更快地开发嵌入式系统

无论是汽车还是无人机:为嵌入式系统开发图像处理软件需要大量的时间，因此非常昂贵。现在，Tulipp平台使得开发高效节能的嵌入式图像处理系统成为可能，这种系统可以更快、更便宜地开发，大大缩短了上市时间。弗劳恩霍夫光电子、系统技术和图像开发研究所(IOSB)是简化这一过程的欧盟联盟的成员之一。

乍一看，无人机、驾驶员辅助系统和移动医疗诊断设备似乎没有太多共同之处。但在现实中，它们确实是这样做的:它们都越来越多地使用图像处理组件，例如用于检测障碍物和行人。图像处理还可与移动x射线设备一起使用，以确保在降低辐射水平时获得足够的图像质量，从而大大减少了放射性照射。

与工作站计算机相比，在工作站计算机中尺寸和能耗并不是特别关键的因素，像这样的应用程序需要小型、轻量级、节能的图像处理组件，但这些组件仍然具有实时能力。基于传统计算机架构和处理器的硬件平台不能很好地满足这些需求。这就是为什么使用现场可编程门阵列(fpga)的嵌入式系统经常被使用的原因。

现场可编程门阵列是一种逻辑器件，其电路结构可以使用一种特殊的编程方式自由配置，通常涉及到低级语言VHDL。但是，有一个问题:大多数图像处理应用程序都是用C/ c++等高级编程语言编写的，它们迁移到嵌入式系统非常复杂。VHDL不仅与其他编程语言有很大的不同，而且代码还必须适应特定的硬件。这意味着即使现有的VHDL程序也不能转移到其他硬件上。软件开发人员几乎必须从头开始使用每个新系统。

用于快速实现特别节能的嵌入式系统的启动包

一个由来自6个国家的8个合作伙伴组成的财团，包括位于卡尔斯鲁厄的弗劳恩霍夫光电子、系统技术和图像开发IOSB研究所，现在已经大大简化了郁金香项目的这一程序。“结果是一个开发平台，包括设计指南、可配置的硬件平台和支持多核处理器的实时操作系统，以及一个编程工具链，”Dr.-Ing说。Fraunhofer IOSB集团经理Igor Tchouchenkov说。“我们在Tulipp的一个合作伙伴投放市场的初学者工具包提供了额外的支持。starter工具包使开发这样的应用程序更快、更容易。将c++程序移植到FPGA上，通常意味着开发人员需要几个月的工作，而使用Tulipp starter工具包只需几周就可以完成。

这意味着开发人员首先必须考虑，基于c++编写的软件，哪些代码元素应该分配给哪些硬件组件，哪些程序步骤可以优化或并行化。制定的设计指南为这项任务提供了帮助。然后开始比赛。它包含可配置的硬件，必要的传感器和输出设备可以连接到这些硬件，支持多处理器的实时操作系统，以及所谓的sthey工具链。工具链中的应用程序使得对c++程序进行优化成为可能，这样就可以尽可能轻松、快速地将其移植到FPGA上。Tchouchenkov说:“工具链的一个特别重点是能源优化:毕竟，目标是设计尽可能由小电池供电的图像处理系统。”“工具链使单独显示和优化每个代码功能的能耗成为可能。”

比高端电脑快100倍

该财团通过三个具体的用例来开发和测试Tulipp平台:弗劳恩霍夫IOSB研究小组解决基于立体相机的障碍检测无人机,而其他项目合作伙伴在行人检测附近的一辆汽车和生活质量提高x射线图像的移动C-Arms在外科手术。在Tulipp中，他们将相应的图像处理软件从c++移植到FPGA。

结果令人印象深刻:原本在高端PC上分析一张图片需要几秒钟，现在可以在无人机上实时运行，也就是说，现在大约每秒分析30张图片。“行人检测算法的速度可以提高100倍:现在系统每秒可以分析14幅图像，而不是每7秒分析一幅图像。”应用消声滤光片可提高x光图像的质素，令手术期间的辐射强度减至原来的四分之一。同时，这三种应用都可以显著降低能耗。