FPGA-basierte MPSoC-Plattform zur Integration eines Antikollisionssystems in die Fahrspurführung eines autonomen Fahrzeugs

Abstract

Diese Arbeit behandelt den Entwurf und die Entwicklung eines FPGA-basierten MPSoC zur Integration von Teilkomponenten in eine einheitliche Steuerungsplattform eines autonom agierenden Modellfahrzeugs. Eine Videodaten-basierte Bildberarbeitungspipeline wird zur Fahrspurapproximation mit der Hough-Transformation eingesetzt, aus deren Ergebnissen die Lenkwinkelstellgröße mit Algorithmen zur Fahrzeugführung bestimmt werden. Diese, durch Xilinx System Generator Blöcke realisierten, modular aufgebauten Teilkomponenten werden mit einer aus VHDL-Modulen bestehenden Geschwindigkeitsregelung in eine Hardware Accelerator Komponente zusammengefasst und als Intellectual Property in ein Multiprozessorsystem zur Fahrzeugsteuerung eingebunden. Das MPSoC besteht aus zwei MicroBlaze Prozessoren, die als AMP-basierte Prozessorarchitektur mit Shared Memory Anbindung die Parametrierung des Regelungsmoduls und die Integration von Laserscanner Abstandswerten für eine objektorientierte Hinderniserkennung umsetzen. Zur Integration von POSIX Threads wird das Xilkernel Echtzeitbetriebssystem auf den MicroBlazes eingesetzt. Darüber hinaus werden über das MPSoC Kommunikationsschnittstellen für die Aufzeichnung und Analyse von Systemparametern bei Erprobungsfahrten eingebunden.

This thesis deals with the design and implementation of a FPGA-based MPSoC to integrate several components into an uniform control platform for an autonoumous RC vehicle. A camera-based image processing pipeline is used for lane approximation, which relies on the Hough transformation. The results are used in further components to determine the manipulated variable of the steering angle by applying various path tracking algorithms, implemented as Xilinx System Generator blocks. In combination with a VHDL based speed control module these components are encapsulated in a hardware accelerator intellectual property, which is integrated into the multiprocessor system. The MPSoC consists of two MicroBlaze softcore processors, which are assembled in an AMP-based structure and have connections to a shared memory region. The processor system handles both the communication to the hardware accelerator IP for vehicle control and the integration of laser scanner data for an obstacle detection system. The Xilkernel RTOS is used to gain access to thread functionalities of the POSIX standard. Furthermore the MicroBlaze system is used to include communication interfaces to the vehicle platform for measurement and analysis of system data during test runs.