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利用ADAS(汽车高级驾驶辅助系统)知识产权，开发更智能、更安全的汽车

2017年3月7日经过韵律

通过设计，验证和处理器IP和整体设计方法优化ADAS应用中的性能，安全性和可靠性。

今天的汽车是一个在车轮上的全成熟电子系统，其中每个部件都是相互关联的，必须设计，优化和同时验证。因此，在开发汽车系统时，重要的是应用全面方法，考虑到芯片，包装，电路板，子系统，最终是整个车辆。在本文中，我们将研究Cadence先进的驾驶员援助系统（ADAS）知识产权（IP）和Cadence System Development Suite在创建可靠的汽车系统方面的整体设计方法的作用。

介绍

随着汽车行业继续开发更自主的驾驶功能和自动驾驶汽车，汽车电子器件将在实现这些能力方面保持积分作用。yabosports官网未来的车辆将拥有更多集成的信息娱乐功能，传感器集群，计算机电源，汽车到物体（CAR2X）通信技术，高带宽以太网网络和高清（HD）显示。虽然电子元件正在增强驱动器，但政府法规越来越多地呼吁汽车制造商将冗余传感和控制系统集成在具有更多摄像机，雷达和其他ADAS中的冗余传感和控制系统，以提高安全性和可靠性。图1描绘了技术如何转化运输。

图1。技术正在制造车辆越来越聪明。

确保这些电子复杂的车辆按照一系列道路和环境条件操作需要一系列的设计和验证工具，新算法和运行软件，以及旨在优化整个汽车系统的服务。每个车辆都包含多个车载网络，从信息娱乐网络到安全，指导，发动机管理和其他几个网络。由于所定义了车辆内每个子系统的要求，重要的是考虑它们如何互相影响以及整体车辆操作。

这就是为什么需要验证所有电子电路以确保正确的硬件和软件功能，预期的组件公差，温度变化，应力引起的电静电和静电放电等失效机制，以及一些其他参数，以保护防止故障场地。此外，必须彼此模拟汽车电子子系统，以确保每个相互连接的子系统将继续按照长时间的磨损和撕裂操作。实际上，详尽的仿真，故障分析和产量和可靠性分析对于避免灾难性的安全问题和潜在的昂贵召回至关重要。

IP在所有这些中起重要作用，支持以太网等基本通信协议，以及包括实时数据/音频/语音处理，传感器融合，模式和语音识别，声音增强和连接的功能。ADAS段是汽车半导体空间的最快增长之一，用于增强驾驶员体验和整体安全性。我们将在本文中讨论IP在ADA中的作用。

提供更聪明，更安全的驾驶经验与ADAS

ADAS技术(图2)可以让车辆更清楚地了解周围环境，总体上使驾驶更加安全。自适应巡航控制、驾驶员监控系统、自动停车、避免碰撞、车道偏离预警系统和交通标志识别只是ADAS涵盖的众多功能中的一小部分。数据是这些功能的核心——各种车载传感器实时收集大量数据。各个子系统必须实时准确地处理这些数据，利用这些数据做出知情的紧急制动、转向和通信决策，从而影响驾驶员的安全性和整体驾驶体验。随着时间的推移，车辆将越来越能够与其他车辆及其环境交换数据，以获得更安全的驾驶体验。市场研究机构research and Markets预计，ADAS市场的价值将在2016年达到近60亿美元，到2022年将增长到约100亿美元。从单位的角度来看，2016年预计将有大约5000万辆装有ADAS的汽车出货，这一数字预计将增长到超过5000万辆6000万单位到2022年。

ADAS应用是独一无二的，该目的，低功耗，高性能的片上（SOC）设备，软件必须对其进行反应和交互，并准备好与市场要求和安全升级对齐。虽然视觉，雷达，超声波，实时网络和嵌入式控制的关键技术可以从其他应用程序调整，但ADAS的特殊要求限制了设计人员的现成芯片选择。因此，它对OEM（汽车制造商）和1层供应商（如汽车应用设计师）来说是一个挑战，而且为提供创建这些SOC的工具，软件和服务的供应商也是一个很大的机会。

使ADAS能力可能需要一些独特的设计规格：

较高的计算性能，AT> 1000Gmac / s，支持从数字信号处理（DSP）架构的支持，该架构调谐到处理计算密集型算法，同时提供最佳的SOC功率，性能和面积（PPA）比率
更高的网络/内存，如Gig位以太网，多Gig-Hz LPDDR3 / LPDDR4存储器接口，支持增加的视频/图像分辨率，增加帧速率，视频流数量增加，以及需要存储和访问中间的高度复杂算法产生的结果
更大的整合

图2。Adas提供了许多帮助使车辆更安全驱动的功能。

ADAS环境中的子系统

创建这些复杂的ADAS功能需要一个传感器（单眼和立体声相机，LIDAR，雷达，超声等）和通信（车载网络和CAR2X无线）的混合。这些子系统通常使用专门的IP构建块来执行传感器处理的关键算法，包括计算机视觉，语音识别，雷达分析和可靠的通信。基本上，ADAS在车辆内连接各种子系统。

成像和视频协助

成像和视频辅助包括紧急制动，车道和车辆跟踪，交通标志识别，停车援助，驾驶员警觉和低分散注意力人机界面（HMI）。这些应用必须实时准确地处理大量数据，并使用此信息快速可靠地做出决策。

语音控制和手势识别

先进的人机界面支持、语音控制和手势识别，可以为驾驶员提供多种功能的免提控制，从汽车收音机到空调机组和导航功能，从而提高安全性。

车辆通信系统

CAR2X通信系统将使车辆和路边单元进行交换信息，例如交通和安全相关数据。此外，与视觉，激光雷达和雷达系统相比，车辆到车辆（V2V）通信的优势在进一步增强了“拐角处”的安全性。当然，所有这些数据都可以通过云与其他车辆共享。

汽车以太网

提供高速车载通信，汽车以太网是ADAS应用程序的关键推动器。它是允许从侧面和后视摄像机的视频流进行处理和传送到仪表板显示的数据高速公路，并将需要高带宽和低延迟。此外，它还可以用作直接连接汽车中的所有域控制器的数据骨干网。

CNN在ADAS应用中的作用

这些功能的基础是深度学习技术，例如卷积神经网络（CNNS），支持像车辆和行人检测，道路表面跟踪，符号和信号识别等应用，以及语音命令解释。CNN表示神经网络的特殊情况，这是交换消息的互连人工神经元的系统。连接具有在培训过程中调谐的数字权重;例如，当具有识别图像或模式时，训练有素的网络正确响应。该网络具有许多特征检测神经元层，并且每个层本身具有许多神经元，其响应来自前一层的不同的输入组合。CNN具有一个或多个卷积层，通常具有子采样层，然后是一个或多个完全连接的层。

与传统的模式检测方法相比，CNNS在他们处理扭曲的能力，减少记忆需求以及其有效的培训过程中提供了优势。利用德国交通标志识别基准（GTSRB），并使用专有的分层CNN方法，Cadence开发了交通标志识别算法，其产生了更好的正确检测率（99.80％）与a先前建立基线(PDF)。未来cnn有可能接受更复杂任务的训练，比如判断和策略。

ISO 26262和功能安全

汽车电子部件的意外错误可能会导致轻微的不便，损害品牌的产品召回，甚至更糟的是，伤害或死亡。满足功能安全标准有助于确保整个系统在发生计划外或意外事故时仍能保持可靠性和预期功能。为了在功能上安全，系统必须具有冗余，以限制单个错误扰乱整个系统的风险，以及用于监控系统并触发错误响应和恢复功能的检查器。

遵守功能安全标准要求：

实现从系统级别的要求跟踪到组件
对系统所有部分的所有抽象级别执行功能验证和安全验证
定性和定量故障分析包括功能验证环境下基于故障注入的仿真

在汽车世界，ISO 26262.是车辆中电子系统功能安全的标准。该标准概述了汽车安全生命周期阶段，涵盖整个开发过程中的功能安全，并提供了确保实现了足够和可接受的安全水平的要求。遵守ISO 26262呼叫：

检测和校正硬件错误
系统故障的检测和解决
能够防止软件任务彼此影响
减少了可变延迟系统组件的使用
快速处理
文档，包括指南到安全功能，工具资格支持和验证报告

遵守ISO 26262的最大挑战之一涉及收集和分析涉及实现接受的安全完整性水平所涉及的大量数据。传统上，这是一项手动，耗时的过程。

处理所有数据

汽车工程师必须确定处理来自所有这些ADAS子系统的数据是否应以分布式或集中式方式发生。以分布式方式，数据处理靠近每个相应的传感器或摄像机进行，并且需要高速接口IP和DSP，具有汽车以太网IP，从而实现车载通信。在这些场景中，传感器融合DSP可以集成多个传感器的输出，从而将数据流量降低到中央头部单元。集中式数据处理装置需要连接到每个子系统的汽车头单元（例如，通过汽车以太网IP）。接口IP，DSP和内存子系统在此方面是必不可少的，以确保系统的低延迟响应。必须验证每一块这些方案，以确保它将可靠地在车辆中工作。图3示出了通用ADAS SoC架构的示例。

图3。Cadence的系统设计实现策略。

设计和验证汽车系统

由于软件在硅，硬件/软件共同验证必不可少。Cadence System Development Suite涵盖了整个设计周期，从早期的硅软件开发到硅和系统验证。套件的连接平台加速了系统设计，IP和SOC验证，并提升，减少了系统集成时间。第1层供应商可以使用这些工具来原型和测试完整的系统，例如在硬件可用性之前评估各种实际功能。OEM可以调试特定的流量情况以测试和优化其算法。

例如，考虑坐在后视镜后面的相机系统。在这样的系统内部是一个在ADAS SOC上运行的CNN，用于对象检测和跟踪。在硅变为可用之前，设计人员必须开发，验证和优化运行复杂CNN算法的硬件平台。系统开发套件现在支持，使半导体供应商能够验证SOC以确保它根据预期工作并从事软件驱动程序和固件的早期开发。要测试完整的ADA，一级1供应商可以在实际交通方案的视频序列中流。在OEM级别，软件工程师可以使用该工具验证和优化特定算法或调试特定的流程。

解决可靠性问题

汽车设备预计至少持续15年。为了实现这种程度的可靠性，SOC设计人员必须能够考虑晶体管老化和互连电迁移，特别是对于车辆环境温度和高级SOC工艺节点。FinFET等先进技术提供功率和性能优势，但易于自我提升问题。

启用ADAS算法

Cadence的可扩展DSP以及来自合作伙伴生态系统的现成软件，支持与ADA成形的通信，音频，成像，计算机视觉和CNN函数的新算法。

汽车配备了更多的摄像头、激光雷达装置和雷达传感器，从车辆周围的环境中收集数据。Cadence的产品组合包括高吞吐量dsp，支持自适应巡航控制、紧急制动、传感器融合和V2V通信等应用的重型数据通信。
用于音频，语音和语音支持的专用DSP，始终开启语音触发和汽车音响系统的唤醒功能，包括主动噪声控制设备
计算机视觉和成像DSPS处理来自车辆的许多相机的数据，填充了对驾驶员有意义的信息的可视显示。这条线中最新的产品旨在提供在CNN应用中至关重要的乘法积累（MAC）性能，以及低功耗和Y数据压缩。

符合汽车界面标准

ISO 26262功能安全标准的最新迭代包括定义IP要求的章节。从产品要求阶段到最终IP释放，Cadence遵循正式的质量流动和检查点以确保设计质量。Cadence的产品组合包括各种系统，接口和内存IP，便于ADAS应用程序设计，包括：

DDR4 / LPDDR4控制器和PHY的行业领先IP
汽车以太网MAC控制器的ISO 26262-Ready IP
IP为MIPI相机/显示控制器/ PHY
IP for PCI Express controller and PHY

此外，Cadence的验证IP（VIP）可以验证符合CAN，LIN，Ethernet，DDR4，Flash，USB和数十种标准接口规范的符合性。

满足功能安全要求

一直致力于故障仿真技术超过25年的Cadence提供了自动化功能安全要求的过程的工具。功能验证环境通过自动注入和IP，SOC和系统设计进行故障注入和结果分析，将ISO 26262认证工作减少到50％。该解决方案符合ISO 26262的可追溯性，安全验证和工具置信水平（TCL）要求。例如，您可以使用该工具将故障注入ADA SoC的内存子系统，以确定您的任何问题软件堆栈，或者是错误代码校正（ECC）等安全机制是否可以检测和解决故障。

Cadence的数字设计和实施工具通过定义粘附在放置，路由和多切割的安全岛通过插入来确保功能安全和高可靠性设计。在Tensilica处理器中，存储器/数据保护，故障管理和任务隔离，确定性操作和文档等功能支持功能安全要求。

总结

2016年8月，新加坡推出了世界第一次自动驾驶出租车。由自动车辆软件启动操作，小舰队包括六辆汽车，可通过智能手机选择公众的成员。目前距离2.5平方英里的商业和住宅区。启动，保证，目的是在2018年全国提供全面自驾驶舰队。

城市经营自驾驶车队的一天，目的是减少事故的数量，减少交通，甚至减轻停车麻烦，很快就会出现。因为生命是有利的，确保汽车系统的安全性和可靠性至关重要。这样做的要求甚至不到整体设计方法，该方法占整个系统和每个内部的每个组件，确保每个零件都按预期且与其同行一起运作。