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提高多传感器数据采集的同步精度以及地图构建定位算法的精度和运算速度是无人驾驶系统的关键技术之一。无人驾驶汽车已成为高科技行业的研究热点,当前的无人驾驶系统对多种传感器的数据进行同步采集并精确融合和无人驾驶汽车定位算法的硬件化加速是相对独立的平台,多传感器数据的处理分析平台大都是借助云端或者终端计算机,因此存在着总成本高、体积大、功耗高、不满足车规级应用等缺点。本文针对上述问题设计了 一种以高速并行FPGA(Field Programmable Gate Array)为核心并结合具有强大计算能力的Jetson TX2的无人驾驶多传感器数据采集及算法加速硬件平台,该硬件平台从多传感器数据同步采集、高精度时间基准的建立和高精度定位算法的硬件化加速平台方案这几个方面进行了研究,本文的具体研究内容体现在如下几个方面:(1)设计了多传感器数据同步采集及高精度定位算法加速平台的集成方案。本系统以FPGA为核心控制器,以小型工控机JetsonTX2为数据处理单元,采用多种传感器集成方案充分感知环境信息,包括双频GNSS(Global Navigation Satellite System)、惯性测量单元、编码器、相机、三维激光雷达等多种传感器,弥补了单一传感器获取环境信息不全面的缺点。同时主控制器FPGA可用作无人驾驶高精度定位算法的硬件加速器,设计了高速DDR3存储接口满足算法加速过程中的存储需求。(2)完成了多传感器数据采集及高精度定位算法硬件加速平台原理图的设计、PCB板的绘制及调试等工作。设计了整个电源模块、主控FPGA的外围电路、Jetson TX2的外围接口电路、多种传感器的数据采集及同步控制电路,同时设计了 USB、千兆以太网、PCIe等高速通信接口电路以及DDR3、mSATA、TF卡等存储电路。最后,对整个PCB板进行调试验证,实现为无人驾驶汽车提供多传感器的同步数据,可为无人驾驶高精度定位算法提供硬件加速平台。(3)完成了多传感器数据的高精度同步采集工作。本系统利用GPS(Global Positioning System)的PPS(Pulse Per Second)和高稳石英晶体建立一个高精度时间基准:将短时稳定性高的高温石英晶振作为FPGA的时钟信号输入,利用FPGA的高速并行运行的特点模拟时钟运行,同时利用具有长期稳定性的GPS输出的PPS和NEMA数据对整个系统时钟进行刷新,实现时间上的绝对统一。以时间基准为纽带,根据不同传感器的不同特性采取不同的同步方式。选用成本更低BMI088惯性测量单元,根据传感器传输接口不同完成不同的传感器采集电路。(4)完成了高速串行总线CSI接口相机、DDR3高速存储电路的调试。为弥补CSI相机不能远距离传输的缺点,设计了 DS90UB954-Q1的解串器集线器方案,通过FPD-Link Ⅲ接口接收串行传感器数据实现了远距离传输。完成了基于XILINX MIG IP核DDR3读写控制模块的设计,并进行了仿真验证。实验结果表明,该平台能够为无人驾驶系统提供包括GPS、惯性测量单元、编码器、相机、三维激光雷达多种传感器的高精度同步数据,且同步精度控制在微秒级。同时本设计能够为无人驾驶汽车高精度定位算法提供硬件加速平台。本设计具有集成度高、同步精度高、成本低、应用范围广等优点,不仅可以应用于无人驾驶系统,还可以应用于无人机、定位导航、移动测量等领域,具有广阔的应用前景。