分布式传感器的角色越来越重要

随着现代系统对数据、动态AI和ML模型的依赖程度不断提高，对网络边缘实时处理的需求也日益迫切。包括路由器、网关和扫描仪在内的各种网络边缘组件和设备都需要更强的互连和性能。这对于部署在靠近数据源端测量和处理数据的各类传感器来说尤为重要。

许多系统开发人员在操作中同时使用多个传感器，如将激光雷达和摄像头功能结合起来，这就需要采用传感器融合的方式：将多个传感器的数据结合起来，以输出更完整、更可靠的信息。

随着传感器和网络边缘人工智能模型变得越来越复杂，传感器融合提供了一种提高感知精度和复杂性的方法。无论是单独使用还是相互组合，传感器都是任何分布式运行网络的基础组成部分。要在这些系统中部署传感器，开发人员需要了解其功能、部署存在的障碍以及FPGA在支持其运行中的作用。

传感器功能和实施挑战

传感器在互连系统中具有多种功能。它们可用于测量和监控物理参数（如温度、运动和压力）或来自物联网（IoT）设备和其他系统组件的数据输入。这些设备提供的实时数据有助于实现质量控制措施、库存管理、技术自动化和其他核心功能。

然而，在网络边缘部署传感器并非没有挑战。传感器应用的常见障碍包括：

• 成本高。任何新技术都需要成本，四分之一的受访者（25%）认为成本是采用传感器的主要挑战。鉴于传感器在分布式系统中发挥的作用各不相同，其总成本可能会迅速增加。
• 集成和互操作性问题。无论是在汽车设计还是在工业生产线上，在现有基础设施中添加新组件都可能涉及集成问题。事实上，超过三分之一（37.5%）的受访者认为集成困难是一大障碍。新传感器可能无法直接与现有组件互操作，而且每个系统所需的升级程度也各不相同。
• 电源和空间限制。与其他设备一样，传感器需要安装在现有基础设施的可用空间内，并由系统所能提供的电源驱动。在空间和能源有限的情况下（如在车辆制造中），这可能会相当困难，这就要求传感器和辅助设备的尺寸要小，功耗要低。
• 处理限制。虽然网络边缘处理越来越受追捧，但算力仍然是一个挑战。这些传感器能否在不消耗过多能源或硬件资源的情况下捕获和分析系统所需的数据？系统是否有足够的I/O进行处理而不会造成高延迟？

要克服这些挑战并集成合格、可靠的传感器，就要求开发人员在可靠硬件的支持下采取明智的方法。

传感器功能和实施挑战

这就是FPGA大显身手之处。这些灵活的半导体可充当传感器与其他系统组件（如执行器和中央处理器）之间的“桥梁”，承担底层和针对传感器的任务，减轻边缘组件的负担，支持简化的系统操作。

支持传感器集成和传感器融合的关键FPGA功能包括：

• 并行处理。FPGA不是按顺序处理数据，而是能够同时完成处理任务。这对于传感器融合应用至关重要，因为此类应用中，多个传感器同时生成并汇总数据。并行处理可大大提高任务速度并降低延迟，帮助团队克服常见的性能和处理方面的限制。
• 低功耗。并行处理不仅能简化计算能力，还能在靠近数据源的位置处理数据，帮助降低整个系统的功耗。
• 定制和可重新编程。FPGA提供大量I/O便于定制化设计，可帮助团队确保成功集成传感器并在必要时进行更新。这有助于克服前端的互操作性挑战，并通过现场可编程性使硬件保持最新功能。

莱迪思提供支持传感器融合应用的半导体器件，包括一系列基于莱迪思Avant™、Nexus™ 2和Nexus™ FPGA平台的FPGA。基于莱迪思Avant的FPGA非常适合高效的网络边缘处理用例，而基于莱迪思Nexus 2和Nexus的FPGA为摄像头和类似传感器的视觉处理提供了先进的处理能力。

传感器功能和实施挑战

Avant-E FPGA是莱迪思传感器中枢（Sensor Hub）解决方案的关键组成部分，该解决方案专门用于支持传感器融合应用中的预处理和接口互连。通过结合摄像头、旋转式激光雷达、固态激光雷达和雷达传感器，开发人员可以收集一系列关键的环境数据，并将它们组合成一个统一的输出。Avant-E FPGA和莱迪思开发板的输入/输出和并行处理功能支持这些数据的融合，将各种信号结合起来，提供单个实时输出流。

传感器融合可与AI/ML人员侦测模型相结合，应用于自动驾驶汽车和机器人应用。这些应用需要全面实时地了解周围环境，包括行人、工厂工人、其他车辆、机器等，才能自主独立运行。系统必须了解每个障碍物与相应传感器的距离、景深以及两者在坐标平面上的位置，以便做出相应的反应。

Avant-E FPGA是各种输入传感器和中央处理器之间的“桥梁”，它能同步接收和预处理原始雷达、激光雷达和摄像头数据，并仅输出人员检测模型识别潜在障碍物所需的缩放数据。这就减少了对CPU的压力、处理这些数据所需的功率以及数据摄取和系统响应之间的潜在延迟，而所有这些都可以通过一个外形小巧的组件轻松集成到现有的汽车基础设施中。

当延迟处理成为避让行人的关键时，速度和低延迟至关重要。有了Avant-E FPGA支持的莱迪思传感器中枢解决方案，制造商可以放心地确保他们的系统以高可靠性和高性能稳定运行。

传感器功能和实施挑战

尽管传感器融合的应用范围已远超汽车领域（还涵盖智能工业机器人、自动化监控与安全系统等），但其始终需要高性能、互操作性强且高效的硬件支撑。