FPGA怎样应对嵌入式视觉市场之“变”？

如今，在车用、工业、消费电子领域，已普遍搭载嵌入式视觉模块，大多设备都已经开始有了“眼睛”。就近期大热的华为智慧屏来说，也搭载了摄像头和相关的处理模块，使用上了AI视觉。但随着发展而来的，必然掀起市场的“波澜”，市场的需求总是随之而变，那么如何应对嵌入式视觉市场之“变”？

为加速工业、汽车、计算和消费电子应用的设计，莱迪思半导体公司（Lattice）宣布推出CrossLinkPlus™ FPGA系列产品，适用于采用MIPI D-PHY的嵌入式视觉系统。21ic中国电子网记者受邀参加此次新品发布会现场，莱迪思半导体亚太区产品市场部总监陈英仁现场为记者解答相关问题。

变：嵌入式视觉应用市场需求的演变

现如今，嵌入式视觉应用的市场需求已发生巨大的演变。首先，使用者需要的是无缝视觉体验的嵌入式视觉系统。例如手机轻触即亮，这种灵敏的体验除了消费类电子外，在工业、车用同样具有重要的作用。

第二，嵌入式视觉各类应用都广泛采用MIPI组件。据陈英仁解释，过去十年来手机近乎成为电子出货量最大的产品，所以手机通讯协议MIPI也随之成为最常见的协议，对于产业链的影响便是使MIPI协议相关零件，诸如摄像头、处理器、屏幕性价比非常高。当然，不仅限于消费类电子，其他产业也正在开始使用MIPI协议降低成本。

第三，市场需要使用简单的解决方案应对日益复杂的系统架构。近年来，智能汽车上搭载的创新设备趋近于超大的移动设备，车联网、ECU、AI等愈来愈复杂的系统使得市场急需简单的解决方案保证系统在升级过程中畅通无阻。

第四，传统的嵌入式视觉应用处理器的接口和处理能力有限。一般来说只有1-2个，难以处理多个传感器的场景。在工业和车载甚至是消费领域，产品总是被搭载越来越多的视觉应用传感器，但由于处理器接口有限，客户需要能够聚合多个传感器，以及可编程的解决方案。

第五，每种类型的显示屏都需要定制ASIC。过去，传统的应用处理器对应相对的显示屏一般适配的都是固定的大小，但现如今屏幕除了TFT、OLED以外，还要接通到LED上，甚至可能需要用到电子光学屏。这些都是新技术，这种情况下，客户需要灵活的可编程解决方案。

并：MIPI+内嵌闪存+小尺寸低功耗=CrossLinkPlus

CrossLinkPlus™ FPGA系列产品是结合MIPI、瞬时启动和FPGA的灵活性的“三位一体”的产品。在MIPI方面，加入了MIPI D-PHY，性能更高同时更加省电，在单通道上可达到1.5G；在瞬时启动上，该系列产品内嵌闪存，可实现瞬间启动，举个例子来说便是倒车的场景，如需等待几秒启动则毫无意义；在可编程IO方面，支持很多不同的协议，包括：SubLVDS、LVDS、SLVS2000、CMOS，这些都是工业常用的协议。

图1：结合MIPI、瞬时启动和FPGA的灵活性的CrossLinkPlus

具体来说，CrossLinkPlus™ FPGA系列产品在嵌入式视觉方面具有以下优点：

第一，具有无缝的视觉体验。对于人眼来说大概经过15ms人脑才会感知图像，CrossLinkPlus最大程度减少启动时的视觉假象，从规格参数来看在10 ms内可瞬时配置，而据实际测试表明，整个唤醒时间甚至可控制在6ms以下。

第二，这是一款优化的小尺寸、低功耗的MIPI D-PHY FPGA。MIPI D-PHY的加入，使得整体的带宽增加，可获得更高的分辨率的摄像头或高分辨率显示屏转接，并且功耗有所降低。当然不仅此而已，值得一提的是，很多嵌入式系统为追求稳定性并没有安装风扇散热，而是单纯靠散热片，该产品通过MIPI D-PHY的低功耗减少散热和小尺寸，也可减少散热方面的成本。

图2：优化的小尺寸、低功耗MIPI D-PHY FPGA

第三，支持丰富的连接标准。FPGA的灵活性体现在可以非常容易地进行多接口转换，将不同的器件连接在一起。CrossLinkPlus支持车用、工业、消费类电子常见的协议标准，通过SubLVDS、LVDS、并行接口、MIPI等将摄像头、显示屏、处理器等灵活地结合在一起。

第四，具有3.5mm x 3.5mm的封装。小尺寸可以让客户将产品做得更小，发挥更多的空间。

第五，灵活性高，匹配各类系统架构。实际解决的问题主要在四个方面上：传感器桥接、传感器聚合、MIPI信号分隔或复制、显示桥接。上文也有提到传统的嵌入式视觉应用处理器的接口和处理能力有限，CrossLinkPlus能聚合多个传感器，还能预处理数据，减少处理器的负载。另外，在不同显示屏上，CrossLinkPlus适用于不同的显示屏设计。

从实际上来讲，工业视觉的处理器传统是选择SubLVDS处理器，通过CrossLinkPlus协议的桥接，可以选择MIPI D-PHY方面的视觉处理器来降低成本；同样在传感器的聚合上也是工业上的常见操作。

在显示屏方面，现在工业存在许多非标尺寸的显示屏，CrossLinkPlus FPGA系列便非常适合这些非标场景或新场景；另外，FPGA在显示屏的“多合一”或“二合一”上则具有更独特的价值，CrossLinkPlus均可以轻松实现。

图3：CrossLinkPlus系列灵活性高，匹配各类系统架构

第六，CrossLinkPlus具有极高的性价比和现成的IP帮助加速开发。FPGA其实一直在价格和设计门槛上拥有很大的问题。

据陈英仁介绍，对于熟悉Lattice的客户来说应该比较了解，Lattice系列产品在大部分应用场景下拥有极高的性价比；对于一些不熟悉FPGA的使用者来说，CrossLinkPlus拥有免费和预验证的视频IP和参考设计帮助加速开发，让开发人员将设计资源投入到高价值功能的开发，具体包括：接收器、发送器、转换器。

图4：CrossLinkPlus拥有现成的IP和参考设计

伴：非常看重中国市场

Lattice一直在FPGA的小巧、灵活和实用性方面都非常出色，此次推出的CrossLinkPlus产品与前一代CrossLink产品相比最大的特色便是内嵌其中的闪存。正因无需外挂SDI Flash，一方面PCB拥有了更多的设计空间，另一方面超快的开机时间则让用户拥有非常好的体验。

据陈英仁现场介绍，假如使用前一代CrossLink产品的客户想要使用CrossLinkPlus可以无缝接轨移植，因为两者的封装尺寸同样是3.5mm x 3.5mm。正如上文所述的优点，CrossLinkPlus可为各类应用实现嵌入式视觉

图5：CrossLinkPlus为各类应用实现嵌入式视觉

莱迪思半导体产品营销经理Peiju Chiang表示：“由于OEM厂商希望在MIPI生态系统驱动的规模经济中获益，所以MIPI D-PHY被广泛应用于从工业控制设备显示到AI安全摄像头等各类应用。莱迪思的全新CrossLinkPlus FPGA结合了灵活的可编程性和FPGA的快速并行处理能力以及视觉应用专用的硬件、软件、预先验证的IP和参考设计。这让OEM可以将更多的时间用于开发创新的应用，而不必在那些没有任何竞争优势的普通功能上浪费时间。”

据了解，目前，CrossLinkPlus现提供样片，试用客户的设计已正常运行，软件和IP均已准备就绪。

图6：CrossLinkPlus系列产品特性

众所周知，目前中国的嵌入式视觉市场正在蓬勃高速发展之中，琳琅满目的相关产品不免拥有许多非标尺寸的显示屏或者兼容性问题，CrossLinkPlus FPGA系列刚好拥有着极强的桥接性能和灵活性，另外在性价比上也对于看中价格的厂商有着无与伦比的重要性。

Lattice一向非常看重中国市场，据陈英仁透露，针对中国市场的研发与规划一直在进行之中。

当然，提到FPGA不免也会提到工艺问题，陈英仁表示，此前有分析师提到28 nm产品，此次推出的产品并非28 nm产品，还是40 nm产品。据陈英仁透露，在下一代中中，28 nm技术将会应用。