基於 FPGA 的機器人計算

劉少山 萬梓燊 俞波 汪玉

基於 FPGA 的機器人計算
  • 出版商: 機械工業
  • 出版日期: 2024-10-23
  • 售價: $594
  • 貴賓價: 9.5 折 $564
  • 語言: 簡體中文
  • 頁數: 175
  • 裝訂: 平裝
  • ISBN: 7111762363
  • ISBN-13: 9787111762362
  • 相關分類: FPGA、機器人製作 Robots

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商品描述

本書全面概述以FPGA為基礎的機器人計算加速器設計。
本書首先對FPGA技術的背景進行介紹，然後深入介紹基於FPGA的機器人感知神經網路加速器設計，
並對機器人感知中的各種立體視覺演算法及其FPGA加速器設計進行討論，驗證了FPGA是加速神經網路的理想選擇。
接著，介紹在FPGA中實現並整合現有演算法的關鍵原語的通用定位框架，
並討論運動規劃模組，證明了FPGA是加速運動規劃內核的理想選擇。
之後，探討如何在多機器人探索任務中使用FPGA，以及PerceptIn為自動駕駛汽車開發車載計算系統所做的努力。
最後，介紹過去20年中FPGA在太空機器人的應用。
本書適合機器人領域的研究者、工程師以及大學相關專業的學生閱讀及參考。

目錄大綱

目　　錄
Robotic Computing on FPGAs
譯者序
前言
作者簡介
第1章　概覽　1
1.1　感測　3
1.2　感知　4
1.3　定位　5
1.4　規劃與控制　5
1.5　機器人應用中的FPGA　6
1.6　深度處理管線　7
1.7　小結　8
第2章　FPGA技術　10
2.1　FPGA技術簡介　10
2.1.1　FPGA的型態　11
2.1.2　FPGA的架構　11
2.1.3　FPGA的商業應用　13
2.2　部分重配置　14
2.2.1　什麼是部分重配置　14
2.2.2　如何使用部分重配置　15
2.2.3　實現高性能　17
2.2.4　實際案例研究　21
2.3　在FPGA上運行ROS　21
2.3.1　ROS　21
2.3.2　ROS相容的FPGA　23
2.3.3　優化ROS相容的FPGA的
通訊延遲　25
2.4　小結　26
第3章　感知—深度學習　27
3.1　為什麼選擇FPGA用於深度
學習　28
3.2　基礎：深度神經網路　29
3.3　設計方法與標準　30
3.4　面向硬體的模型壓縮　32
3.4.1　資料量化　32
3.4.2　權重縮減　34
3.5　硬體設計：高效能架構　35
3.5.1　計算單元設計　35
3.5.2　循環展開策略　38
3.5.3　系統設計　40
3.6　評估　43
3.7　小結　46
第4章　感知—立體視覺　47
4.1　機器人的感知　47
4.2　機器人的立體視覺　49
4.3　FPGA上的局部立體匹配　50
4.3.1　演算法框架　50
4.3.2　FPGA設計　52
4.4　FPGA上的全域立體匹配　52
4.4.1　演算法框架　52
4.4.2　FPGA設計　53
4.5　FPGA上的半全域匹配　53
4.5.1　演算法框架　53
4.5.2　FPGA設計　53
4.6　FPGA上的高效能大規模立體
匹配　56
4.6.1　ELAS演算法架構　56
4.6.2　FPGA設計　57
4.7　評估與討論　58
4.7.1　資料集與準確度　58
4.7.2　功率和性能　61
4.8　小結　62
第5章　定位　63
5.1　預備知識　63
5.1.1　背景　63
5.1.2　演算法概述　65
5.2　演算法框架　67
5.3　前端FPGA設計　71
5.3.1　概述　71
5.3.2　利用任務級並行性　72
5.4　後端FPGA設計　73
5.5　評估　74
5.5.1　實驗設置　74
5.5.2　資源消耗　75
5.5.3　性能　76
5.6　小結　77
第6章　規劃　78
6.1　運動規劃背景概論　78
6.1.1　機率路線圖　79
6.1.2　快速探索隨機樹　80
6.2　利用FPGA實現碰撞偵測　81
6.2.1　運動規劃計算時間剖析　81
6.2.2　基於通用處理器的解決
方案　82
6.2.3　基於專用硬體加速器的
解　83
6.2.4　評估與討論　89
6.3　利用FPGA實現圖搜尋　91
6.4　小結　93
第7章　多機器人協作　95
7.1　多機器人探索　95
7.2　基於FPGA多任務的INCAME
框架　98
7.2.1　ROS中的硬體資源衝突　99
7.2.2　帶ROS的可中斷加速器（INCAME）　100
7.3　基於虛擬指令的加速器中斷　102
7.3.1　指令驅動加速器　103
7.3.2　如何中斷：虛擬指令　105
7.3.3　何處中斷：在SAVE/
CALC_F後　105
7.3.4　延遲分析　106
7.3.5　虛擬指令ISA　108
7.3.6　指令編排單元　109
7.3.7　虛擬指令範例　110
7.4　評估與結果　110
7.4.1　實驗設置　110
7.4.2　基於虛擬指令的中斷　113
7.4.3　基於ROS的多機器人
探索　115
7.5　小結　115
第8章　自動駕駛汽車　116
8.1　PerceptIn案例研究　116
8.2　設計約束　117
8.2.1　車輛概覽　117
8.2.2　性能要求　118
8.2.3　能耗與成本因素　119
8.3　軟體管線　121
8.4　車載處理系統　122
8.4.1　硬體設計空間探索　122
8.4.2　硬體架構　124
8.4.3　感測器同步　126
8.4.4　性能特徵　128
8.5　小結　129
第9章　太空機器人　130
9.1　太空計算的輻射容錯　130
9.2　基於FPGA的太空機器人演算法
加速　132
9.2.1　特徵檢測與匹配　133
9.2.2　立體視覺　133
9.2.3　深度學習　134
9.3　FPGA在太空機器人任務中的
應用　135
9.3.1　火星探測車的任務　135
9.3.2　火星科學實驗室的任務　136
9.3.3　火星2020的任務　137
9.4　小結　138
第10章　總結　139
10.1　本書主要內容回顧　139
10.2　展望未來　140
參考文獻　142

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