Блог компании Решетка LIFCL-40-9SG72I CrossLink-NX встроенная FPGA с 2,5G MIPI D-PHY

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. поставляет и перерабатывает решетку.LIFCL-40-9SG72IВстроенная FPGA CrossLink-NX, оснащенная 2,5G MIPI D-PHY.

РешеткаLIFCL-40-9SG72IСерия FPGA для встраиваемых систем CrossLink-NX построена на зрелой и надежной запатентованной чип-платформе Lattice Nexus с использованием передовой 28-нм техпроцесса FD-SOI. Он включает в себя встроенный высокопроизводительный аппаратный приемопередатчик 2,5G MIPI D-PHY, обеспечивающий высокоскоростную передачу данных между датчиками изображения высокой четкости, панелями дисплея высокой четкости и ядрами периферийной обработки без необходимости использования дополнительных внешних периферийных устройств PHY. Это программируемое логическое устройство эталонного класса, специально разработанное для создания мостов встроенной видеосвязи, агрегации сигналов датчиков, облегченного вывода периферийного искусственного интеллекта и сценариев высокоскоростной пересылки данных изображений.

Я.LIFCL-40-9SG72IБазовая архитектура и основа аппаратного обеспечения: закладываем прочную основу для адаптивности встраиваемых систем

Флагманская модель серии CrossLink-NX, отличающаяся качеством промышленного уровня, компактными размерами и средней и низкой вычислительной мощностью,LIFCL-40-9SG72Iотказались от подхода, предусматривающего резервирование высокопроизводительных вычислительных мощностей прямо на этапе архитектурного проектирования чипа. Вместо этого он точно придерживался основных принципов проектирования встроенных сценариев: «достаточная вычислительная мощность, исключительная энергоэффективность и компактная интеграция». Его преимущества в сбалансированной производительности и энергопотреблении намного превосходят преимущества конкурирующих продуктов FPGA того же класса. Созданный с использованием 28-нм процесса FD-SOI (плавающий кремний на изоляторе), этот чип не только обеспечивает снижение энергопотребления до 75% по сравнению с традиционными объемными кремниевыми FPGA, но также значительно снижает частоту мягких ошибок чипа. Его устойчивость к электромагнитным помехам и колебаниям температуры заметно повышена, что делает его идеально подходящим для сложных и жестких встроенных рабочих сред, таких как автомобили, промышленные площадки и внешние терминалы, обеспечивая при этом надежную гарантию долгосрочной эксплуатационной стабильности и срока службы оборудования.

Что касается конфигурации основного логического ресурса,LIFCL-40-9SG72Iоснащен большим количеством программируемых логических блоков, специализированными модулями обработки DSP и встроенной памятью большой емкости, обеспечивающей логическое управление, предварительную обработку данных и требования к легким вычислениям. Чип оснащен встроенным массивом памяти, оптимизированным для встроенного кэширования данных и хранения кадров изображения, при этом каждый логический блок обеспечивает хранение до 170 бит. Такое исключительно высокое соотношение памяти и логики эффективно поддерживает временное кэширование кадров изображений, буферизацию данных датчиков в реальном времени и локальное хранение параметров для мелкомасштабных моделей вывода ИИ, что позволяет выполнять базовые рабочие процессы обработки данных без необходимости использования внешних микросхем памяти большой емкости. Он также включает в себя специальный модуль аппаратного умножителя DSP 18×18, способный эффективно решать легкие задачи цифровой обработки сигналов, такие как масштабирование изображения, коррекция цвета, фильтрация данных и простые операции AI-свертки. Это не занимает ресурсы базовой логики, гарантируя, что основная логика управления FPGA и обработка данных могут работать параллельно с высокой эффективностью. Что касается упаковки, то здесь используется компактный 72-контактный корпус QFN, занимающий минимум места на печатной плате. Это хорошо подходит для компактной аппаратной компоновки встраиваемых терминалов и эффективно решает такие проблемы отрасли, как ограниченное пространство на материнских платах небольших встраиваемых устройств и сложность подключения с высокой плотностью проводов. Электрические характеристики соответствуют промышленным стандартам и поддерживают широкий диапазон рабочих температур. Он может выдерживать экстремальные колебания температуры от -40°C до 100°C, сохраняя стабильную производительность без дросселирования или сбоев системы, тем самым отвечая строгим эксплуатационным требованиям различных промышленных и автомобильных встраиваемых устройств.

Производительность загрузки конфигурации — ключевой показатель для встроенных систем реального времени.LIFCL-40-9SG72Iоснащен запатентованной технологией мгновенной настройки, требующей всего 3 мс для полной настройки порта ввода-вывода и не более 8 мс для полной настройки устройства. Он может переходить в рабочее состояние сразу после включения питания, удовлетворяя чрезвычайно высокие требования к задержке запуска встроенных приложений, таких как запуск автомобильной визуализации и мгновенная координация включения питания для промышленного оборудования, тем самым устраняя такие проблемы, как задержки запуска устройств и отключение сигналов, вызванные традиционными задержками конфигурации FPGA. Используя технологию программируемого смещения обратной связи FD-SOI, чип автоматически и динамически оптимизирует баланс между производительностью и энергопотреблением в зависимости от фактической рабочей нагрузки. Он переключается в спящий режим со сверхнизким энергопотреблением во время простоя и обеспечивает стабильную номинальную производительность при полной нагрузке, тем самым удовлетворяя двойным требованиям по времени автономной работы устройства и эксплуатационным характеристикам.

II.LIFCL-40-9SG72IКонфигурация ядра: встроенное жесткое ядро ​​2,5G MIPI D-PHY, минималистичная архитектура высокоскоростного соединения видеосвязи.

Встроенный высокоскоростной приемопередатчик 2,5G MIPI D-PHY представляет собой самое главное и отличительное преимущество продукта Lattice.LIFCL-40-9SG72IВстроенная FPGA CrossLink-NX является ключом к ее точному позиционированию для встраиваемых приложений машинного зрения. В отличие от громоздкой конструкции большинства ПЛИС общего назначения, которым для передачи и приема сигналов изображения требуются внешние автономные микросхемы MIPI PHY, этот чип имеет выделенную проводную схему физического уровня MIPI D-PHY. Для этого не требуются внешние интерфейсные микросхемы, преобразователи уровня или схемы формирования сигнала. Он изначально поддерживает высокоскоростную скорость передачи данных 2,5 Гбит/с на канал и полностью совместим со стандартами интерфейса захвата изображения MIPI CSI-2 и интерфейсом драйвера дисплея MIPI DSI, обеспечивая прямое подключение к различным периферийным устройствам, таким как автомобильные камеры высокой четкости, датчики изображения промышленной зоны / линейного сканирования, встроенные сенсорные дисплеи высокой четкости и компактные модули периферийного обзора.

Что касается адаптивности высокоскоростной передачи сигналов MIPI, аппаратное ядро ​​2,5G MIPI D-PHY этогоLIFCL-40-9SG72IFPGA профессионально оптимизирована для обеспечения целостности сигнала и поддерживает синхронную передачу и прием многоканальных дифференциальных сигналов. Благодаря высокой помехоустойчивости он обеспечивает передачу данных изображения высокой четкости без потерь, с малой задержкой и высокой стабильностью даже в сложных условиях электромагнитных помех, типичных для встроенных устройств, эффективно предотвращая распространенные проблемы, такие как искажение экрана, потеря пакетов данных, аномалии синхронизации кадров и колебания задержки передачи во время высокоскоростной передачи изображения. Чип изначально поддерживает основные функции, такие как агрегирование сигналов MIPI, разделение сигналов, дублирование сигналов и переключение маршрутизации, что обеспечивает гибкую реализацию ключевой встроенной бизнес-логики машинного зрения, включая агрегацию сигналов от нескольких датчиков изображения, синхронное распределение и отображение одного сигнала изображения высокой четкости по нескольким каналам, а также преобразование в реальном времени форматов сигналов изображения с различными разрешениями. Один чип может заменить традиционное многочиповое решение, состоящее из FPGA, внешнего MIPI PHY и чипа интерфейса сигналов, что значительно упрощает архитектуру проектирования встроенных аппаратных схем.

Оптимизированная аппаратная архитектураLIFCL-40-9SG72Iобеспечивает множество ощутимых инженерных преимуществ. С одной стороны, это значительно уменьшает количество периферийных компонентов на печатной плате, снижает затраты на аппаратные материалы и упрощает проектирование печатной платы, одновременно сокращая цикл исследований и разработок аппаратного обеспечения для встраиваемых устройств; с другой стороны, это снижает энергопотребление и задержки взаимодействия сигналов, связанные с многочиповой координацией, тем самым снижая общее энергопотребление и требования к управлению температурным режимом, одновременно уменьшая потенциальные точки отказа и повышая долгосрочную эксплуатационную надежность встроенного оборудования машинного зрения. В дополнение к базовому интерфейсу MIPI D-PHY, чип совместим с различными широко используемыми высокоскоростными встроенными интерфейсами, такими как LVDS, subLVDS, OpenLDI и SGMII. Это обеспечивает преобразование протоколов и взаимодействие данных между высокоскоростными сигналами машинного зрения MIPI и традиционными промышленными дифференциальными сигналами или сигналами Ethernet, отвечая требованиям проектирования сложных встроенных систем, которые смешивают и сочетают несколько типов периферийных устройств, а также расширяют совместимость и адаптируемость устройств.

III. Эксклюзивные технические преимуществаLIFCL-40-9SG72IСерия CrossLink-NX, подходящая для всех сценариев разработки встраиваемых систем

Используя запатентованную технологическую экосистему FPGA серии CrossLink-NX, LIFCL-40-9SG72I предлагает значительные преимущества с точки зрения простоты программируемой разработки, управления с низким энергопотреблением, высокой надежности работы, а также будущих итераций и обновлений, полностью отвечая требованиям массового производства, а также долгосрочной эксплуатации и обслуживания встраиваемых продуктов. Что касается управления питанием, чип изначально поддерживает регулируемые многоуровневые режимы питания. Разработчики могут использовать конфигурации компиляции и программирование прошивки для гибкого переключения между высокопроизводительными режимами работы и режимами сверхнизкого энергопотребления в соответствии со сценариями работы устройства. Это эффективно продлевает срок службы портативных встраиваемых устройств с батарейным питанием, одновременно снижая потребление тепловой энергии и долгосрочные эксплуатационные расходы для промышленного стационарного оборудования, тем самым удовлетворяя дифференцированные требования различных сценариев электропитания.

Что касается поддержки разработки и интеграции экосистемы, Lattice предоставляет специальное программное обеспечение Radiant для разработки и компиляции, а также комплексные IP-ядра интерфейса MIPI D-PHY, специальную IP-библиотеку для обработки данных изображений, шаблоны временных ограничений и проверенные эталонные примеры дизайна. Разработчикам не нужно писать код низкоуровневого драйвера высокоскоростного интерфейса с нуля; напрямую используя стандартизированные IP-ядра, они могут быстро завершить разработку основных функций, таких как получение изображений MIPI, драйверы дисплея и пересылка сигналов. Это значительно снижает технический барьер для разработки встроенных систем машинного зрения на основе FPGA, сокращает циклы исследований, разработок и отладки проектов, а также удовлетворяет потребности малых и средних групп в быстром выпуске продукции. Кроме того, чип поддерживает онлайн-перепрограммирование и удаленное обновление прошивки. После того как устройства поступят в массовое производство, логические программы можно будет обновлять удаленно без необходимости демонтажа оборудования, что позволит оптимизировать алгоритмы передачи изображения и адаптироваться к новым спецификациям датчиков изображения и панелей отображения. Поскольку никаких изменений в аппаратной схеме не требуется, это снижает затраты, связанные с последующими итерациями, обновлениями и обслуживанием продукта.

С точки зрения надежности промышленного уровня и пригодности для массового производства 28-нм техпроцесс FD-SOI значительно повышает устойчивость чипа к радиации, электростатическим разрядам и колебаниям напряжения. Частота мягких ошибок снижается в 100 раз по сравнению с традиционными FPGA, обеспечивая длительную непрерывную работу без сбоев или логических аномалий. Это делает его идеально подходящим для встраиваемых приложений с чрезвычайно высокими требованиями к стабильности, таких как промышленная автоматизация, наблюдение в транспортных средствах и наружное охранное наблюдение. Компактный корпус QFN подходит для крупномасштабного производства SMT с отработанными процессами пайки и стабильными поставками, отвечая требованиям цепочки поставок для крупносерийного массового производства и поставки встраиваемых устройств.

IV. Типичные сценарии встроенных базовых приложений дляLIFCL-40-9SG72I, точно решая болевые точки отрасли

Используя основные возможностиLIFCL-40-9SG72Iвстроенная FPGA — компактный размер, низкое энергопотребление, мгновенная настройка и встроенное высокоскоростное соединение 2,5G MIPI D-PHY — этот чип широко используется в основных сценариях встроенного машинного зрения и высокоскоростной обработки данных в различных секторах, точно решая практические проблемы в промышленных приложениях. В автомобильных встроенных системах технического зрения он может взаимодействовать с несколькими камерами MIPI высокого разрешения, включая камеры переднего, заднего и кругового обзора, для выполнения сбора данных изображения в реальном времени, сшивания и коррекции, а также преобразования формата. Он передает обработанные данные изображения на главный чип управления автомобиля, синхронизируясь с панелью дисплея MIPI высокой четкости на комбинации приборов, чтобы обеспечить синхронизированный вывод, тем самым отвечая основным требованиям автомобильной визуализации: низкая задержка, высокая надежность и работа в широком диапазоне температур.

В контексте компактных промышленных терминалов машинного зрения решение поддерживает высокоскоростной захват изображений с промышленных датчиков сканирования площади HD MIPI, выполнение предварительной обработки изображения, предварительный просмотр данных обнаружения дефектов и высокоскоростную загрузку данных в реальном времени. Он заменяет традиционные громоздкие решения FPGA, отвечая требованиям к компактному дизайну промышленных миниатюрных модулей визуального контроля и встроенного онлайн-оборудования для контроля качества. В легких периферийных устройствах машинного зрения с использованием искусственного интеллекта, используя встроенный модуль DSP и встроенное хранилище большой емкости, он выполняет предварительную обработку данных изображения и простые вычисления искусственного интеллекта, обеспечивая выполнение функций периферийного интеллекта, таких как обнаружение, распознавание и классификация объектов. Это устраняет необходимость во внешнем высокопроизводительном процессоре, тем самым снижая энергопотребление устройства и затраты. Кроме того, его можно применять к различным встроенным сценариям, требующим высокоскоростной передачи и приема изображений MIPI, а также компактному программируемому управлению с низким энергопотреблением, например, к портативным камерам видеонаблюдения высокой четкости, встроенным модулям получения медицинских изображений и мостовым устройствам отображения высокой четкости для бытовой электроники.

V. РезюмеLIFCL-40-9SG72I

РешеткаLIFCL-40-9SG72IВстроенная FPGA CrossLink-NX — это экономичное, высоконадежное и компактное программируемое логическое устройство, специально разработанное для высокоскоростных межсоединений во встроенных приложениях машинного зрения. Созданный на основе передового 28-нм процесса FD-SOI, он обеспечивает сверхнизкое энергопотребление и высокую стабильность. Компактный 72-контактный корпус QFN идеально подходит для плотного размещения встраиваемых устройств, а мгновенная быстрая конфигурация отвечает требованиям загрузки системы в реальном времени. Интегрированное аппаратное ядро ​​2,5G MIPI D-PHY значительно упрощает аппаратную архитектуру для высокоскоростной передачи сигнала изображения, обеспечивая получение изображений высокой четкости и возможность подключения дисплеев без необходимости использования внешнего чипа PHY. Будь то автомобильное зрение, промышленное машинное зрение, периферийное интеллектуальное зондирование или приложения для подключения встроенных дисплеев, этот чип идеально соответствует основным требованиям управления и высокоскоростной обработки данных различных встроенных систем машинного зрения благодаря минималистичному аппаратному дизайну, превосходной производительности передачи, сверхнизкому рабочему энергопотреблению и удобной экосистеме разработки. Он является предпочтительным основным компонентом при выборе FPGA для встраиваемых продуктов машинного зрения малого и среднего размера.