美國(guó)國(guó)家儀器公司將工程的視覺(jué)處理移植到FPGA上實(shí)現(xiàn)，可獲得更高的處理性能

Jeff Bier 是嵌入式視覺(jué)聯(lián)盟的創(chuàng)始人，本月在德克薩斯州奧斯汀舉辦的NI WEEK大會(huì)上，Jeff關(guān)注了國(guó)家儀器公司的一個(gè)演示系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)是國(guó)家儀器公司2014年度關(guān)于視覺(jué)輔助方面的新產(chǎn)品。這個(gè)視覺(jué)輔助組件的國(guó)家儀器公司視覺(jué)開發(fā)模塊的一個(gè)部分，能夠?qū)崿F(xiàn)快速設(shè)計(jì)和一些機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的開發(fā)。2014年期間，國(guó)家儀器公司已經(jīng)將很多已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的視覺(jué)處理算法移植到了他自己的硬件平臺(tái)上，以前這些視覺(jué)處理算法是利用FPGA硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的。國(guó)家儀器公司主要的平臺(tái)是CompactRIO-9068軟件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)是基于賽靈思Zynq Z-7000 ALL Programmable SoC而設(shè)計(jì)的。將視覺(jué)處理算法用Zynq SoC的可編程邏輯(FPGA)部分來(lái)實(shí)現(xiàn)不僅提升了視覺(jué)處理的性能，而且可以讓Zynq SoC上的兩個(gè)ARM Cortex-A9處理器有更多的資源去處理其他任務(wù)。

國(guó)家儀器公司在NI Week大會(huì)上演示的系統(tǒng)模塊在Zynq SoC的FPGA部分實(shí)現(xiàn)了一個(gè)PID控制器 ，用于實(shí)時(shí)控制整個(gè)演示模塊的步進(jìn)電機(jī)。這樣允許視覺(jué)處理過(guò)程符合控制算法，最大化的提升系統(tǒng)性能。

國(guó)家儀器公司的視覺(jué)輔助組件能夠生成標(biāo)準(zhǔn)的LabView代碼，并且借助了LabView FPGA 模塊，是對(duì)Labview設(shè)計(jì)環(huán)境的擴(kuò)展。LabVIEW軟件的FPGA 模塊利用Vivado設(shè)計(jì)軟件作為基礎(chǔ)，生成對(duì)FPGA芯片配置的文件。LabVIEW FPGA實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形化的LabVIEW代碼，并將綜合結(jié)合下載到CompactRIO-9068控制系統(tǒng)的FPGA硬件部分，對(duì)FPGA進(jìn)行配置。

開發(fā)人員借助NI公司的視覺(jué)輔助組件可以快速完成基于FPGA的視覺(jué)應(yīng)用的原型設(shè)計(jì)，這個(gè)輔助組件包含了視覺(jué)開發(fā)模塊。視覺(jué)開發(fā)輔助組件是一個(gè)基于可配置的原型開發(fā)工具，允許開發(fā)這迭代優(yōu)化他們的圖像處理算法，可以讓他們看到設(shè)置參數(shù)的改變會(huì)對(duì)圖像有什么樣的影響。當(dāng)算法工程完成后，視覺(jué)輔助組件會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)完整的LabVIEW工程，包括虛擬的處理器內(nèi)核，虛擬的FPGA部分和其他一些功能，例如在處理器和FPGA之間通過(guò)編解碼實(shí)現(xiàn)圖像的傳輸。通過(guò)視覺(jué)輔助組件生成的FPGA代碼同樣進(jìn)行了優(yōu)化，支持并行執(zhí)行。開發(fā)人員可以使用LabVIEW FPGA 的IP Builder修改圖像處理算法，這個(gè)功能是國(guó)家儀器公司(NI)的LabVIEW軟件的FPGA 模塊所支持功能的一部分。

除了可以加速開發(fā)流程和代碼生成效率，視覺(jué)輔助組件也可以估計(jì)FPGA資源的使用情況，使用信息包括FPGA芯片資源(例如slice(分片)，LUTs(查找表)，DSPs和Block RAM)的使用百分比，它可以反映出整個(gè)圖像處理應(yīng)用的資源使用信息，也可以反映出每個(gè)獨(dú)立的圖像處理算法的芯片資源使用情況，可以讓開發(fā)人員在整個(gè)應(yīng)用的開發(fā)過(guò)程中了解每個(gè)任務(wù)模塊的資源使用情況，實(shí)現(xiàn)資源的合理安排。