[发明专利]一种视觉SLAM的片上系统及数据处理方法

说明书

一种视觉SLAM的片上系统及数据处理方法，片上系统包括分别与片上总线相连接的输入/输出模块、DMA模块、第一计算加速单元、特征缓存模块和多核处理器单元。由于输入/输出模块在接收图像数据的同时，通过片上总线以中断的方式通知多核处理器单元分配相应的读写地址空间，并利用DMA模块根据该读写地址空间，通过片上总线采用DMA方式对第一计算加速单元进行读写操作，使得第一计算加速单元可直接获取输入/输出模块接收的图像数据；又由于第一计算加速单元提取的图像特征可存入片内的特征缓存模块中，而不再需要如现有技术那样存入片外的内存中，从而减少了内存的拷贝过程和片内外的数据交互，节约了不必要的功耗和延时开销，提高了数据传输的效率。

技术领域

本发明涉及数据处理领域，具体涉及一种视觉SLAM的片上系统及数据处理方法。

背景技术

同时定位与地图构建(Simultaneous localization and mapping，SLAM)问题是移动机器人研究领域的基本问题之一，是移动机器人在未知环境中实现自主导航与自主控制的关键。SLAM问题可以描述为:机器人在未知环境中从一个未知位置开始移动，在移动过程中根据位置估计和地图进行自身定位，同时在自身定位的基础上建造增量式地图，实现机器人的自主定位和导航。

视觉SLAM，简称VSLAM，就是基于视觉的定位与建图，主要是通过摄像头来采集数据信息。VSLAM包括：基于深度摄像机的VSLAM和基于单目、鱼眼相机的VSLAM，前者通过收集到的点云数据，能直接计算障碍物距离，进行定位与地图构建；后者利用多帧图像来估计自身的位姿变化，再通过累计位姿变化来计算距离物体的距离，进行定位与地图构建。

视觉SLAM的一般处理流程包括：特征提取、地图构建和位置更新。为了满足实时性和低功耗的需求，现有片上视觉SLAM处理器往往采用异构片上系统架构，由嵌入式处理器、计算加速单元(DSP或GPU)、片上总线以及输入/输出模块构成。相对于同构片上系统，异构片上系统通过将计算密集型任务分配给计算加速单元实现加速关键计算，计算密集型任务被分配给硬件加速单元，可明显降低延时和功耗。对于现有的异构片上系统，其以共享内存的方式实现数据在各个处理单元间的传输，摄像头采集的图像数据由输入/输出模块进入系统，以中断的方式通知嵌入式处理器，嵌入式处理器响应中断并将图像存入内存，供后续特征提取算法使用。由于特征提取过程需要处理图像的所有像素，其计算量较大，异构片上系统通过使用硬件计算加速单元实现特征提取算法，从而降低延时和功耗。

对于现有片上异构系统，图像数据由输入/输出模块进入系统后需要先暂时存放于内存中，然后再供特征提取计算加速单元使用，数据在特征提取计算加速单元和嵌入式处理器间通过共享内存的方式传递，其特征提取的流程为：图像数据由输入/输出模块进入系统被暂存到内存，计算加速单元从内存中取出图像数据计算其特征，再将计算得到的特征结果放回到内存，供嵌入式处理器等计算模块使用。由此可见，输入/输出模块不能直接将数据传输给计算加速单元，输入系统的图像数据需要先存入内存，再由计算加速单元从内存中提取图像，计算加速单元提取的特征结果也需要先存入内存，才能被嵌入式处理器读取使用，数据需经内存来回拷贝实现几个模块间的传输，增加了不必要的功耗和延时开销，导致数据传输效率低，数据传输成本高。

发明内容

本申请提供一种视觉SLAM的片上系统及数据处理方法，以解决现有片上系统数据传输需经内存中转、拷贝，传输成本高、传输效率低的问题。

根据第一方面，一种实施例中提供一种视觉SLAM的片上系统，其外部设置有用于拍摄图像的摄像头和用于存储系统执行程序的内存，该片上系统包括分别与片上总线相连接的输入/输出模块、DMA模块、第一计算加速单元、特征缓存模块和多核处理器单元；

所述输入/输出模块与所述摄像头相连接，接收摄像头以一定频率传输而来的图像数据，将接收的图像数据传输至片上总线，同时，以中断的方式通知多核处理器单元，使得所述多核处理器单元分配相应的读写地址空间；