LiDAR용 Zynq UltraScale+ MPSoC 시스템

(이미지 출처: iWave Systems)

LiDAR는 다양한 과학 및 군사 응용 분야에서 중요한 원격 감지 기술로 각광받고 있습니다. LiDAR는 고해상도와 정확한 3D 구조 측정치를 제공하며, 수신된 데이터를 3D 맵으로 변환하여 주변 환경을 해석하고, 열악한 날씨와 조명 조건에서도 영향을 받지 않습니다.

Zynq UltraScale+ MPSoC의 적응성을 통한 LiDAR 기술 지원

Zynq UltraScale+ MPSoC는 적응성이 높은 SoC 기반 제품 설계를 지원하며, LiDAR 응용 제품을 구현하는 데 유용합니다. 프로세서와 FPGA 아키텍처를 하나의 장치에 통합하면 어떤 도메인에도 유연하면서도 최적화된 솔루션을 신속하게 배포할 수 있습니다.

FPGA는 프로그래밍이 가능하여 제품에 대한 맞춤형 기능을 개발하는 데 큰 유연성을 제공합니다. 또한 FPGA는 다중 레벨 병렬 구조를 사용하여 처리 속도를 향상할 수 있습니다.

Zynq UltraScale+ MPSoC 계열은 그래픽, 동영상, 파형, 패킷 처리를 위한 소프트 엔진과 하드 엔진을 통한 실시간 제어를 결합합니다. 따라서 MPSoC 장치는 강력하고 유연하여 LiDAR 센서를 위한 신호 처리, 포인트 클라우드 전처리, 포인트 클라우드 머신 러닝 가속화 등의 첨단 기능을 제공합니다. 또한 Zynq MPSoC 장치는 전력 효율성이 뛰어난 것으로 잘 알려져 있으며, 이는 LiDAR에 중요한 요소입니다.

LiDAR 제품 개발에 SoM 접근 방식을 사용해야 하는 이유

LiDAR 제품을 개발하는 데 SoM(시스템 온 모듈) 접근 방식을 사용하면 설계 과정에서 발생하는 복잡성을 줄여주므로 큰 도움이 됩니다. 제품 설계자가 설계에서 복잡한 하드웨어 부분을 제거하여 펌웨어 및 소프트웨어 스택을 개발하는 데 집중할 수 있습니다. 따라서 출시 시간이 크게 단축되며 제품 개발 비용이 절감됩니다.

또한 SoM은 설계자가 캐리어 카드 설계를 변경하지 않고도 더 높은 수준의 컴퓨팅 SoM으로 마이그레이션할 때 뛰어난 확장성과 유연성을 제공합니다.

LiDAR를 위한 Zynq MPSoC SoM 기능

Zynq UltraScale+ MPSoC SoM은 이기종 Arm® + FPGA 아키텍처로 구성되어 있으며 PS(처리 시스템) 및 PL(프로그래밍 가능 논리)의 강력한 조합을 제공합니다.

• PS에는 최대 1.5GHz에서 작동하는 쿼드 코어 Arm Cortex®-A53 프로세서와 최대 600MHz에서 작동하는 Arm Cortex-R5 프로세서를 갖춘 실시간 처리장치가 포함되어 있습니다.
• PL은 최대 504K 구성 가능 논리 블록, 블록 RAM, DSP 소자가 포함된 16nm UltraScale+ 아키텍처를 기반으로 합니다.

그림 1: Zynq UltraScale+ MPSoC SoM. (이미지 출처: iWave Systems)

기타 이점은 다음과 같습니다.

• 모든 대상 간 연결
• 설계 도구 체인
• 이미지 처리 기능
• 가속화된 신경망
• 안전 및 보안 기능

모든 대상 간 연결

센서 연결 및 처리 시 다양한 인터페이스 표준을 준수하는 것은 쉽지 않습니다. 일반적인 솔루션은 카메라, 레이더, LiDAR 등의 고대역폭 센서를 지원하는 MIPI, JESD204B, LVDS, GigE 등의 고속 인터페이스를 지원하는 기능이 있어야 합니다. 또한, 가속도계를 위한 CAN, SPI, I2C, UART 등의 표준을 사용하는 저대역폭 센서에 연결하려면 센서 연결 및 처리 기능도 필요합니다.

Zynq UltraScale+ MPSoCs PS 및 PL은 CAN, SPI, I2C, UART, GigE 등의 다양한 업계 표준 인터페이스를 지원합니다. PL I/O 유연성 덕분에 MIPI, LVDS, GigaBit 직렬 링크와의 직접 연결이 가능해 PL 내에서 프로토콜을 보다 효과적으로 시행할 수 있습니다.

PL은 하드웨어 설계에서 정확한 PHY를 제공함으로써 모든 인터페이스를 구현할 수 있어 모든 대상 간에 연결을 제공합니다.

설계 도구 체인

Zynq UltraScale+ 장치에는 PS 및 PL 설계를 구성하기 위한 Vivado Design Suite가 제공됩니다. Vivado는 합성, 배치 및 경로, 시뮬레이션에 대한 지원을 포함한 완전한 PL 개발 경험을 제공합니다.

Vitis는 소프트웨어 솔루션 개발에 사용할 수 있습니다. Vitis는 PetaLinux와 FreeRTOS 등의 실시간 운영 체제를 사용하여 Embedded Linux 개발을 지원합니다.

시스템 개발 기능 외에도, Vitis는 OpenCL을 사용하는 PL 내에서 커널 가속화를 지원합니다.

이미지 처리 기능

이미지 처리는 LiDAR 응용 분야에서 탐색 및 모니터링에 중요합니다. 일반적으로 이러한 시스템에서 사용되는 알고리즘은 OpenCV와 같은 높은 수준의 프레임워크에서 생성되고 모델링됩니다.

H.264/H.265 비디오 코덱 장치는 Zynq UltraScale+ MPSoC EV 계열에 포함되어 이미지 처리를 지원합니다.

가속화된 신경망

이미지 처리뿐 아니라, 머신 러닝 또한 자동화된 응용 제품 개발에 중요한 기술입니다. 머신 러닝을 통해 고속도로 위의 물체를 분류하거나 탑승자를 관찰하고 모니터링할 수 있습니다.

이를 지원하기 위해 Viti Ai는 딥 러닝 처리장치에 Model Zoo, AI 컴파일러, 최적화 회로, 양자화 장치, 프로파일 생성기를 제공합니다.

안전 및 보안 기능

AES(고급 암호 표준)는 Xilinx 장치 구성의 보안에 사용됩니다.

Zynq UltraScale+ MPSoC 장치는 PS 내의 CSU(구성 보안 장치)를 통해 계층화된 보안 솔루션을 추가적으로 구현합니다. CSU는 AES 256-GCM, 4096 RSA 배율기, SHA-384를 지원하여 기밀성, 인증, 무결성 기능을 제공합니다.

내장된 시스템 모니터를 통한 조작 방지 대응을 통해 고객이 SoM의 다이 온도 및 장치 전압을 추적할 수 있습니다.

iWave Zynq MPSoC SoM 전체에 걸친 확장성

iWave는 Zynq UltraScale+ MPSoC ZU4 계열부터 ZU19 계열을 위한 폭넓은 SoM 포트폴리오를 제공합니다. 이러한 모듈은 첨단 산업, 군사, 국방을 비롯한 다양한 분야에서 사용됩니다.

이러한 SoM은 I/O 가용성, 트랜시버 레인 수, 고속 DDR 설계 면에서 최종 응용 장치에 뛰어난 확장성을 제공합니다. 따라서 설계된 캐리어 기판은 19만 2천 개의 논리 셀이 있는 ZU4부터 최대 110만 개의 논리 셀이 있는 ZU19까지 다양한 완제품을 위한 여러 I/O 포트를 수용할 수 있습니다.