第1章SoC及AI芯片行業分析..........1
1.1背景分析..............1
1.2AI芯片產業分析...........3
1.2.1AI芯片研發現狀分析..........3
1.2.2機器人端的研發現狀.........4
1.2.3云端的研發現狀...........5
1.3機器人研發背景分析..........6
1.3.1工業機器人...........6
1.3.2特殊環境下作業機器人.........6
1.3.3面向大眾的服務機器人.........7
第2章警用機器人需求定義..........9
2.1為什么是警用機器人..........9
2.1.1機器人組裝將會日益簡單.........9
2.1.2機器人的故障率將居高不下.........10
2.1.3機器人故障將造成嚴重危害.........11
2.2我們的定位............11
2.2.1技術方案確定...........11
2.2.2適應場景分析...........12
2.2.3功能需求定義...........12
第3章警用機器人的總體架構..........14
3.1警用機器人的總體架構設計..........14
3.1.1系統組成設計...........14
3.1.2運行流程設計...........15
3.2“觀察者”子系統總體架構設計........16
3.2.1飛行的技術選型...........16
3.2.2懸掛纜繩的技術選型.........18
3.2.3折疊的技術選型...........19
3.2.4通信的技術選型...........19
3.2.5續航能力的技術選型.........20
3.3“摧毀者”子系統總體架構設計........21
3.3.1背景技術介紹...........21
3.3.2吸附方法的技術選型.........22
3.3.3吸附探測的技術選型.........25
3.3.4爬行方法的技術選型.........25
3.3.5摧毀方法的技術選型.........27
第4章警用機器人SoC總體設計.........28
4.1SoC總體流程............28
4.1.1SoC芯片設計整體流程.........28
4.1.2數字芯片設計流程.........29
4.1.3模擬芯片設計流程.........31
4.2系統組流程............33
4.2.1需求分析...........33
4.2.2架構設計...........34
4.3工藝設計............35
4.4封裝設計............36
第5章需求分析............38
5.1功能需求............38
5.2Pin需求..............39
第6章數字設計—結構設計..........40
6.1芯片架構原理............40
6.1.1芯片構成原理介紹.........40
6.1.2CPU.............41
6.1.3Bus.............42
6.1.4核心外設...........43
6.2掌握設計方法............43
6.2.1建模工具UML...........44
6.2.2設計工具...........45
6.3設計總體結構............47
第7章數字設計—概要設計..........48
7.1CPU設計.............48
7.1.1CPU內部設計..........48
7.1.2CPU引腳接口..........49
7.1.3Register接口...........50
7.2Bus設計.............50
7.2.1AHB總線設計..........51
7.2.2APB總線設計..........52
7.3MemoryController器件設計..........53
7.3.1電路原理設計...........53
7.3.2引腳接口設計...........54
7.3.3Register接口...........55
7.4Clock器件設計............56
7.4.1電路原理設計...........56
7.4.2引腳接口...........57
7.4.3Register接口...........57
7.5InterruptController設計..........57
7.5.1電路原理設計...........57
7.5.2引腳接口...........58
7.5.3Register接口...........59
7.6InternalMemory器件設計..........59
7.6.1電路原理設計...........59
7.6.2引腳接口...........60
7.6.3Register接口...........60
7.7DMA器件設計............60
7.7.1電路原理設計...........60
7.7.2引腳接口...........61
7.7.3Register接口...........62
7.8USBController器件設計..........64
7.8.1電路原理設計...........64
7.8.2引腳接口...........64
7.8.3Register接口...........65
7.9GPIO器件設計............66
7.9.1電路原理設計...........66
7.9.2引腳接口...........67
7.9.3Register接口...........67
7.10FIFO器件設計............67
7.10.1電路原理設計...........67
7.10.2引腳接口...........68
7.10.3Register接口...........68
第8章數字設計—AI協處理器設計.........69
8.1AI協處理器工作原理...........69
8.1.1AI綜合打分法..........69
8.1.2AI的適用范圍..........74
8.2AI的主要算法性能分析...........75
8.3AI芯片的架構設計...........78
8.4AI芯片的使用步驟是先訓練再使用.......80
8.5警用機器人為何使用AI芯片..........81
第9章數字設計—詳細設計..........82
9.1編程語言............82
9.1.1芯片語言的基本概念.........82
9.1.2芯片語言的基本結構.........84
9.1.3設計原理...........85
9.2設計方法舉例............86
第10章數字設計—單元驗證..........87
10.1單一部件的時序分析..........87
10.1.1時序分析方法...........87
10.1.2實驗波形...........87
10.2單元測試的主要檢查項..........88
10.3多部件的集成驗證..........88
10.3.1拓撲分析...........88
10.3.2接口驗證...........89
10.4地址映射............91
10.5系統仿真語言............91
10.5.1SystemC語言介紹.........91
10.5.2SystemC仿真工具.........92
10.6SystemC仿真實例..........93
10.6.1劃分模塊...........93
10.6.2行為定義...........94
10.7SystemC仿真結論..........95
第11章模擬設計—概要設計..........96
11.1PWM器件設計............96
11.1.1電路原理設計...........96
11.1.2引腳接口...........98
11.1.3Register接口...........99
11.2AD/DA器件設計...........99
11.2.1ADC電路原理設計..........99
11.2.2DAC電路原理設計..........101
11.2.3引腳接口...........103
11.2.4Register接口...........103
11.3加速度計器件設計..........103
11.3.1加速度測量原理.........103
11.3.2電路原理設計...........105
11.3.3引腳接口...........106
11.3.4Register接口...........107
第12章模擬設計—詳細設計和單元測試......108
12.1編程語言............108
12.1.1使用VHDL-AMS編程........108
12.1.2使用Verilog-AMS編程.........110
12.2電路仿真............110
12.2.1仿真工具...........110
12.2.2測試向量...........112
12.2.3SPICE仿真...........114
第13章模擬設計—集成驗證和系統驗證......116
13.1噪聲來源分析............116
13.1.1低頻噪聲...........116
13.1.2半導體器件產生的散粒噪聲.......117
13.1.3高頻熱噪聲...........117
13.1.4電路板上電磁元件的干擾.........117
13.1.5晶體管的噪聲...........118
13.1.6電阻器的噪聲...........118
13.1.7集成電路的噪聲.........118
13.2數字電路帶來的電源噪聲分析........119
13.2.1電源線上的噪聲.........119
13.2.2地線上的噪聲...........119
13.3模擬電路噪聲分析..........120
13.4功耗分析............121
第14章后端設計............123
14.1后端設計工具............123
14.1.1SynopsysDesignCompiler邏輯綜合工具.....123
14.1.2Astro自動布局布線工具.........125
14.2怎樣把設計變成芯片..........127
14.2.1布局分區...........127
14.2.2驗證的具體方法.........129
14.2.3生產工藝...........132
14.2.4封裝工藝...........139
14.2.5生產驗證...........140
14.3實物驗證............142
14.4成本估算............142
第15章警用機器人的硬件集成........144
15.1通過3D打印設計連接結構.........144
15.1.13D打印設備...........144
15.1.2打印機身和機翼.........145
15.1.3打印爬行腳...........145
15.1.4打印其他組件...........146
15.2設計PCB.............146
15.2.1總體設計...........146
15.2.2最小系統設計...........147
15.2.3啟動和復位電路設計.........148
15.2.4供電電路設計...........148
15.2.5充電電路設計...........149
15.2.6姿態控制電路設計.........149
15.2.7電機驅動電路設計.........149
15.3連接與組裝............150
15.3.1安裝發動機...........150
15.3.2安裝螺旋槳...........151
15.3.3安裝攝像頭和云臺.........152
15.3.4安裝爬行腳...........152
15.3.5安裝摧毀頭...........153
第16章警用機器人的軟件集成........154
16.1操作系統選型............154
16.1.1Arduino操作系統.........154
16.1.2OpenPilot操作系統..........155
16.2驅動程序設計............156
16.2.1驅動程序設計原理.........156
16.2.2加速度傳感器驅動程序設計.......157
16.2.3陀螺儀驅動程序設計.........161
16.2.4AI協處理器驅動程序設計........163
16.3“觀察者”應用程序設計..........165
16.3.1整體架構...........165
16.3.2初始化...........166
16.3.3主循環—100Hz循環.........167
16.3.4主循環—50Hz循環.........168
16.3.5主循環—10Hz循環.........169
16.4“摧毀者”應用程序設計..........170
16.4.1整體架構...........170
16.4.2命令接收模塊設計.........171
16.4.3吸附模塊設計...........171
16.4.4爬行模塊設計...........171
16.4.5執行模塊設計...........172
第17章警用機器人的AI訓練..........173
17.1收集自動校準圖像樣本..........173
17.1.1樣本收集...........173
17.1.2樣本標注...........174
17.2利用云端資源進行AI訓練..........174
17.2.1TensorFlow簡介.........174
17.2.2安裝CUDA...........175
17.2.3安裝CUDNN..........175
17.2.4安裝virtualenv并下載TensorFlow文件......176
17.2.5安裝Bazel編譯器..........176
17.2.6TensorFlow編譯.........177
17.2.7測試.............178
17.2.8利用TensorFlow訓練圖像分類的模型......178
17.3把AI訓練結果導入“觀察者”芯片上......180
第18章警用機器人的全系統測試.........181
18.1飛行能力測試............181
18.1.1測試目的...........181
18.1.2測試方法...........181
18.1.3測試結論...........183
18.2爬行能力測試............183
18.2.1測試目的...........183
18.2.2測試方法...........183
18.2.3測試結論...........184
18.3吸附能力測試............185
18.3.1測試目的...........185
18.3.2測試方法...........185
18.3.3測試結論...........186
18.4實施能力測試............186
18.4.1測試目的...........186
18.4.2測試方法...........187
18.4.3測試結論...........187
18.5觀測能力測試............188
18.5.1測試目的...........188
18.5.2測試方法...........188
18.5.3測試結論...........189
18.6各部件耗電測試............189
18.6.1測試目的...........189
18.6.2測試方法...........189
18.6.3測試結論...........190
18.7穩定性測試............191
18.7.1測試目的...........191
18.7.2測試方法...........191
18.7.3測試結論...........192
第19章警用機器人的商業模式設計.........193
19.1市場規模分析............193
19.2投資需求分析............194
19.3商業模式策劃............194
第20章下一步研究：AI總線技術........195
20.1AI總線技術是產業發展的趨勢.........195
20.1.1為什么要做AI總線.........195
20.1.2AI總線的優勢..........196
20.2AI總線對產業界的影響.........196
20.2.1AI總線的市場..........196
20.2.2AI總線的作用..........196
20.2.3AI總線是否會與現有技術、廠商發生沖突....197
20.2.4AI總線對產業鏈的影響........197
20.3AI總線的核心技術...........197
20.3.1總線的仲裁技術.........197
20.3.2設備的自我注冊技術.........198
20.3.3設備間的傳輸技術.........198
附錄A..............199
A.1存儲控制器設計完整代碼.........199
A.2ADC設計完整代碼..........229
A.3AI訓練設計完整代碼..........247
附錄B相關設計資源...........257