基于ZYNQ AP SoC的安全驾驶系统设计与实现

　　疲劳驾驶和酒驾是严重的交通违法行为，驾驶员疲劳行车时，会造成反应迟钝、困倦、四肢无力，不能及时发现路面交通情况以采取准确的驾驶操控措施，极易发生交通事故［1］。据交通部统计，2015年间，由于驾驶员疲劳驾驶导致的交通事故占总数的10.64%，在重特大交通事故中约占45%。在美国，每年与疲劳驾驶相关的车祸夺去了15000人的生命。而酒后的驾驶员会出现视觉障碍、运动反射神经迟钝、判断力降低。有数据显示，在中国，每年因酒驾导致的交通事故占40%~50%，可见，车辆装备具有疲劳检测和酒驾提醒的安全驾驶系统的必要性。

　　先进驾驶辅助系统（Advanced Driver Assistant System），简称ADAS，是利用安装于车上的各式各样的传感器， 在第一时间收集车内外的环境数据， 进行静、动态物体的辨识、侦测与追踪等技术上的处理， 从而能够让驾驶者在最快的时间察觉可能发生的危险， 以引起注意和提高安全性的主动安全技术。ADAS 采用的传感器主要有摄像头、雷达、激光和超声波等，可以探测光、热、压力或其它用于监测汽车状态的变量， 通常位于车辆的前后保险杠、侧视镜、驾驶杆内部或者挡风玻璃上。早期的ADAS 技术主要以被动式报警为主，当车辆检测到潜在危险时， 会发出警报提醒驾车者注意异常的车辆或道路情况。对于最新的ADAS 技术来说，主动式干预也很常见。

　　基于ZYNQ AP SoC（ZYNQ All Programmable SoC）的安全驾驶系统的硬件系统［2］如图1所示，系统主要由高速CMOS图像传感器Ov7725、130万像素USB网络摄像头、Zynq-7000可扩展处理芯片、数据存储单元DDR3、HDMI显示屏、酒精传感器和喇叭等组成。Xilinx公司的Zynq-7000可扩展处理芯片是整个系统的核心，其包含处理系统（Processing System，PS）和可编程逻辑（Programmable Logic，PL）两部分，PS部分集成了最高频率为667GHz的高性能双核ARM Cortex-A9处理器，而PL部分包含28nm工艺的FPGA（Field-Programmable Gate Array）逻辑单元和DSP资源。

　　PL端通过I2C协议驱动［3］Ov7725摄像头，将摄像头采集的图像数据缓存于一个异步时钟FIFO（First Input First Output）队列中，而FIFO的写时钟由Ov7725摄像头模块提供，异步读时钟由VDMA Engine提供，并在读过程进行灰度图转换，后将数据读入VDMA Engine。

　　PS端通过AMBA高速总线AXI_HP接口，驱动DDR3控制器，并读取一帧图片数据，并对图片进行脸部识别等图像处理，得到人脸五官特征值。（3）PS端同时通过USB-Host总线对网络摄像头进行配置，并得到图像数据，在Linux系统下将图像通过HDMI显示器显示，并将图像数据存储到SD存储卡中。（4）PS端在Linux系统下驱动内部集成的12位精度ADC转换器，将酒精传感器采集的模拟信号进行数字转换。

　　预警提示最终通过调用程序预设的语音组合，由HDMI接口输出到带功放或者音频接口的HDMI显示设备，达到提醒驾驶员的目的。