基于FPGA的车道识别硬件加速

FPGA开发实现车道检测实验步骤

原创

已于 2025-01-13 09:12:22 修改 · 1.5k 阅读

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#fpga开发

于 2025-01-12 22:17:15 首次发布

一、原理

本次实验需对图片进行进行灰度转换、高斯模糊、Sobel算子处理、非极大值抑制、滞后滤波、霍夫变换等步骤对车道进行识别。在此过程中，对像素矩阵的卷积占用了CPU的大量资源，而FPGA的并行特性可以加速这一处理，减轻CPU的负担，从而实现硬件加速。

二、操作步骤

2.1工具

进行本次实验需要下载OpenCL SDK(OpenCL开发工具)、Intel SoC EDS(编译工具)、DE10-Nano OpenCL Board Support Package(板级支持包) 、diskimages(用于向sd卡传输linux镜像系统)、PuTTy(用于操作FPGA上的linux系统)。

OpenCL SDK下载如下：

Intel SoC EDS(编译工具)下载如下：

DE10-Nano OpenCL Board Support Package(板级支持包)

Diskimages

PuTTy

2.2环境配置

首先需要安装LICENSE文件，这里可以利用安装quatusII下的license.dat的环境变量

为了使操作系统正确找到 OpenCL 实用程序，用户需要创建一个名为 INTELFPGAOCLSDKROOT 的新环境变量，并将以下路径添加到 PATH 环境变量中：

添加成功后如下：

注意：这里要分行添加，不能全部放在一行否则不能正确加入

为了让 Intel OpenCL SDK 正确找到 DE10-Nano 的套件位置，用户需要创建一个环境变量 AOCL_BOARD_PACKAGE_ROOT 并将其值设置为：

设置成功后如下图所示：

2.3环境核对

为了验证我们配置的路径是否正确，我们可以再command shell窗口中输入acol version来看版本，如下图所示：

通过输入“aoc -list-boards”可以查看板子的信息，以及查看板级支持包的位置是否配对正确，如下图所示：

2.4编译并执行opencl程序

这里是将OpenCL生成的CL文件编译为FPGA的配置文件，在Command Shell中输入“aoc hough.cl -o bin\hough.aocx -board=de10_nano_sharedonly -v -report”，因为本次实验题目车道检测，所以使用的代码为hough.cl，需将其编译为hough.aocx，编译过程如下图所示：

注意：此处如果编译不成功，出现下面错误如下图所示

生成的aocx文件是即将配置到FPGA上的文件。

说明：此错误是由于某个目录没有权限，无法写入，解决方法有两个。

方法一：在一个较高的目录下，修改属性，加上直接去掉只读属性即可，选中包括子目录。

注意:此方法一定要选择最高路径，不然上层还会有有只读属性。

方法二：右键以管理员身份运行命令行窗口，这样就可以就可以以管理员的身份强行写入了。

2.5编译host文件夹生成linedetect

打开embedded文件夹，启动Embedded_Command_Shell.bat文件，用“cd /cygdrive/D/QuartusII_18.1_Std/hld/board/de10_nano/test/Exercise_3/design_files/part2”转到有host的文件夹目录下，用“make”命令进行编译，在该目录下的bin文件夹中生成linedetect，如下图所示

2.6.用disk_image将linux系统镜像烧录到SD卡中

使用读卡器将sd卡插入电脑，打开disk_images软件，将镜像文件烧入卡中，如下图所示：

2.7将编译后的文件传入SD卡

在前面步骤中，make host文件夹生成了linedetect，编译hough.cl文件生成hough.aocx文件，将linedetect和hough.aocx文件以及test_images文件夹一起放入sd卡，供后续fpga处理。

2.8用PuTTy连接FPGA中的linux系统

连接方式选择serial，连接上FPGA的J4接口，在端口选项中选择COM5，波特率调至115200后启动该系统，如下图所示：

2.9在在PuTTy中完成实验

在PuTTy中，先输入root登录，登录后输入“source ./init_opcl.sh”对OpenCL进行初始化，后建立boot文件夹，用“mount /dev/mmcblk0p1 boot”命令将该区挂在到boot上，输入“cd boot”，转入boot文件夹中，输入“ls”命令就可以看到该文件夹下的内容，包含hough.aocx、linedetect、test_images文件夹，后执行“./linedetect”，如下图所示：