FMCW 雷达系统概述
在这一节中，我们将概述 AWR1243、AWR1443 和 AWR1642 系列的 TI FMCW 雷达传感器及其应用。它们均属于 AWR1x 系列单芯片毫米波雷达传感器，专为高级驾驶辅助系统（ADAS）应用而设计。
这些传感器能够在 76-81 GHz 频段内运行，并支持高达 4 GHz 的连续 CHIRP 带宽。它们基于 TI 低功耗 45 纳米 RF CMOS 技术，在极小的封装中实现了前所未有的集成度。
关键应用
这些设备支持以下应用：
- 自适应巡航控制（ACC）
- 自动紧急刹车
- 盲点检测
- 行人和骑行者保护
- 碰撞避免
- 城市驾驶与自动化高速公路驾驶
系统架构
这些雷达传感器通过集成模拟和数字组件，如多个发射和接收链路、PLL、A2D 转换器、ARM Cortex-R4F MCU 或 C674x DSP、FFT 加速器、内存和各种 I/O 接口，提供一站式解决方案。
这些设备还具有持续的自我监控和 RF 与模拟功能的校准能力，采用内置的 ARM R4F 无线电处理子系统，负责前端配置、控制和校准。
硬件加速器与处理能力
AWR1443 配备了硬件加速器来进行 FFT 计算和基于连续虚警率（CFAR）的检测算法，而 AWR1642 提供了全功能的 C674x 高性能 DSP，能够运行 FMCW 信号处理和高级算法（如聚类、跟踪和物体分类）。
设备示意与应用拓扑
在自动驾驶系统中，这些雷达传感器可根据不同的应用需求进行级联配置：
- 高分辨率成像（级联配置）：通过级联多个 AWR1243 设备，可以提供更高的角分辨率。
- 盲点检测：使用 AWR1243 配置进行中短距离的雷达应用。
- 长距离雷达（LRR）：通过单个 AWR1243 实现长距离雷达应用。
- 卫星配置：多个 AWR1642 设备用于围绕环境的感知。
这些传感器通过 CSI2 或 CAN-FD 接口与外部处理器连接，处理来自传感器的原始数据，进行 FMCW 信号处理并控制雷达传感器。
AWR1x 雷达设备架构
本节将介绍 AWR1x 系列设备的结构，重点分析各个功能模块。AWR1x 系列包括 AWR1243、AWR1443 和 AWR1642 三款设备，均为单芯片毫米波雷达传感器，广泛应用于高级驾驶辅助系统（ADAS）。这些设备可在 76 至 81 GHz 频段内工作，支持最大 4 GHz 连续 CHIRP 带宽。
AWR1x 系列设备的架构主要可以分为以下几个部分：
- 射频和模拟子系统：包括合成器（Synth）、功率放大器（PA）、低噪声放大器（LNA）、混频器（Mixer）、中频（IF）和模拟数字转换器（ADC）。
- 雷达子系统：负责雷达信号的处理和检测。
- 主控子系统：包括处理和控制功能，AWR1642 还包含 DSP 子系统。
1）时钟子系统
时钟子系统生成 76 至 81 GHz 频率信号，输入频率为 40 MHz 晶体。该子系统包括内置的振荡器、清理 PLL 和 RF 合成器。
RF 合成器的输出通过 4x 倍频器生成所需的 76 至 81 GHz 频段频率，RF 合成器的输出由定时引擎（Timing Engine）调制，生成所需的波形，确保雷达的有效工作。
2）发射子系统
发射子系统包括最多 3 个并行发射链，每个链具有独立的相位和幅度控制。最大支持两个发射链同时工作，三链可以在时分复用的模式下工作。
设备还支持 MIMO 雷达的二进制相位调制，以及干扰抑制功能。
3）接收子系统
接收子系统包括四个并行接收通道，每个接收通道包括 LNA、混频器、IF 滤波、A2D 转换和抽取。
接收子系统采用复合基带架构，支持四个接收通道同时工作，并为每个接收通道提供 I/Q 输出。
4）功能拓扑结构
设备可以通过级联方式（cascading）扩展雷达的分辨率。例如，通过将多个 AWR1243 设备级联，能够提供更高的角分辨率。
这种拓扑结构对于高分辨率成像、盲点检测和近距警告等应用非常有用。
5）自检和调试
AWR1x 系列设备支持自检和调试功能，确保在运行时的可靠性和准确性。设备的自检路径包括时钟、发射和接收子系统的检测，能够快速发现潜在问题。
雷达子系统与硬件加速器
本节我们将重点介绍 AWR1x 系列设备中的雷达子系统和硬件加速器。
1）雷达子系统
雷达子系统包括一个专用的 ARM Cortex-R4F 微控制器，主频为 200 MHz，用于执行自校准、监控和测试功能。该微控制器由 TI 预编程，并不供用户应用程序使用。
用户应用程序无法直接访问雷达子系统。主控系统通过定义良好的 API 消息与雷达子系统进行通信，这些消息通过硬件邮箱传递，接口也被称为 mmWaveLink。TI 的 mmWave SDK 包含 mmWaveLink API。
2）主控子系统
主控子系统包括一个 ARM Cortex-R4F 处理器，运行用户应用程序代码。该处理器负责设备的整体操作，包括雷达控制、雷达信号处理、硬件加速器（或 DSP）的辅助处理和外部接口。
该子系统还包括多个外部接口，如 QSPI（可用于从串行闪存下载客户代码）、CAN（用于与 CAN 总线通信）、SPI/I2C（用于电源管理 IC 或控制）等。
3）DSP 子系统（仅限 AWR1642）
DSP 子系统仅在 AWR1642 设备中可用，包含 TI 高性能的 C674x DSP，用于 FMCW 信号处理，包括 FFT 和目标检测。该 DSP 还可执行更复杂的雷达信号处理，如聚类、跟踪和目标分类。
4）雷达硬件加速器（仅限 AWR1443）
雷达硬件加速器仅在 AWR1443 设备中提供，它能够将 FMCW 雷达信号处理中的一些常用计算任务从主处理器卸载。雷达信号处理需要使用 FFT 和对数幅度计算，以获得跨距离、速度和角度的雷达图像。
硬件加速器包含两个功能部分：一个用于 FFT 和相关的预处理和对数幅度操作；另一个用于 CFAR（常数虚警率）检测算法。
数据的传输使用 TI 的 EDMA（增强型直接内存访问控制器）。
如图所示，雷达硬件加速器不仅提升了处理效率，还确保了信号处理过程中的计算性能，帮助减轻主处理器的负担。
TI 雷达设备启动模式
1）启动模式概述
TI 的 mmWave 雷达设备支持两种启动模式：闪存模式和功能模式。选择所需的启动模式是通过配置设备的 Sense On Power（SOP）引脚来完成的，具体操作请参考设备的数据手册。
2）闪存模式
闪存模式用于将程序的二进制镜像存储到 QSPI 串行闪存中。当启用此模式时，引导加载程序会启用 UART 驱动程序，并期待接收包含应用程序二进制镜像的数据流。在接收到有效的应用程序二进制镜像后，引导加载程序会将其存储到串行闪存的相应部分。
该模式通常用于软件开发过程中，进行应用程序二进制文件的更新。
3）功能模式
功能模式（或部署模式）用于从 QSPI 闪存启动设备，使用之前存储的应用程序二进制文件。在此模式下，引导加载程序会查找 QSPI 闪存中的有效应用程序镜像。当找到有效镜像时，引导加载程序会将该镜像复制到主系统的内存中，从而启动引导过程。此模式下，设备能够从串行闪存中自主启动。
简而言之，闪存模式用于将应用程序二进制镜像写入闪存，而功能模式则用于从已存储的镜像启动设备。
