8、高性能视频嵌入式系统的设计与验证环境

高性能视频嵌入式系统的设计与验证环境

1. 引言

嵌入式摄像头凭借其在尺寸、成本和可编程性方面的优势，成为了如雷达和激光雷达等传统传感器的有力替代方案，被广泛应用于机器人、驾驶辅助系统、自动驾驶汽车和无人机系统等领域。过去，许多研究致力于利用嵌入式摄像头设计复杂的视觉系统，如视觉辅助飞行控制、跟踪、地形测绘和导航等，并取得了显著成果。

然而，设计基于视频的嵌入式系统仍面临诸多挑战。这类系统需要同时满足高性能、高吞吐量、低功耗或低密度等相互冲突的设计约束。随着消费者和应用对功能和性能的要求不断提高，设计的复杂性预计将进一步增加。不过，随着高性能和可重构计算领域的快速发展，通过在单个芯片上结合硬件和软件（即片上系统，SoC），可以有效满足此类视频平台的计算需求。在这种分解中，底层的重复计算映射到硬件，而复杂的推理部分则保留在软件中。

传统的硬件/软件系统设计过程通常从手动划分初始应用开始，提取可并行化和计算密集的模块，然后分别使用传统语言（如C）在软件中实现顺序部分，使用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）在硬件中实现可并行化部分。这种分割过程繁琐，需要硬件和软件技能以及对图像处理的深入理解。软件设计环境（如OpenCV）在视频系统设计中很受欢迎，但它们只能针对通用处理器。因此，需要将这些框架中的应用映射到专用的硬件/软件架构，并进行验证任务。手动翻译耗时、易出错，且需要图像处理社区中软件设计师所不具备的硬件设计技能。

为了解决这些问题，本文聚焦于提供一个高级框架，用于快速设计和验证基于嵌入式视觉的系统。该框架利用高级系统建模，通过SystemC/TLM定义捕获视觉应用所需的概念。SystemC/TLM已成为片上系统设计和建模的事实标准，广泛用于更高抽象级别