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，已成为传统传感器（如雷达和激光雷达）的有力替代方案，用于收集周围环境的信息。在机器人技术、驾驶辅助系统、自动驾驶汽车和无人机系统等领域，嵌入式摄像头都得到了成功应用，众多研究也在利用其进行复杂视觉系统的设计，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。该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，且随着消费者和应用对功能和性能的要求不断提高，这种复杂性还将进一步增加。不过，随着高性能和可重构计算领域的快速发展，通过将硬件和软件集成在单个芯片（即片上系统，SoC）上，可以有效满足此类视频平台的计算需求。通常，低层次的重复计算会映射到硬件中，而复杂的推理部分则由软件实现。

目前，硬件/软件系统的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部分。这种分割过程既繁琐又容易出错，且需要具备硬件和软件技能以及对图像处理的深入理解。此外，像OpenCV这样流行的软件设计环境虽然能提高生产力，但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/软件架构上，并进行验证任务。

为了解决这些问题，我们的重点是提供一个用于快速设计和验证嵌入式视觉系统的高级框架。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，制定模型到模型的转换规则，实现从高级规范到硬件/软件实现的细化，并使用验证和分析模型确保最终设计符合初始系统规