Le blog de l'entreprise LIFCL-40-9BG400I CrossLink en réseau -NX FPGA intégré avec 2,5G MIPI D-PHY

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. fournit et recycle le LIFCL-40-9BG400I FPGA embarqué Lattice CrossLink-NX, équipé d'un MIPI D-PHY 2,5G.

Le LIFCL-40-9BG400I est un dispositif de cœur FPGA embarqué haute performance et basse consommation de la série CrossLink-NX de Lattice Semiconductor, spécifiquement conçu pour le traitement des signaux de vision embarquée en périphérie, la transmission de données d'image à haute vitesse, l'agrégation de signaux de capteurs et les applications d'inférence IA légères en périphérie. Fabriqué à l'aide de la plateforme de processus avancée Nexus 28nm FD-SOI de Lattice, ce dispositif offre un équilibre parfait entre un boîtier compact, une consommation d'énergie ultra-faible en fonctionnement, des capacités de configuration instantanée ultra-rapides et une stabilité opérationnelle de qualité industrielle haute fiabilité. Le cœur est équipé en standard d'un module émetteur-récepteur matériel MIPI D-PHY à 2,5 Gbit/s, ce qui en fait la puce de cœur logique programmable de choix pour la vision embarquée industrielle, la détection intelligente dans les véhicules, l'interconnectivité d'imagerie haute définition dans l'électronique grand public et la conversion de signaux dans les terminaux intelligents en périphérie. Il répond précisément aux exigences de double cœur de transmission de données série à haute vitesse et de contrôle logique en temps réel dans divers scénarios embarqués exigeants.

I. Processus de base et architecture matérielle du cœur LIFCL-40-9BG400I

Le FPGA embarqué LIFCL-40-9BG400I est construit sur un processus personnalisé 28nm FD-SOI. Comparé au processus de silicium massif utilisé dans les FPGA traditionnels, il offre des capacités de réglage de la polarisation de rétroaction programmables. Cela permet une optimisation dynamique et fine des rapports performance/consommation du dispositif en fonction des demandes réelles de la charge de travail embarquée, permettant une veille basse consommation sous faible charge et un fonctionnement haute performance sous forte charge. Il bénéficie également d'une résilience aux erreurs douces de premier ordre parmi les FPGA de sa catégorie, avec une fiabilité dépassant de plus de cent fois celle des concurrents comparables. Il offre une stabilité exceptionnelle lors d'un fonctionnement continu à long terme et convient parfaitement aux environnements de travail difficiles tels que les sites industriels et les applications automobiles, où les interférences électromagnétiques et les fluctuations de température sont importantes.

En termes de configuration des ressources logiques du cœur, le LIFCL-40-9BG400I est équipé d'environ 39K unités de traitement logique, suffisantes pour prendre en charge le contrôle de synchronisation logique embarqué complexe, le codage et le décodage de données de signaux multicanaux, le pré-traitement des données d'image et le déploiement d'algorithmes d'inférence IA légers en périphérie ; Il dispose de 2,9 Mo de ressources mémoire embarquées de grande capacité, comprenant une combinaison de modules EBR et LRAM. Cela élimine le besoin de puces mémoire externes de grande capacité, permettant la mise en cache d'images critiques, le stockage de données de configuration et le stockage temporaire de données intermédiaires pour les calculs en temps réel. Cela simplifie la conception des circuits périphériques des terminaux embarqués, réduisant la consommation d'énergie globale et les exigences d'espace sur le PCB. Il intègre également 56 multiplieurs matériels haute performance 18x18, fournissant une accélération matérielle pour les opérations intensives en virgule flottante et en multiplication telles que la mise à l'échelle d'images, le pré-traitement de pixels et les opérations matricielles IA, améliorant ainsi considérablement les performances en temps réel du traitement des données de vision embarquée.

Le LIFCL-40-9BG400I est logé dans un boîtier miniaturisé à montage en surface 400 broches CABGA avec une disposition des broches organisée scientifiquement, ce qui le rend adapté au routage de PCB haute densité dans les appareils embarqués compacts ; il fonctionne avec une tension d'alimentation de cœur standard de 1V, et son architecture d'alimentation périphérique simple assure la compatibilité avec les modules d'alimentation conventionnels dans divers systèmes embarqués. Le dispositif fonctionne dans la plage de température de qualité industrielle, garantissant des performances continues et stables dans un large environnement de température de -40°C à +100°C. Il résiste aux températures extrêmes élevées et basses rencontrées dans les équipements extérieurs, les armoires de contrôle industrielles et les compartiments de véhicules intérieurs et extérieurs, fonctionnant 24h/24 et 7j/7 sans dégradation des performances ni problèmes opérationnels.

II. Caractéristiques clés du cœur LIFCL-40-9BG400I avec MIPI D-PHY 2,5G standard

L'avantage le plus distinctif du LIFCL-40-9BG400I réside dans son intégration native d'un émetteur-récepteur matériel MIPI D-PHY à 2,5 Gbit/s. Celui-ci est optimisé matériellement spécifiquement pour les scénarios d'échange de données d'image à haute vitesse, tels que la capture d'images de caméra MIPI CSI-2 et la commande d'affichage haute définition MIPI DSI, éliminant le besoin de puces d'interface PHY externes. Il gère nativement la transmission, la réception, l'analyse et le transfert de signaux d'image série à haute vitesse, simplifiant considérablement l'architecture matérielle des systèmes de vision embarquée, réduisant les pertes de la chaîne de signaux et les points de défaillance périphériques, et améliorant la stabilité globale de la transmission des signaux.

Ce cœur matériel MIPI D-PHY utilise une architecture matérielle double canal, quatre canaux. Chaque cœur matériel PHY prend en charge un débit de transfert de données à haute vitesse maximal de 2,5 Gbit/s par canal ; lorsque plusieurs canaux fonctionnent de concert, ils peuvent facilement répondre aux exigences de capture et de transmission d'images en temps réel à partir de caméras haute définition 1080p et 2K, ainsi qu'aux exigences de commande de signaux des panneaux d'affichage haute définition à taux de rafraîchissement élevé. Le module PHY dispose d'une calibration de synchronisation de signal au niveau matériel et d'une résistance optimisée aux interférences de signaux différentiels. Dans les environnements de fonctionnement électromagnétiques complexes typiques des appareils embarqués, il supprime efficacement l'atténuation du signal, les décalages de synchronisation et la perte de paquets de données pendant la transmission, garantissant une transmission bidirectionnelle d'images haute définition à haute vitesse, sans perte et à faible latence. Comparée aux solutions traditionnelles utilisant des puces d'interface MIPI externes avec des FPGA, l'architecture D-PHY intégrée nativement réduit considérablement la latence de liaison. Elle ne nécessite aucun décodage ou adaptation logique supplémentaire, et l'initialisation de la liaison de signal est terminée rapidement lors de la mise sous tension, répondant parfaitement à l'exigence principale de traitement d'image à faible latence dans les appareils de vision embarquée.

De plus, le cœur matériel MIPI D-PHY prend en charge une configuration et une extension de signal flexibles, permettant l'agrégation, la division, la duplication et le pontage de plusieurs signaux d'image MIPI. Il peut capturer simultanément des données d'image multicanaux à partir de plusieurs caméras haute définition pour une agrégation et un pré-traitement en temps réel, ou distribuer un seul signal d'image haute définition à plusieurs terminaux d'affichage. ce qui le rend adapté à diverses applications de vision embarquée telles que l'acquisition synchrone multi-caméras, l'affichage synchrone multi-écrans et la division et la sauvegarde de signaux d'image. Il offre une flexibilité programmable extrêmement élevée, ne nécessitant aucune modification du circuit matériel ; différentes exigences de topologie de transmission d'image peuvent être satisfaites uniquement par la programmation logique du FPGA.

III. Avantages de performance différenciés du cœur du dispositif LIFCL-40-9BG400I

Premièrement, le LIFCL-40-9BG400I offre des capacités de configuration instantanée ultra-rapides, ce qui est un point fort clé pour les scénarios de démarrage en temps réel embarqués. Ce dispositif FPGA complète la configuration des E/S en seulement 3 ms, la configuration complète du dispositif ne prenant pas plus de 8 ms. L'initialisation et le chargement de la logique sont terminés en quelques millisecondes après la mise sous tension, éliminant le besoin de longs temps de préchauffage. Il est parfaitement adapté aux applications avec des exigences de latence de démarrage strictes, telles que les systèmes automobiles « démarrer et rouler », la réinitialisation rapide à la mise sous tension des équipements industriels et le réveil instantané des terminaux embarqués portables, éliminant ainsi les retards opérationnels causés par le décalage de démarrage typique des FPGA traditionnels.

Deuxièmement, le LIFCL-40-9BG400I combine faible consommation d'énergie et haute fiabilité, ce qui le rend adapté aux appareils embarqués passifs, alimentés par batterie et sans surveillance à long terme. Construit sur un processus 28nm FD-SOI, la consommation d'énergie statique en veille et dynamique en fonctionnement de la puce est parmi les plus basses de l'industrie. Il ne nécessite pas de modules de refroidissement complexes, car la convection naturelle est suffisante pour répondre aux exigences d'un fonctionnement continu prolongé, ce qui le rend adapté aux scénarios sensibles à l'énergie tels que les terminaux de vision IoT portables et les équipements de surveillance extérieurs alimentés par batterie ; De plus, le dispositif offre une excellente résistance aux radiations et aux erreurs douces, garantissant des performances logiques stables pendant le fonctionnement à long terme sans défauts tels que des plantages de programme ou des perturbations logiques, ce qui le rend adapté aux applications haute fiabilité, y compris l'automatisation industrielle, le transport ferroviaire et les systèmes de contrôle industriel embarqués.

Troisièmement, le LIFCL-40-9BG400I offre une compatibilité d'interface exceptionnelle, facilitant l'interconnectivité avec une large gamme de périphériques embarqués. En plus de l'interface MIPI D-PHY principale, la puce prend en charge nativement les interfaces industrielles et d'affichage haut débit courantes telles que LVDS, subLVDS, OpenLDI, SGMII, permettant un pontage et une conversion inter-protocoles transparents entre les signaux MIPI et les signaux LVDS, Ethernet et SGMII. Cela élimine les barrières d'interaction des signaux entre les caméras, les unités de traitement FPGA, les terminaux d'affichage et les processeurs de contrôle en périphérie, facilitant la conception intégrée pour les systèmes embarqués hétérogènes multi-protocoles. De plus, le dispositif est accompagné du logiciel de développement FPGA professionnel Lattice Radiant, qui simplifie le processus de développement et de débogage. Il prend en charge la compilation logique rapide, la simulation de synchronisation et la programmation en circuit, raccourcissant considérablement le cycle d'itération R&D pour les produits de vision embarquée tout en abaissant les barrières de développement et les coûts de R&D.

IV. Scénarios d'application typiques du cœur embarqué pour le LIFCL-40-9BG400I

1. Vision embarquée industrielle et contrôle industriel : Il peut servir d'unité de traitement centrale pour les équipements d'inspection de vision industrielle haute définition. Via une IP matérielle MIPI D-PHY 2,5G, il se connecte à des caméras industrielles haute définition à balayage de zone et à balayage ligne pour effectuer la détection en temps réel des défauts de surface des pièces, la mesure dimensionnelle et le pré-traitement d'image. Il s'interface de manière synchrone avec les cartes mères de contrôle industriel et les panneaux d'affichage industriels pour réaliser une gestion intégrée de l'acquisition d'images, du traitement en temps réel, de l'affichage local des résultats et du téléchargement des données, ce qui le rend adapté aux scénarios tels que l'inspection de qualité automatisée sur les lignes de production industrielle et la surveillance visuelle des opérations et de la maintenance des équipements industriels.

2. Applications de détection intelligente dans les véhicules et d'affichage de cockpit : Conçu pour les caméras de perception ADAS avant dans les véhicules et les systèmes de vue panoramique multi-caméras synchronisés, il transmet plusieurs flux de données vidéo dans le véhicule en temps réel via des interfaces MIPI à haute vitesse. Il effectue des tâches de pré-traitement telles que le stitching d'images et la correction de distorsion, tout en pilotant simultanément des signaux d'affichage MIPI pour les groupes d'instruments haute définition dans l'habitacle et les écrans de contrôle centraux. Il répond aux exigences de fonctionnement stable dans les conditions de fluctuations de température et d'environnements électromagnétiques difficiles typiques des applications automobiles, garantissant le fonctionnement sûr et fiable des systèmes de vision embarqués.

3. Terminal de vision IA léger basé sur la périphérie : En tirant parti des multiplieurs matériels et des ressources logiques intégrés, cette solution déploie des algorithmes d'inférence IA légers de reconnaissance d'images et de détection d'objets. En conjonction avec un MIPI D-PHY 2,5G, il permet la capture d'images en temps réel à partir des caméras des terminaux périphériques et l'analyse d'inférence IA locale. Sans nécessiter de puissance de calcul cloud, il réalise une reconnaissance intelligente locale hors ligne, ce qui le rend adapté aux scénarios embarqués IA légers en périphérie tels que la surveillance de sécurité intelligente, la détection visuelle des maisons intelligentes et les terminaux de détection intelligents IoT en périphérie.