現(xiàn)今嵌入式視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要迎合眾多市場趨勢。例如，現(xiàn)在使用感測器設(shè)計(jì)的數(shù)量不斷增加，以便於收集更多資料或?qū)崿F(xiàn)新的功能。比如在汽車市場，幾十年前汽車廠商在車輛上安裝一個(gè)備用攝影鏡頭就算是創(chuàng)新之舉，而現(xiàn)在已經(jīng)開始將攝影鏡頭用於車道偏離監(jiān)控、速度標(biāo)誌牌辨別和許多其他智慧駕駛的應(yīng)用。

同時(shí)，嵌入式視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)師正逐漸採用符合行動產(chǎn)業(yè)處理器介面（MIPI）聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)的元件。MIPI起初是為行動市場開發(fā)的，定義了行動裝置的設(shè)計(jì)人員在建構(gòu)高效能、高成本效益、可靠的行動解決方案時(shí)所需的硬體和軟體介面標(biāo)準(zhǔn)。在過去幾年中，MIPI已經(jīng)成為開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的主流標(biāo)準(zhǔn)。包括工業(yè)和汽車等領(lǐng)域的各類應(yīng)用的設(shè)計(jì)人員都已經(jīng)意識到這一點(diǎn)，並且開始尋找方法來利用行動元件提供高效能和規(guī)模經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢。

縮短上市時(shí)間帶來的壓力也提高對便於使用的嵌入式視覺解決方案的需求，只提供晶片的做法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。這些壓力讓設(shè)計(jì)人員迫切地需要一個(gè)嵌入式視覺設(shè)計(jì)環(huán)境，能夠提供所有硬體、軟體、IP和參考設(shè)計(jì)，從而快速設(shè)計(jì)和開發(fā)終端產(chǎn)品。同時(shí)，當(dāng)前的使用者希望他們的嵌入式顯示器能夠提供如消費(fèi)性電子產(chǎn)品般反應(yīng)迅捷的體驗(yàn)。啟動緩慢的嵌入式顯示器會帶來視覺偽像，破壞使用者體驗(yàn)。

全新的挑戰(zhàn)

這些快速發(fā)展的趨勢在創(chuàng)造機(jī)會的同時(shí)，也為嵌入式視覺設(shè)計(jì)師帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。首先，許多嵌入式系統(tǒng)中使用的攝影鏡頭和顯示器與當(dāng)今的應(yīng)用處理器（AP）的介面類型或數(shù)量不匹配。AP上為感測器提供的I/O很有限，卻又要支援各類顯示器和感測器，更為棘手的是，各種應(yīng)用的顯示大小和解析度也不盡相同。此外，由於工業(yè)顯示器使用壽命較長，許多尚在使用的顯示器最初是通過傳統(tǒng)介面連接的。因此當(dāng)嵌入式應(yīng)用的設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中不得不使用傳統(tǒng)或?qū)Ｓ玫娘@示器和感測器時(shí)，如何有效利用MIPI元件市場的優(yōu)勢？

為了支援使用更多感測器和更有效地管理I/O資源，設(shè)計(jì)人員需要可程式設(shè)計(jì)的解決方案來彌補(bǔ)I/O限制性。理想狀況下，此解決方案具有整合感測器輸入能力，並且讓設(shè)計(jì)人員對資料進(jìn)行預(yù)處理以減少處理器的負(fù)載。理想的解決方案還需要是可程式化設(shè)計(jì)的，能夠輕鬆地適應(yīng)客製化的顯示器設(shè)計(jì)。以往設(shè)計(jì)師只能透過為每種顯示器類型開發(fā)專門的ASIC來支援不同的顯示器尺寸和解析度，然而可程式化設(shè)計(jì)的解決方案，讓設(shè)計(jì)人員能夠使用單個(gè)元件實(shí)現(xiàn)不同的顯示器要求。

CrossLink系列FPGA這款可程式化設(shè)計(jì)的影像橋接元件，支援連接行動圖像感測器和顯示器的各類協(xié)定和介面。為了滿足嵌入式影像市場不斷增長的需求，CrossLinkPlus為CrossLink的增強(qiáng)版本。為了滿足使用者對顯示器無縫啟動的需求，CrossLinkPlus新增2 Mbit的嵌入式快閃記憶體作為配置儲存體。搭載片上快閃記憶體的CrossLinkPlus能夠在10 ms內(nèi)瞬時(shí)啟動，而人腦一般無法在15 ms內(nèi)察覺圖像，因此不會產(chǎn)生偽像干擾使用者體驗(yàn)。片上快閃記憶體可支援現(xiàn)場重新程式設(shè)計(jì)。

圖一 : CrossLinkPlus FPGA（source：萊迪思）

CrossLinkPlus擁有同尺寸FPGA中速度最快、功耗非常低的MIPI D-PHY。此款FPGA封裝尺寸僅為3.5 mm x 3.5 mm，一共支援12 Gbps D-PHY。除了高速M(fèi)IPI D-PHY外，CrossLinkPlus還擁有6K LUT可程式化設(shè)計(jì)FPGA架構(gòu)和靈活的高速I/O，支援MIPI CSI-2、MIPI DSI、LVDS、SLVS200、CMOS和Sub-LVDS等介面的影像橋接。CrossLinkPlus能夠連接這類顯示器和感測器，為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供極大的設(shè)計(jì)靈活性。

為了解決產(chǎn)品快速上市的壓力，全新元件旨在協(xié)助開發(fā)團(tuán)隊(duì)提升設(shè)計(jì)效率。例如針對接收器、轉(zhuǎn)換器和發(fā)送器等功能提供即時(shí)可用的預(yù)先驗(yàn)證IP，使設(shè)計(jì)人員能專注於開發(fā)其設(shè)計(jì)的高附加價(jià)值特性。預(yù)先驗(yàn)證的影像IP和參考設(shè)計(jì)不僅縮短設(shè)計(jì)週期，還能免費(fèi)立即獲得。此外，這些IP在CrossLink和CrossLinkPlus產(chǎn)品系列均可重複使用。

萊迪思還提供便於使用的硬體和軟體工具來模擬功能表現(xiàn)、驗(yàn)證系統(tǒng)級功能、加速產(chǎn)品開發(fā)。元件上的嵌入式快閃記憶體讓設(shè)計(jì)人員可以在現(xiàn)場更新位元流，滿足不斷變化的市場需求。優(yōu)化的CrossLinkPlus能協(xié)助工程師解決嚴(yán)格的尺寸和功耗限制問題，同時(shí)避免使用外部快閃記憶體產(chǎn)生更多功耗。

圖二 : CrossLinkPlus FPGA不僅提供高效能的MIPI D-PHY，而且功耗極低（source：萊迪思）

萊迪思為加速產(chǎn)品開發(fā)提供了大量支援。例如定期推出基於CrossLink和CrossLinkPlus的全新參考設(shè)計(jì)。這些參考設(shè)計(jì)都是為在全新或現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)具有高需求的影像橋接特性而定製的。

全新應(yīng)用

CrossLinkPlus的常見使用案例，顯示出它可以賦予設(shè)計(jì)人員高度的設(shè)計(jì)靈活性。圖三描述如何使用該元件橋接不同介面的感測器和處理器。此案例中，設(shè)計(jì)人員面臨到一個(gè)問題：一方面他們希望利用MIPI處理器的成本、效能和尺寸的優(yōu)勢，但同時(shí)希望保留採用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有攝影鏡頭。在圖三的機(jī)器視覺應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員採用CrossLinkPlus來橋接Sub-LVDS介面的攝影鏡頭和D-PHY介面的MIPI處理器。

圖三 : 在此應(yīng)用範(fàn)例中，CrossLinkPlus FPGA在Sub-LVDS攝影鏡頭與機(jī)器視覺處理器的MIPI I/O之間起到橋接的作用（source：萊迪思）

CrossLinkPlus的第二個(gè)潛在應(yīng)用是整合多個(gè)感測器的輸入，並將其發(fā)送至應(yīng)用處理器。例如，在圖四中，三個(gè)圖像感測器通過三個(gè)D-PHY埠與CrossLinkPlus元件連接。CrossLinkPlus將感測器資料整合，通過單個(gè)D-PHY輸出至處理器。設(shè)計(jì)人員可以透過這種整合功能優(yōu)化使用處理器有限的I/O資源。

圖四 : CrossLinkPlus可以在一個(gè)埠上整合多個(gè)感測器訊號，節(jié)省處理器的I/O（source：萊迪思）

設(shè)計(jì)人員還可以使用CrossLinkPlus來實(shí)現(xiàn)MIPI分離訊號或複製。在圖五中，設(shè)計(jì)人員將來自感測器的訊號饋送到CrossLinkPlus元件中，然後將其輸出拆分或複製到兩個(gè)單獨(dú)的輸出中。萊迪思認(rèn)為此方法應(yīng)用於智慧汽車的ADAS或注重資料重複將會越來越多。

在此案例中，來自攝影鏡頭的訊號進(jìn)入CrossLinkPlus元件，並被複製到兩個(gè)輸出流中。一個(gè)被發(fā)送到即時(shí)處理資料的應(yīng)用處理器，另一個(gè)被存檔到本地或雲(yún)端進(jìn)行資料記錄和備份，類似飛機(jī)的黑盒子。若發(fā)生故障或交通事故，調(diào)查人員可以查看資料備份，確定事故原因。

圖五 : 該ADAS視覺系統(tǒng)中，CrossLinkPlus FPGA複製攝影鏡頭訊號輸出，發(fā)送至應(yīng)用處理器和資料備份處（source：萊迪思）

圖六展示設(shè)計(jì)人員如何使用CrossLinkPlus將傳統(tǒng)顯示器連接到全新高效能AP。由於OpenLDI顯示器通常比MIPI顯示器大很多，因此許多工業(yè)控制應(yīng)用在連接OpenLDI介面的傳統(tǒng)顯示器和AP時(shí)，需要採用橋接元件。全新MIPI應(yīng)用處理器透過D-PHY將資料傳送到CrossLinkPlus後，該元件使用OpenLDI橋接，將資料發(fā)送到傳統(tǒng)顯示器。此外，CrossLinkPlus可用於橋接非MIPI介面的圖像感測器和MIPI AP。

圖六 : 在該應(yīng)用範(fàn)例中，萊迪思CrossLinkPlus實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)顯示器和現(xiàn)代應(yīng)用處理器之間的連接（source：萊迪思）

CrossLinkPlus讓設(shè)計(jì)人員加速嵌入式視覺開發(fā)。透過將FPGA的可重複程式化設(shè)計(jì)特性引入嵌入式視覺系統(tǒng)，CrossLinkPlus讓設(shè)計(jì)人員可以利用MIPI元件提供的成本和效能優(yōu)勢。其硬核D-PHY介面可提供先進(jìn)的效能，而其嵌入式快閃記憶體可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)顯示的效能。該元件的運(yùn)行功耗極低且尺寸小，有助於簡化散熱管理，對各類常用介面和傳統(tǒng)介面提供最大限度的設(shè)計(jì)靈活性。最後，全面、預(yù)先驗(yàn)證並且擁有免費(fèi)IP的CrossLinkPlus進(jìn)一步加快開發(fā)速度，讓設(shè)計(jì)人員將更多時(shí)間用於設(shè)計(jì)最核心的部分—提升競爭優(yōu)勢。