，假設中間級處理符合ASIL-A或者ASIL-B
，識別目標並進行分類的高級處理功能應符合ASIL-B。對目標進行分類後，生成目標表，將之提供給微控製器
，進行目標跟蹤和決策。這是信號鏈最關鍵的部分

，Altera認為它應該符合ASIL-D，這對汽車的行為有直接影響。
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在zai這zhe類lei應ying用yong中zhong，最zui好hao對dui數shu據ju流liu進jin行xing更geng全quan麵mian的de分fen析xi


，每mei一yi級ji的de安an全quan臨lin界jie定ding義yi對dui整zheng個ge係xi統tong的de性xing能neng會hui產chan生sheng直zhi接jie影ying響xiang。對dui前qian麵mian計ji算suan級ji有you太tai高gao的de安an全quan要yao求qiu會hui導dao致zhi難nan以yi滿man足zu係xi統tong性xing能neng目mu標biao
，而er且qie對dui係xi統tong整zheng體ti安an全quan的de影ying響xiang很hen小xiao。但dan是shi，處chu理li鏈lian底di層ceng也ye會hui出chu現xian故gu障zhang，對dui係xi統tong安an全quan功gong能neng產chan生sheng較jiao大da的de影ying響xiang。例li如ru
，底di層ceng處chu理li功gong能neng的de永yong久jiu故gu障zhang會hui導dao致zhi高gao層ceng數shu據ju永yong久jiu損sun害hai，但dan是shi
，合he理li性xing檢jian查zha很hen容rong易yi探tan測ce到dao這zhe類lei故gu障zhang，對dui係xi統tong性xing能neng的de影ying響xiang相xiang對dui較jiao小xiao。


圖3顯示了單前端攝像機係統實例的高級結構圖。由一個外部電源管理電路為Cyclone V SoC提供電源。當供電電壓不在額定工作範圍內時，單獨的電壓監控功能會產生複位。外部非易失存儲器連接至四路串行外設(quad SPI)模組，係統啟動過程中裝入應用程序，配置FPGA時會使用這些模組。執行應用程序代碼
，存儲數據和圖像幀時，Altera使用DDR存儲器。通過SPI連接外部微控製器，進行目標探測和最終決策

，通過CAN接口與汽車底盤的其他部分進行通信。


應用中所使用的圖像處理器模組如圖4所(suo)示(shi)。視(shi)頻(pin)端(duan)口(kou)接(jie)收(shou)來(lai)自(zi)圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)數(shu)據(ju)，將(jiang)其(qi)傳(chuan)送(song)至(zhi)圖(tu)像(xiang)預(yu)處(chu)理(li)模(mo)塊(kuai)。這(zhe)一(yi)模(mo)塊(kuai)展(zhan)示(shi)了(le)底(di)層(ceng)圖(tu)像(xiang)處(chu)理(li)。在(zai)這(zhe)個(ge)例(li)子(zi)中(zhong)，數(shu)據(ju)通(tong)過(guo)圖(tu)像(xiang)預(yu)處(chu)理(li)模(mo)塊(kuai)後(hou)，通(tong)過(guo)FPGA至HPS (F2H)橋接被寫入到DDR存儲器中，也可以傳送至下一級，實現的效率更高。第二級是中間級處理，由各種圖像處理模塊來完成。通過HPS至FPGA (H2F)橋接讀出以前存儲在DDR存儲器中的數據
，再次將其寫入到DDR存儲器中。在這個例子中，由HPS完成高級處理。

現xian在zai，讓rang我wo們men了le解jie一yi下xia用yong於yu探tan測ce設she計ji中zhong不bu同tong區qu域yu是shi否fou有you故gu障zhang的de診zhen斷duan功gong能neng。文wen中zhong所suo討tao論lun的de一yi些xie診zhen斷duan功gong能neng能neng夠gou探tan測ce到dao永yong久jiu故gu障zhang

，而er有you的de隻zhi能neng探tan測ce到dao瞬shun時shi故gu障zhang
，也ye有you的de能neng夠gou探tan測ce各ge種zhong故gu障zhang。瞬shun時shi故gu障zhang是shi一yi種zhong出chu現xian後hou又you消xiao失shi的de故gu障zhang。對dui於yu這zhe一yi分fen析xi，Altera應考慮實現某些功能時存儲器中出現的故障

，以及實現功能時邏輯中可能出現的故障。

在(zai)應(ying)用(yong)軟(ruan)件(jian)使(shi)用(yong)圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)之(zhi)前(qian)，應(ying)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)配(pei)置(zhi)，在(zai)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)執(zhi)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)不(bu)斷(duan)修(xiu)改(gai)配(pei)置(zhi)以(yi)適(shi)應(ying)不(bu)同(tong)的(de)光(guang)照(zhao)條(tiao)件(jian)。圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)對(dui)於(yu)應(ying)用(yong)操(cao)作(zuo)非(fei)常(chang)關(guan)鍵(jian)，因(yin)此(ci)，建(jian)議(yi)在(zai)容(rong)錯(cuo)時(shi)間(jian)間(jian)隔(ge)(FTTI)期間對其配置至少進行一次檢查。這並不一定能夠覆蓋傳感器的所有可能的故障，但是，可以管理好配置寄存器組。

汽qi車che中zhong使shi用yong的de某mou些xie傳chuan感gan器qi支zhi持chi用yong戶hu在zai每mei一yi圖tu像xiang幀zhen的de輔fu助zhu掃sao描miao線xian中zhong傳chuan送song某mou些xie配pei置zhi寄ji存cun器qi數shu據ju。通tong過guo這zhe一yi功gong能neng
，用yong戶hu可ke以yi檢jian查zha每mei一yi幀zhen的de傳chuan感gan器qi設she置zhi，不bu需xu要yao通tong過guoI2C接口來讀取寄存器。傳送幀數據時就可以在FPGA中實現這種檢查
，而不需要在CPU上花費財力。

tongguodicengtuxiangchulishi，yigexiangsudebianhuabutaikenengduishijiyingyongdexingweichanshenghendadeyingxiang，yinci
，zaihenduoqingkuangxia，keyihulvezheleiguzhang。danshi，huidaozhizhendiushihuozhezhenggezhenbeisunhuaideguzhangshibixubeijianzhadaode。

大da部bu分fen圖tu像xiang傳chuan感gan器qi含han有you傳chuan送song定ding義yi好hao的de測ce試shi幀zhen的de功gong能neng
，不bu需xu要yao傳chuan送song正zheng常chang的de圖tu像xiang數shu據ju。定ding義yi好hao輸shu入ru數shu據ju後hou，也ye就jiu定ding義yi了le圖tu像xiang處chu理li模mo塊kuai的de輸shu出chu數shu據ju。然ran後hou進jin行xing後hou續xu測ce試shi。例li如ru，通tong過guo對dui輸shu出chu數shu據ju進jin行xing循xun環huan冗rong餘yu校xiao驗yan(CRC)，找到係統中出現的任何永久故障。這種測試覆蓋了整個數據通路中的永久故障。

另外
，還應該探測到FPGA中(zhong)一(yi)個(ge)模(mo)塊(kuai)向(xiang)另(ling)一(yi)個(ge)模(mo)塊(kuai)傳(chuan)輸(shu)數(shu)據(ju)時(shi)數(shu)據(ju)的(de)變(bian)化(hua)。前(qian)麵(mian)提(ti)到(dao)的(de)測(ce)試(shi)碼(ma)型(xing)或(huo)者(zhe)測(ce)試(shi)幀(zhen)方(fang)法(fa)涵(han)蓋(gai)了(le)大(da)部(bu)分(fen)永(yong)久(jiu)故(gu)障(zhang)
，但(dan)是(shi)

，探(tan)測(ce)不(bu)到(dao)瞬(shun)時(shi)故(gu)障(zhang)。而(er)各(ge)種(zhong)傳(chuan)輸(shu)或(huo)者(zhe)信(xin)息(xi)冗(rong)餘(yu)技(ji)術(shu)能(neng)夠(gou)探(tan)測(ce)到(dao)這(zhe)類(lei)故(gu)障(zhang)。

中(zhong)間(jian)層(ceng)圖(tu)像(xiang)處(chu)理(li)實(shi)現(xian)了(le)邊(bian)沿(yan)或(huo)者(zhe)角(jiao)探(tan)測(ce)算(suan)法(fa)
，還(hai)可(ke)以(yi)應(ying)用(yong)特(te)征(zheng)提(ti)取(qu)算(suan)法(fa)。因(yin)此(ci)
，隻(zhi)查(zha)看(kan)圖(tu)像(xiang)中(zhong)關(guan)注(zhu)的(de)特(te)征(zheng)


，減(jian)少(shao)了(le)生(sheng)成(cheng)數(shu)據(ju)。數(shu)據(ju)減(jian)少(shao)後(hou)，由(you)於(yu)故(gu)障(zhang)會(hui)導(dao)致(zhi)後(hou)續(xu)處(chu)理(li)步(bu)驟(zhou)中(zhong)丟(diu)失(shi)目(mu)標(biao)，因(yin)此(ci)
，丟(diu)失(shi)特(te)征(zheng)的(de)風(feng)險(xian)增(zeng)大(da)了(le)。

高級圖像處理階段包括目標探測和目標分類。從軟件術語的角度來講
，這一級主要是控製代碼

，因此，非常適合在CPU上運行。HPS采用了幾種硬件功能(例如，ECC、MMU
、看門狗)

，在HPS中進行故障診斷。

功能安全重要的另一麵是確保減少係統性故障。這通過使用可靠的開發過程和工具來實現。ISO26262biaozhunxiangxiguidinglegongnenganquandeguanliyaoqiu，liru，duianquanshengmingzhouqihezhichiguochengzhongbutongdexingweijinxingyizhixingceliang，leisipeizhihexiugaiguanli。ruguosuoshiyongdegongjuyoukenengzaochengyingyongguzhang，namejiuyinggaifenxizhexiegongju，jinxingceliangyijianxiaoguzhangfashengdegailv。

ADAS是確保越來越擁擠的道路更加安全的下一波創新。這些係統的性能需求給現有以及未來的標準商用貨架(COTS)產品帶來了挑戰
，而可編程FPGA在這方麵有很大的優勢。實現專用診斷能夠擴大係統的診斷覆蓋。很多COTS產(chan)品(pin)在(zai)設(she)計(ji)時(shi)並(bing)沒(mei)有(you)體(ti)現(xian)功(gong)能(neng)安(an)全(quan)，而(er)通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)具(ju)有(you)功(gong)能(neng)安(an)全(quan)的(de)平(ping)台(tai)和(he)開(kai)發(fa)環(huan)境(jing)，與(yu)擅(shan)長(chang)功(gong)能(neng)安(an)全(quan)的(de)合(he)作(zuo)夥(huo)伴(ban)合(he)作(zuo)，這(zhe)些(xie)都(dou)有(you)利(li)於(yu)係(xi)統(tong)的(de)整(zheng)體(ti)實(shi)現(xian)。

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