自2020年以來(lái)，汽車行業(yè)開啟了新紀(jì)元，應(yīng)用于汽車上的智能技術(shù)也逐漸進(jìn)入人們的視野，其中就有高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）。有了它，汽車可以預(yù)先察覺路面可能發(fā)生的危險(xiǎn)，司機(jī)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行、計(jì)算后的結(jié)果，進(jìn)行加速、減速、轉(zhuǎn)彎、避讓......ADAS系統(tǒng)功能越強(qiáng)大，汽車就能夠應(yīng)付越復(fù)雜的路況。

首先為了安全性，需要考慮的是駕駛過(guò)程中連接器、傳感器的深度融合。安全性能之外，可編程門陣列（FPGA）作為汽車算法的一部分則為自動(dòng)駕駛提供了“大腦”，對(duì)行駛狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，通過(guò)計(jì)算結(jié)果決定汽車的運(yùn)行方向以及如何應(yīng)對(duì)障礙物。

明白了基礎(chǔ)原理之后，羅馬尼亞布加勒斯特大學(xué)的學(xué)生們嘗試了動(dòng)手實(shí)踐，他們通過(guò)Zynq 7000 SoC的硬件、軟件組合編程，集成完整的高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS），并且裝載到了模型上，接下來(lái)就一起來(lái)看看他們是怎么做到的吧~

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功能設(shè)計(jì)

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羅馬尼亞布加勒斯特大學(xué)的學(xué)生們使用Digilent Zybo Z7來(lái)搭建自動(dòng)駕駛汽車的原型。這輛自動(dòng)駕駛汽車除搭載 OpenCV 和 Embedded Linux 以外，還具有以下主要功能：

在車道線之間行駛

遇到障礙物停止

探測(cè)道路交通標(biāo)志

執(zhí)行來(lái)自 RFID 卡的智能命令

在十字路口導(dǎo)航

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零件構(gòu)成

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汽車由以下部件構(gòu)成：

Digilent PCAM 5C 攝像頭傳感器

由非汽車級(jí) Xilinx Zynq 7000 SoC 驅(qū)動(dòng)的 Digilent Zybo Z7

聲納

RFID 掃描儀

3軸加速計(jì)

USB WiFi 適配器

高速和高轉(zhuǎn)扭金屬齒輪伺服機(jī)構(gòu)

雙直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器

5V 穩(wěn)壓器

6V 穩(wěn)壓器

2200mAh 鋰聚合物電池

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安裝指南

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硬件平臺(tái)以 2 層塑料汽車框架為基礎(chǔ)，所有的附加安裝硬件和支承件均在 CAD 中設(shè)計(jì)并用 PLA 塑料 3D 打印成型。汽車框架還包括 2 個(gè)有刷直流電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)矩足以驅(qū)動(dòng)汽車以較快的速度行駛。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類似于卡丁車（阿克曼轉(zhuǎn)向），伺服機(jī)構(gòu)在推動(dòng)一個(gè)輪轂的同時(shí)通過(guò)推桿將運(yùn)動(dòng)傳導(dǎo)至第二個(gè)輪轂。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完全采用 3D 打印，幾乎無(wú)需組裝。汽車框架本身需要按個(gè)人需求鉆孔和設(shè)置安裝點(diǎn)，具體取決于不同的組件/傳感器如何安裝。

前輪像普通汽車一樣運(yùn)動(dòng)，從左向右轉(zhuǎn)向。攝像頭安裝在車前。攝像頭傳感器的頂端增設(shè)一個(gè)魚眼鏡頭，以擴(kuò)展視野。RFID 掃描儀安裝在汽車底部。聲納安裝在前保險(xiǎn)桿內(nèi)，以防止撞車。加速計(jì)安裝在汽車頂端。

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系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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總體設(shè)計(jì)方框圖如下所示：

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硬件設(shè)計(jì)

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視頻管線和視頻處理 - 車道探測(cè)

Pcam 5C 探測(cè)到的 MIPI PHY 車道原始數(shù)據(jù)由 MIPI_D_PHY_RX 區(qū)塊和 MIPI CSI-2 接收器進(jìn)行解譯和處理，接著 Bayer 格式流被傳輸?shù)?AXI_Bayer_to_RGB 區(qū)塊，并輸出更有用的 AXI 流信號(hào)。所產(chǎn)生的 AXI 流被分為兩個(gè)相同的數(shù)據(jù)流，用于相應(yīng)的應(yīng)用。其中一個(gè) 720p 60Hz 被保留下來(lái)，而另一個(gè)則經(jīng)過(guò)一系列圖像處理技術(shù)以獲得適合車道探測(cè)的灰度圖像。

傳感器數(shù)據(jù)采集和處理 - RFID、加速計(jì)和聲納

加速計(jì)和 RFID 讀數(shù)器通過(guò)同一根總線由 I2C 啟用，并直接連接至處理系統(tǒng)。傳感器通過(guò) PWM 輸出信號(hào)連接至用于計(jì)算 PWM 占空比的區(qū)塊，并通過(guò) AXI4-Lite 鏈路向處理系統(tǒng)提供最終數(shù)據(jù)。

電機(jī)和轉(zhuǎn)向控制

“電機(jī)和轉(zhuǎn)向”控制器又稱內(nèi)部運(yùn)動(dòng)控制器，是用于管理雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的區(qū)塊和直接控制前轉(zhuǎn)向的伺服機(jī)構(gòu)。主區(qū)塊通過(guò) AXI4-Lite 鏈路與處理系統(tǒng)通信，內(nèi)部則由三個(gè) PWM 發(fā)生器構(gòu)成，并為分辨率和頻率使用可自定義的合成-時(shí)間參數(shù)?？蛇x數(shù)值包括：電動(dòng)機(jī) - 2x 16 位、100kHz 驅(qū)動(dòng)器；伺服機(jī)構(gòu) - 1x 12 位、50 Hz 驅(qū)動(dòng)器。伺服機(jī)構(gòu)需要特定的頻率和占空比才能正常運(yùn)行。

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軟件設(shè)計(jì)

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Petalinux 嵌入式 Linux 版本

該項(xiàng)目以 Xilinx Petalinux 2017.4 的 Embedded Linux 為中心。Linux OS 相當(dāng)于硬件和軟件之間的共同基礎(chǔ)，可用于管理流程。改進(jìn)后的內(nèi)核通過(guò)改良版 USB 驅(qū)動(dòng)器為攝像頭、聲納、電動(dòng)機(jī)和 WiFi 適配器伺服機(jī)構(gòu)等物理設(shè)備提供支持。Xilinx 已包含 Zynq I2C 驅(qū)動(dòng)器，可連接攝像頭、加速計(jì)和 RFID 讀數(shù)器。

主控制應(yīng)用程序

1. 車道組件：將汽車定位在正確的路線上，并根據(jù)道路調(diào)節(jié)速度。

2. 標(biāo)志組件：探測(cè)停車標(biāo)志。

3. RFID 組件：正確地探測(cè)和儲(chǔ)存道路主要部位所放置的 RFID 卡。

4. 顯示組件：向用戶顯示相關(guān)圖像。

5. 配置/校準(zhǔn)組件：使用戶能夠利用獨(dú)立文件來(lái)設(shè)置重要參數(shù)，無(wú)需重新編譯程序或覆蓋配置文件便可匹配當(dāng)前道路狀況。

所有組件（除配置/校準(zhǔn)以外）均循環(huán)運(yùn)行。每次迭代對(duì)應(yīng)一個(gè)框架。

原文標(biāo)題：歐時(shí)課堂 | 如何“自制”智能汽車

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