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隸屬于海克斯康的徠卡測量系統(tǒng)（Leica Geosystems）是一家全球領(lǐng)先的測繪和測量解決方案供應(yīng)商。旗艦產(chǎn)品之一是徠卡CityMapper-2：一個用于生成高精度城市三維地圖的機載斜面成像結(jié)合LiDAR的解決方案，它結(jié)合了光學(xué)、機電一體化、高速電子和軟件。為了加快這個高度復(fù)雜的系統(tǒng)的開發(fā)，徠卡測量系統(tǒng)選擇了Enclustra瑞蘇盈科來提供關(guān)鍵部件。

CityMapper-2 圖示

徠卡測量系統(tǒng)在4年前就將Enclustra核心板模塊設(shè)計在系統(tǒng)中，并使用Enclustra IP產(chǎn)品中的FPGA Manager PCIe通信解決方案，這樣工程師們可以專注于關(guān)鍵項目的具體細(xì)節(jié)。通過專注于其核心競爭力，徠卡測量系統(tǒng)能夠?qū)瓶–ityMapper-2更快地推向市場。

徠卡CityMapper-2是徠卡測量系統(tǒng)使用Enclustra Mercury+ XU8模塊和FPGA Manager PCIe IP解決方案開發(fā)的最新解決方案之一。徠卡CityMapper-2是專門為機載三維城市測繪而設(shè)計的，即利用從飛機上拍攝的圖像和LiDAR數(shù)據(jù)創(chuàng)建城市的三維數(shù)字模型。

項目簡單而艱巨

徠卡 CityMapper-2的項目目標(biāo)簡單而艱巨：與徠卡CityMapper相比，性能提高一倍，這意味著相機的分辨率和幀速率提高一倍。六臺1.5億像素的相機和一臺LiDAR需要以最低的抖動同步，同時每0.9秒拍攝一張圖像。圖像數(shù)據(jù)被存儲到運行Windows 10的主機上的四個固態(tài)硬盤中——這里特別值得一提的是，讓一個非實時的操作系統(tǒng)處理近2GBytes/s的數(shù)據(jù)流并要求不能出現(xiàn)任何的丟幀是對核心數(shù)據(jù)處理技術(shù)的巨大挑戰(zhàn)。

解決方案

因為一開始并沒有一個開箱即用的解決方案可以滿足所有的要求，徠卡測量系統(tǒng)評估了幾個不同的技術(shù)方案。有兩件事從一開始就很明確：首先，只有基于FPGA的解決方案才能實現(xiàn)所需的高帶寬、低延遲和高集成度；其次，應(yīng)該采用一個高度集成的FPGA核心板模塊。徠卡測量系統(tǒng)最終決定使用一個現(xiàn)成的模塊，并將寶貴的工程資源投入到其核心競爭力上：建立高性能和高精度的光機電系統(tǒng)。

在仔細(xì)比較了不同供應(yīng)商的各種FPGA模塊后，徠卡測量系統(tǒng)決定選擇Enclustra的解決方案：2018年發(fā)布的Mercury+ XU8核心板模塊，是基于AMD Xilinx的Zynq UltraScale+ MPSoC系列器件。它擁有快速的DDR4 ECC SDRAM、eMMC閃存、四路SPI閃存、雙千兆以太網(wǎng)PHY、雙USB 3.0，構(gòu)成了一個完整而強大的嵌入式處理系統(tǒng)。Enclustra的FPGA核心板不但是硬件平臺更是全面的生態(tài)系統(tǒng)，包括Linux板級支持包（BSP）、詳細(xì)的文檔和參考設(shè)計，使其容易上手。作為城市測繪領(lǐng)域的先驅(qū)，徠卡測量系統(tǒng)一直在尋找最新的可用技術(shù)，為未來做好準(zhǔn)備。

水星Mercury+ XU8核心板上視圖

水星Mercury+ XU8核心板底視圖

FPGA SOM Block Diagram

寫在最后

徠卡CityMapper-2是當(dāng)今最先進(jìn)的城市測繪機載解決方案。與過去的項目相比，使用Enclustra模塊化的FPGA解決方案比內(nèi)部自行設(shè)計提供了更好的成本和風(fēng)險控制。研發(fā)團(tuán)隊無需設(shè)計核心硬件、打樣、改版重新設(shè)計、撰寫文檔，也不需要冒著犯錯的風(fēng)險而無法保證最終的結(jié)果是完美的。除了工程成本，開發(fā)團(tuán)隊還對該模塊具有競爭力的價格感到驚訝。由于標(biāo)準(zhǔn)模塊的高產(chǎn)量和不斷增長的產(chǎn)量，以及Enclustra在優(yōu)化生產(chǎn)方面的長期經(jīng)驗，該模塊的成本幾乎與小批量需求的FPGA芯片的價格相同。"Enclustra提供了一個我們知道會成功的插件解決方案"，徠卡測量系統(tǒng)電子開發(fā)團(tuán)隊負(fù)責(zé)人Daniel Wintsch說，"使用FPGA SOM解決方案，減少了我們團(tuán)隊的壓力，使我們能夠?qū)Ｗ⒂谖覀兊暮诵母偁幜?，這使Enclustra成為我們長期信賴的供應(yīng)商"。作為一個長期客戶，徠卡測量系統(tǒng)在過去幾年中一直在其產(chǎn)品組合中使用Enclustra的FPGA SoM解決方案。同時，他們將繼續(xù)評估新的FPGA技術(shù)和Enclustra的SoM解決方案，用于其未來的項目和開發(fā)。