基于Blackfin系列處理器實(shí)現(xiàn)車輛輔助駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

引言

20世紀(jì)八十年代以來．電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，汽車行駛安全方面的研究也進(jìn)入了一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。其發(fā)展方向主要體現(xiàn)在智能化的汽車主被動(dòng)安全研究，其中安全輔助駕駛是當(dāng)前國際智能交通系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容之一。目前CCD或CMOS攝像機(jī)配合性能優(yōu)良和價(jià)格低廉的DSP處理器在車輛安全輔助駕駛領(lǐng)域中的應(yīng)用也不斷增加。其中ADI公司的Blackfin系列處理器基于ADI和Intel公司聯(lián)合開發(fā)的微信號架構(gòu)（Micro Signal Architecture．MSA）．應(yīng)用于交通標(biāo)志識別、智能燈光控制、車道變換輔助、盲點(diǎn)識別、后視攝像機(jī)和停車輔助、自適應(yīng)巡航系統(tǒng)（Adaptive Cruise Control，ACCl、夜間輔助駕駛和智能安全氣囊等。因此對Black6n系列處理器的硬件開發(fā)為整個(gè)系統(tǒng)提供良好的研究平臺和開發(fā)環(huán)境。

1 車輛輔助駕駛系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

圖1系統(tǒng)總體框架

車輛輔助駕駛的主要目的是為了提高汽車行駛的安全性。通過安裝在車輛上的各種傳感器獲得車輛、道路狀況以及周圍車輛狀況等信息．為駕駛員提供有效的預(yù)警信號．并在一定的條件下對車輛實(shí)施安全控制。系統(tǒng)主要由視覺系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、輔助駕駛控制系統(tǒng)、機(jī)械式自動(dòng)變速控制系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、制動(dòng)控制系統(tǒng)組成，感知車輛狀態(tài)的傳感有制動(dòng)踏板位移傳感器、油門踏板位移傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器、車輪轉(zhuǎn)速傳感器、加速度傳感器，其框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1．1環(huán)境感知系統(tǒng)

視覺傳感器采用AIR-7010C CCD攝像機(jī)．通過ADV7183接入ADSP-BF561并行輸入輸出外圍接口單元進(jìn)行視頻解碼，雷達(dá)系統(tǒng)采用IBEO公司的LD-ML多層激光雷達(dá)系統(tǒng)．經(jīng)過視覺處理算法后的圖像數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合．最終得出障礙物的有效信息，并通過CAN總線發(fā)送至輔助駕駛控制單元進(jìn)行策略控制。

1．2底層控制系統(tǒng)

系統(tǒng)通過CAN總線獲取有效的車輛行駛狀態(tài)信息和車輛行駛環(huán)境信息，監(jiān)控車輛的縱向和橫向行駛安全，在一定的行駛條件下對車輛縱向行駛進(jìn)行干預(yù)控制。輔助駕駛控制策略單元通過獲取環(huán)境感知傳感器與車輛狀態(tài)傳感器而對發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制、機(jī)械式自動(dòng)變速器fAM，I‘）檔位和離合器的控制、制動(dòng)系統(tǒng)的控制。

2 硬件系統(tǒng)的組成與設(shè)計(jì)

Blackfin處理器架構(gòu)基于一個(gè)10級RISC MCU/DSP流水線和一個(gè)專為實(shí)現(xiàn)最佳代碼密度而設(shè)計(jì)的混合16/32位指令集架構(gòu)．除此之外還包含加速視頻和圖像處理的指令，因此Blackfin系列的處理器應(yīng)用于通信、圖像、語音等方面，ADSP-BF561是目前Blackfin家族中性能最高的一款處理器，其特點(diǎn)如下：

1）2個(gè)對稱最高頻率可達(dá)600MHz的高性能Blackfin內(nèi)核；

2）每個(gè)內(nèi)核包括2個(gè)16位MAC、2個(gè)40位ALU、4個(gè)8位視頻ALU以及1個(gè)40位移位器：

3）內(nèi)核電壓0.8V-1.2V，兼容3.3V及2.5V I/O；，

4）328K Bytes片內(nèi)存儲(chǔ)器．每個(gè)內(nèi)核32Kbytes的Ll指令SRAM/Cache、64Kbytes的L1數(shù)據(jù)SRAM/Cache、4KBytes的L1臨時(shí)數(shù)據(jù)SRAM，128Kbytes共享的L2 SRAM：

5）2個(gè)并行輸入/輸出外圍接口單元（PPI），支持ITU-R656視頻數(shù)據(jù)格式：2個(gè)雙通道全雙工同步串行接13，支持8個(gè)立體聲璐通道：2個(gè)16通道DMA控制器和1個(gè)內(nèi)部存儲(chǔ)器DMA控制器；12個(gè)通用32-bit定時(shí)肘數(shù)器；支持IrDA的UART；2個(gè)“看門狗”定時(shí)器；48個(gè)可編程標(biāo)志引腳；1x-63x倍頻的片內(nèi)PLL。

2．1電源及復(fù)位電路

在設(shè)計(jì)電源電路時(shí)．需要考慮電源的負(fù)載能力、可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)需要考慮系統(tǒng)需要多少種電源．ADSP-BF56l外部I/O供電電壓為3.3V．內(nèi)核供電電壓為1.2V．因此系統(tǒng)需要+5V、+3.3V、+1.2V．首先通過DC-DC2405把車上的+24v轉(zhuǎn)換成+5V．然后通過LT1765把+5V轉(zhuǎn)換成+3.3V．ADP3336把+3.3v轉(zhuǎn)換成+1.2v。復(fù)位電路采用ADM708復(fù)位芯片．并在電路中加入手動(dòng)按鈕。實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位功能．方便程序的調(diào)試。

2．2時(shí)鐘電路

有源品振信號質(zhì)量好、比較穩(wěn)定、連接簡單和不需要復(fù)雜的配置電路。因此ADSP-BF561系統(tǒng)輸入時(shí)鐘采用30MHz的外部有源品振然后通過其內(nèi)部鎖相環(huán)PLL把頻率進(jìn)行相應(yīng)的倍頻作為ADSP-BF561的總線頻率和SDRAM的時(shí)鐘頻率，同時(shí)由于并行輸入，輸出外圍接13和視頻編解碼芯片的時(shí)鐘需要，需要把27MHz有源晶振通過IDT2305分成4路輸出。

2．3存儲(chǔ)擴(kuò)展電路

SDRAM是同步尋址存儲(chǔ)器，由塊、行和列組成．全部讀店操作鎖定于一個(gè)處理器源時(shí)鐘，一旦處理器對SDRAM進(jìn)行初始化。該存儲(chǔ)器必須不斷更新，以確保能保持它的狀態(tài)．SDRAM的時(shí)鐘速率可變，工業(yè)上最常用的是PCI00和PCI33，最高時(shí)鐘頻率分別為100MHz和133MHz。ADSP-BF561擁有SDRAM控制器（SDC）與SDRAM的無縫連接，其連接如圖2（a）所示，系統(tǒng)采用MT48LCl6M16A2，容量為32MHz，最高頻率為133MHz。

ADSP-BF561具有異步存儲(chǔ)器控制器（AMc），與SDRAM控制器共享數(shù)據(jù)和地址引腳。當(dāng)上電復(fù)位或者軟件初始化復(fù)位后．處理器采樣復(fù)位配置寄存器BMODE引腳，執(zhí)行引導(dǎo)功能。系統(tǒng)采用BMODEIO為由8116位Flash引導(dǎo)模式，并選用NORFLASH作為引導(dǎo)代碼存儲(chǔ)器，所選芯片為容量8MB的M29W640DT．其連接方式如圖2（b）所示。

a） SDRAM

b）Flash

圖2存儲(chǔ)器連接

2．4并行輸入/輸出外圍接口電路

ADSP-BF561提供兩個(gè)可直接與并行A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、符合ITU-601/656標(biāo)準(zhǔn)的視頻編碼和解碼器以及與其他通用外設(shè)連接的并行接13（PPI），每個(gè)PPI包括一個(gè)專用時(shí)鐘引腳，由時(shí)鐘電路產(chǎn)生。3個(gè)幀同步引腳和16個(gè)數(shù)據(jù)引腳。通過視頻解碼器ADV7183與ADSP-BF561的PPl0連接．視頻編碼器ADV7179與ADSP-BF561的PPll連接．從而實(shí)現(xiàn)車輛輔助駕駛系統(tǒng)中的環(huán)境感知傳感和人機(jī)界面功能．其連接如圖3所示。

圖3并行輸入/輸出連接

2．5 CAN接口電路

CAN（Controller Area Network）總線，即控制器局域網(wǎng)總線．是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)．目前已廣泛用于汽車等控制領(lǐng)域。利用ADSP-BF561處理器串行SPI總線接口單元與CAN控制器MCP2515芯片的無縫連接．通過對轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)部寄存器的操作．并通過CAN接收器SN65230芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。

3 軟件及實(shí)驗(yàn)分析

系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)是后續(xù)代碼編寫和算法實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)．因此完成上述系統(tǒng)的硬件開發(fā)后，編寫底層驅(qū)動(dòng)模塊和系統(tǒng)軟件框架，并把視覺處理算法進(jìn)行相關(guān)移植。ADI公司提供一套完整的軟件開發(fā)工具Visual DSP++，利用Visual DsP++項(xiàng)目管理環(huán)境，程序員可以方便的開發(fā)和調(diào)試應(yīng)用程序，同時(shí)開發(fā)軟件的編譯器能有效地將C，C十+代碼轉(zhuǎn)換為Blackfin DSP的匯編代碼．采集結(jié)果如圖4（a）所示。

ADSP-BF561為對稱雙核處理器，因此在程序編寫的時(shí)采用不同內(nèi)核處理不同工作，并根據(jù)硬件接口進(jìn)行調(diào)試軟件的編寫．CoreA工作主要包括設(shè)置時(shí)鐘頻率、初始化SDRAM控制器、初始化視頻編解碼器、初始化PPl0和中斷、使能PPIO．以ITU656模式進(jìn)行獲取，獲取到的幀存放在SDRAM中：CoreB工作主要包括設(shè)置時(shí)鐘頻率、初始化PPI1和中斷、使能PPI1，以通用輸出模式執(zhí)行視頻輸出，軟件流程如圖4（b）所示。

a） 采集界面

b）軟件流程

圖4采集界面及流程圖

4 結(jié)論

本系統(tǒng)采用了ADI公司功能強(qiáng)大的媒體處理器ADSP-BF561．在完成最小系統(tǒng)和擴(kuò)展功能硬件開發(fā)后．可以在該硬件平臺上方便地進(jìn)行代碼和算法開發(fā)．視覺處理系統(tǒng)在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中起著重要作用．其硬件設(shè)計(jì)的成功完成．能夠縮短開發(fā)周期．降低開發(fā)成本并且為車輛輔助駕駛系統(tǒng)的開發(fā)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：利用數(shù)字信號處理器ADSP-BF561進(jìn)行車輛輔助駕駛系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)視頻實(shí)時(shí)采集與顯示．為車輛輔助駕駛視覺處理算法開發(fā)提供實(shí)驗(yàn)平臺。

經(jīng)濟(jì)效益：本系統(tǒng)已在東風(fēng)某重型車上得到試驗(yàn)應(yīng)用，具有良好的應(yīng)用前景。

責(zé)任編輯：gt