技术文章—360度全景环视和自动泊车系统

深夜开车回家，却发现自行车、体育器材和庭院修剪机鸠占鹊巢，你多么希望车库能为 爱车保留一席之地。

风雨交加的早上，办公楼停车场已是虚位难觅，空车位与你仿佛隔了一条鸿沟。 周五晚上想去市中心放松，必须要确定可以为爱车找到栖身之地且能够在停车入库后正

常打开车门，否则欢乐时光无从谈起。

驾驶员难免遇到行程匆忙、回避麻烦或寻求便利的 情况，在这些常见场景中真是有苦难言。 幸运的是，自动驾驶功能将缓解这类尴尬，提供 更便利、舒适的驾驶体验，即使是泊车这种日常 操作也不在话下。

基础环视系统为驾驶员提供可视化提示，从而让他 们更加全面地了解周围环境。通过深度学习汽车摄 像头捕获的视频图像，可提供更高级的服务，如检 测空的停车位、自动泊车和启用无人驾驶的“自动 代客泊车”功能。

这些自动功能（包括多摄像头输入、视觉感知和场 景创建）需要汽车具有强大的处理能力。高级驾驶 辅助系统 (ADAS) 应用的处理器需要具有整合数以 兆字节的视觉数据或其他传感器数据的能力，从而 为汽车创建一个经过解读的环境，在有/无驾驶员的 情况下均支持低速、安全操控车辆。针对这一挑战， 德州仪器 (TI) 专门设计了Jacinto™ 7 处理器系列。

在此白皮书中，我们将说明汽车客户如何借助 TI  Jacinto TDA4VM 器件构建 ADAS 应用，从而实现辅 助和全自动泊车功能，还将提供各类细分的汽车市 场（紧凑型、中型、大型和豪华版）对 Jacinto TD A4VM 处理器芯片和软件平台的技术要求，并介绍如 何引入实现安全、舒适的全自动泊车所需的技术。

自动泊车和泊车辅助系统 根据泊车辅助系统的不同功能，该系统可分为三个 基本类型。表 1 对这三种类型进行了详细的介绍。

基础环视系统使用多个摄像头输入为驾驶员提供汽 车周围区域的 360 度全景视图。摄像头输入拼接 到以汽车为中心的俯视图中。该图像以可视化的形 式提供给驾驶员，以提供手动泊车辅助。显示汽车 与物体、路缘或停车线相对位置的多个图层的叠加 增强了环视图像的可用性。

下一个类型的泊车辅助系统是半自动泊车系统。这 类系统综合了摄像头、超声和位置信息，能够生成 更详尽的汽车周围环境图片，从而在某种程度上实 现了自动泊车。借助上述信息，汽车将完成基本的 泊车操作，即通过控制转向、制动、加速和换档， 自动停在（或驶离）可用的水平或垂直车位。在这 类场景中，驾驶员首先需找到一个空车位，且仍对 负责自动泊车的系统进行完全控制（如需要）。

全自动代客泊车系统会接手后续步骤，控制汽车全 自动驶入和驶离界限分明的停车场。泊车过程中， 驾驶员会让出确定可用车位后对车辆的控制。这一 应用需要更多的传感器输入和更复杂的处理和算法， 从而可靠、安全地自动完成泊车。

从基础环视功能到全自动代客泊车，各个方案 对传感器、数据及数据处理的需求越来越高。 为实现这些应用而配置的处理器片上系统 (SoC) 需要：

• 图像输入，

• 通用处理，

•  加速特定的深度学习任务，多层叠加的图像渲染，以及有助于确保系统安全运行的符合汽车安全完 整性等级 (ASIL) 的处理。

表 1 详细说明了各个系统类型所需的算法和片上 功能。 所有这些功能所需的绝对性能，如深度学 习万亿次运算每秒 (DLTOPS)、每秒百万条指令 (DMIPS)、每秒十亿次浮点运算 (GFLOPS) 或图像 信号处理器 (ISP) 或硬件加速器 (HWA) 引擎的百 万像素处理功能，可进一步将系统类型进行细分。

TDA4VM 处理器的 Jacinto 系列如何应 对环视和自动泊车挑战

正如你通过表 1 可能了解的情况一样，汽车制造商 的系统架构师和业务团队以及一级供应商在将这些 功能引入到汽车生产的过程中，面临若干挑战。首 先，汽车制造商希望在各个车型上安装一系列功能

- 经济车型配备简单环视功能，中型车和豪华车配 备增强的感知和自动化水平。各个车型配备与其价 格相符的设备：经济车型无法与高端奢华车型配备 相同的电子装置。针对每一车型的不同软件，开发 和验证处理器平台不仅费时，而且成本高昂。

有一种解决方案可通过向基础设计添加其他传感器 和摄像头将低端汽车升级为高端汽车，一级供应商 青睐能提供实施这种解决方案常见方法的平台。重 复利用硬件和软件资产可提高必要的开发效率，从 而最大限度地降低不同产品的研发成本并加快其进 入市场速度。

Jacinto TDA4VM 处理器系列和 TI 的处理器软件开 发套件 (SDK) 相结合，为 OEM 和一级供应商解决 这一问题提供了新的方法。该处理器可通过异构处 理提高应用性能并降低功耗，使其适用于散热和尺 寸受限的嵌入式空间。

TI 的 Jacinto TDA4VM SoC 采用硬件加速器、专用处理器核心、数字信号处理 器（DSP）、通用处理器和微控制器 (MCU)，可帮助 设计人员制定高效的系统解决方案。TI 精选并设计 了各种具有知识产权 (IP) 的组件，以帮助解决具 体问题并符合各种终端系统的要求。

表 2 说明了简单环视监控应用和更复杂的自动代客 泊车用例中常用的处理步骤和 IP 组件。

异构方法要求每种处理器内核或加速器使用特定的软件。 可通过更高级的软件理念抽象封装低级软件栈，并针对硬 件优化，从而简化开发并提供高性能访问权限。OpenVX 就是这样的一种免版税开源软件框架，专为实时嵌入式视 觉处理而设计。TI 的 Processor SDK 通过基于 OpenVX 的例程，展示如何利用 SDK 中的软件组件构建应用（如 环视监控）。

综上所述：Jacinto TDA4VM SoC

泊车辅助和自动化应用基本上都需要采集摄像头和图像传 感器数据，并为处理阶段进行预处理。处理阶段处理图像 数据并执行分析和深度学习算法，从而抽取与泊车应用相 关的主要特性。这一阶段整合（或融合）其他传感器的数 据，从而形成汽车周围环境更全面的感知，并提供给决策 应用，此例中是安全操控汽车驶入和驶离停车位。最后一 步则是以直观的方式向驾驶员展示图像数据，从而帮助他 们安全驾驶车辆。保存视频数据留作日后查看 也很有必要，尤其是在全自动场景中。所有这些操作都必 须在能提供冗余并将任务关键型功能与其他操作进行逻辑（或物理）分区的功能安全环境中进行。

TI 在 TDA4VM SoC 的设计中已考虑所有这 些应用要求。基于对该系统的理解和提供高 效、灵活且易用的解决方案的目标，TDA4VM SoC 包含多种组件来满足采集、处理和渲染 要求。其中的一个主要设计是平衡处理和数据需求，从而确保本地存储有足够的空间且能适当 访问高速外部存储，同时确保处理系统高效运行。

图 1 所示为 TDA4VM 器件在环视用例中的简化 方框图，

图 1.基于 TDA4VM 的简化环视系统。

显示视频和其他传感器输入、显示输出和对压缩视 频文件存储器的访问。表 3 介绍环视和自动泊车 应用的处理阶段，以及支持这些处理阶段的  TDA4VM 器件的主要特性。 如上所述，TDA4VM 器 件是非常完整的片上系统，适用于这类泊车应用。 芯片解决方案必须拥有与芯片配套的软件环境。 TDA4VM SoC 由适用于 Linux 的完整软件套件和  TI 实时操作系统 (RTOS) 内核支持。Processor SDK 套件包括一整套驱动程序、操作系统内核、应 用库、启动例程、基于 OpenVX 的应用框架以及说 明如何在真正的系统应用中使用软件和硬件组件的 应用示例。这些软件开发套件（SDK）都在由 TI提 供的评估板卡上经过了验证。

Jacinto TDA4 是一个产品系列，其中 TDA4VM 是 本系列的第一款产品型号。该处理器系列的后续产 品将包括同一芯片级 IP 的各种组合，从而为ADAS 市场的各个领域（无论是偏重计算性能的应用还是 对消费类汽车的更多成本优化需求）提供更多优化 产品。由于这些器件采用相同的基本硬件 IP 和软 件架构，因此具有良好的兼容性。为特定型号开发 的软件可重复用于本系列中的其他器件，不仅可以 提高开发效率，还方便在所有汽车型号中引进具有 不同功能子集的完整产品线。您可以使用 Jacinto 系列产品轻松开发向泊车辅助和自动代客泊车方向 发展的环视系统类应用。