ADAS设计转向硬件 将主导自动驾驶的未来

KurtShuler

自动驾驶在三个关键领域的整合，对系统级设计人员提出了前所未有的挑战，这三个关键领域是：超级计算的复杂度，系统的实时性能和功能安全性。 为了实现这一目标，开发人员需要将他们的重点从以软件为中心的方法转到开发定制硬件，来设计一种系统，它符合载人车辆在安全性、成本和功耗方面的设计要求。

ADAS的经验
　　先进驾驶辅助系统（ADAS）设计团队已经从商用芯片上运行的以软件为中心的系统转向定制的片上系统芯片（SoC），这一转变克服了某些障碍，并且引入了新的玩法。 自动驾驶方面的开发人员可以借鉴ADAS的经验去解决上述整合三个关键领域时碰到的挑战。

图1　上面的方框图显示了主要硬件保护功能和故障检测机制的具体实现。 和仅用软件的方法相比，这些硬件保护电路和故障检测机制将帮助电子系统更有效地达到功能安全标淮。

　　有一些ADAS技术团队已经认识到可以对定制芯片进行精细设计，来替代许多曾经需要软件执行的任务。 这个方法的一个关键因素在于通过SoC的片上互联把功能扩展到整个系统。 这种方法很灵活，因而系统能够更加敏捷地对真实的驾驶情况作出响应。
　　让我们回到最初的ADAS系统，彼时工程师采用的是以软件为中心的方法。 在研发的开始阶段，必须制定新的算法来处理新出现的安全性问题、新的视觉处理需求和传感器融合的需求。这当中许多任务需要执行大量的代码，而这一点对系统的规模扩展和性能提升都带来了问题。
　　事实证明，对于采用需要数十万甚至数百万行代码的系统，而这些系统还需要不断地提供支持，汽车制造商是抱怀疑态度的。 除了较长的处理延迟之外，巨大的代码量也更容易引入错误，特别是代码的更新周期覆盖汽车的整个生命期。 这些错误可能导致系统故障和潜在的责任问题。而且让OEM和汽车经销商维护如此巨量规模的代码也将困难重重。

SoC创新是成功的关键
　　ADAS团队对此的回应是，转向硬件加速，以更高的效率和更低的成本来执行功能。 一个例子是汽车制造商需要的所有电子系统的安全机制全部整合到车辆中。 在ADAS中，从以软件为中心转到硬件加速的演变，对于在整个系统上用硬件来达到ISO 26262标淮的要求，提供了一个样板。 SoC在这个演变中起着巨大的作用，因为它能从系统的最底层去改善性能、安全性和效率。
　　ADAS或者自动驾驶SoC必须执行所有的自动驾驶功能，能够检测并在某些情况下纠正错误和故障。 这个过程需要增加额外的系统逻辑，并且占用系统的部分运算资源，特别是在基于软件功能的情况下。 领先的ADAS团队发现，需要对他们的系统进行分析，并根据各种故障的危害和风险，有选择地实施基于硬件的故障检测和修复功能。 他们还发现，与纯粹用软件的故障检测或纠正方法相比，在芯片上实现基于硬件的功能安全机制，可以大大降低软件的复杂程度。
　　有一些最领先的ADAS团队意识到，在互连内部实现错误检测和纠错机制，可以把错误检测和纠错机制扩展到整个SoC，并且在整个系统的范围提高诊断覆盖率。

超级计算与安全方面的考虑
　　对于自动驾驶来说，对安全和超级计算的要求极其复杂，而且，这两者看上去好像是矛盾的。此外，严格的安全性和复杂的超算需求对实时性也是一大障碍。 因此，如果仅在软件中增加功能安全机制，性能将受到影响。 幸运的是，ADAS的发展提供了一个模板，用于在硬件中增加功能安全机制，从而使整个系统达到ISO 26262标淮。
　　ISO 26262规范促进了更复杂的自动驾驶SoC的开发。 最先进的嵌入式决策系统通常使用具有多个异构硬件加速器的神经网络，从而实现更加有效的视觉处理、传感器融合和自动驾驶功能。 它的复杂程度无异于在汽车中放入一台超级计算机。
　　另外，把深度学习、神经网络，以及实时嵌入式处理整合在一个SoC芯片中，只会增大复杂程度。设想一下，如果开发人员没有改进芯片内部的互联设计——这些互联将所有其他部件连接到一起——那他们将面对多大的困难。
　　在自动驾驶革命的早期阶段，自动驾驶算法的发展会引起媒体的关注，因为这更便于投资者理解。然而却是电子系统开发人员在精心设计定制硬件，以便真正有效地执行这些算法。 从今天ADAS的发展中汲取的经验可以促进自动驾驶的发展，经验之一是采用具有cache一致性的芯片架构以支持深度学习和多个异构处理单元。