Hurtigere udvikling af integrerede systemer

Uanset om det er til bilen eller dronen:Udvikling af billedbehandlingssoftware til integrerede systemer tager meget tid og er derfor meget dyrt. Nu gør Tulipp-platformen det muligt at udvikle energieffektive indlejrede billedbehandlingssystemer hurtigere og billigere, med en drastisk reduktion af time-to-market. Fraunhofer Institute for Optronics, Systemteknologier og billedudnyttelse IOSB er medlem af EU-konsortiet, som forenklede processen.

Ved første øjekast droner, førerassistentsystemer og mobilt medicinsk diagnostisk udstyr ser ikke ud til at have meget tilfælles. Men i virkeligheden gør de det:De gør alle i stigende grad brug af billedbehandlingskomponenter, for eksempel til at opdage forhindringer og fodgængere. Billedbehandling kan også bruges med mobilt røntgenudstyr for at sikre tilstrækkelig billedkvalitet ved reducerede strålingsniveauer, dermed betydeligt reducere radioaktiv eksponering.

I modsætning til en arbejdsstationscomputer, hvor dimensioner og energiforbrug ikke er særlig kritiske faktorer, applikationer som disse kræver for små, letvægts, energieffektive billedbehandlingskomponenter, der ikke desto mindre er i stand til realtid. Hardwareplatforme baseret på konventionelle computerarkitekturer og processorer kan ikke opfylde disse krav korrekt. Dette er grunden til, at indlejrede systemer, der bruger feltprogrammerbare gate-arrays (FPGA'er), ofte bruges.

Feltprogrammerbare gate-arrays er logiske komponenter, hvis kredsløbsstruktur frit kan konfigureres ved hjælp af en særlig type programmering, normalt involverer lavniveausproget VHDL. Der er et problem, dog:Størstedelen af ​​billedbehandlingsprogrammer er skrevet på programmeringssprog på højere niveau, f.eks. C/C ++, og deres migrering til de indlejrede systemer er meget kompliceret. Ikke alene adskiller VHDL sig meget fra andre programmeringssprog, men koden skal også tilpasses den specifikke hardware. Dette betyder, at selv eksisterende VHDL-programmer ikke kan overføres til anden hardware. Softwareudviklere skal starte næsten fra bunden med hvert nyt system.

Starter kit til hurtig implementering af især energieffektive integrerede systemer

Et konsortium af otte partnere fra seks lande, herunder Fraunhofer Institute for Optronics, Systemteknologier og billedudnyttelse IOSB i Karlsruhe, har nu betydeligt forenklet denne procedure i Tulipp-projektet. "Resultatet er en udviklingsplatform bestående af designretningslinjer, en konfigurerbar hardwareplatform og et real-time-kompatibelt operativsystem, der understøtter multicore-processorer, samt en programmeringsværktøjskæde, " siger Dr.-Ing. Igor Tchouchenkov, gruppechef hos Fraunhofer IOSB. "Et startsæt sat på markedet af en af ​​vores partnere i Tulipp giver yderligere support. Startsættet gør udviklingen af ​​sådanne applikationer meget hurtigere og nemmere. Portering af C++ programmer til FPGA, hvilket ofte betyder flere måneders arbejde for udvikleren, kan håndteres inden for få uger ved hjælp af Tulipp -startsættet. "

Det betyder, at udvikleren først skal overveje, baseret på softwaren programmeret i C++, hvilke kodeelementer der skal distribueres til hvilke hardwarekomponenter og hvilke programtrin der kunne optimeres eller paralleliseres. De formulerede designretningslinjer hjælper med denne opgave. Så kommer startsættet i spil. Den indeholder den konfigurerbare hardware, som de nødvendige sensorer og outputenheder kan sluttes til, det multiprocessor-kompatible realtidsoperativsystem, og det, der kaldes STHEM-værktøjskæden. Applikationerne i værktøjskæden gør det muligt at optimere C ++ - programmet på en sådan måde, at det kan portes til FPGA så let og hurtigt som muligt. "Et særligt fokus i værktøjskæden er på energioptimering:når alt kommer til alt, Målet er at designe billedbehandlingssystemer, der kan drives af et lille batteri, når det er muligt, "siger Tchouchenkov." Værktøjskæden gør det muligt individuelt at vise og optimere energiforbruget for hver kodefunktion. "

Hundrede gange hurtigere end en avanceret pc

Konsortiet arbejdede gennem tre specifikke use cases for at udvikle og teste Tulipp-platformen:Fraunhofer IOSB-forskerholdet adresserede stereokamerabaseret forhindringsdetektion for droner, mens andre projektpartnere arbejdede med registrering af fodgængere i nærheden af ​​en bil og på forbedring af levende kvalitet af røntgenbilleder taget af mobile C-Arms under kirurgiske operationer. I Tulipp porterede de den tilsvarende billedbehandlingssoftware fra C++ til FPGA.

Resultaterne er imponerende:Bearbejdningen, som oprindeligt tog flere sekunder at analysere et enkelt billede på en high-end pc, kan nu køre på dronen i realtid, dvs. nu analyseres cirka 30 billeder i sekundet. "Hastigheden af ​​fodgængerdetekteringsalgoritmen kan øges med en faktor 100:Nu kan systemet analysere 14 billeder pr. Sekund i forhold til et billede hvert syvende sekund. Forøgelse af røntgenbilledkvalitet ved at anvende støjfjernende billedfiltre tillod reducering af intensiteten af ​​stråling under kirurgiske operationer til en fjerdedel af det tidligere niveau, samtidig med at energiforbruget kunne reduceres betydeligt for alle tre anvendelser.