Microsoft PowerPoint - FPGA......GigEVision ppt

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さゆりひろき
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1 組込み総合技術展 2010 FPGA トラック FP-12 FPGA による GigEVision の実現 ~ GigEVision IP コアソリューションとアプリケーション事例 ~ 日時 : 2010 年 12 月 3 日 15:00~15:45 会場 : アネックスホール F202 株式会社シムコ画像システム部杉森健司

2 Agenda GigE Vision について GigE Vision 背景と概要 GigE Vision のメリット Sensor to Image 社 IP コアソリューション GigE Vision の実現方法 Sensor to Image 社のご紹介 GigE Vision IPコアの概要アプリケーションご紹介

3 マシンビジョン業界におけるカメラインターフェース規格の動向

4 マシンビジョン業界におけるカメラインターフェース規格のシェア推移 : 海外動向

5 マシンビジョン業界におけるカメラインターフェース規格の動向 : 国内 100% 90% Other Digital 80% 70% 60% 50% Analog 40% 30% 20% 10% 0% GigE Vision IEEE-1394 Camera Link Camera Link GigE Vision IEEE-1394 Analog Other Digital 出典 :JIIA( 日本インダストリアルイメージング協会 ), 富士経済 2009 年調査

6 カメラインターフェース規格 GigE Firewire/IEEE1394 USB2.0 CameraLink 接続タイプ Point-to-Point or LAN -Link (RJ-45/Cat-5) Peer-to-Peer -Shared bus (4/6 pin STP) Master-Slave -Shared bus (4 pin STP) Point-to-Point -Link (MDR 26pin) 帯域 < 1000Mb/s < 800Mb/s < 12Mb/s ; USB1 < 480Mb/s ; USB2 < 2380Mb/s ; Base < 4760Mb/s ; Med < 7140Mb/s ; Full 最大ケーブル長 < 100m (no switch) < 4.5m < 5m < 10m 最大接続カメラ台数 Unlimited Base:2 Med/Full:1 PC インターフェース On Board (Gigabit Ethernet NIC) 拡張 Board or On Board 拡張 Board Frame Grabber Board リセンド機能あり (Application 層 ) 無し無し無し

7 CameraLink AIA により規格化産業用デジタルカメラのデータ伝送方式を規定 Base/Medium/Full 3 種類のコンフィキュレーションデータ転送幅 Base Medium Full : 2380Mbps : 4760Mbps : 7140Mbps 伝送距離 : 最長 10m フレームグラバーボードが必要 ( 左 )CameraLink ケーブル / ( 右 )CameraLink Mini ケーブル大容量転送 / 近距離伝送向きフレームグラバーボード

8 Firewire(IEEE1394) データ転送幅 : 800Mbps 伝送距離 : 最長 4.5m USB2.0 データ転送幅 : 480Mbps 伝送距離 : 最長 5m 近距離伝送向き

9 Ethernet 規格 Gigabit Ethernet IEEE802.3 で標準化された規格通信速度を 1Gbps に高めた高速 Ethernet 規格 Ethernet 10Mbps 100Mbps 1Gbps 汎用 PC への採用が進んでいる汎用機材として世界中で採用付帯技術の低価格化 Gigabit 帯域 : 広帯域化画像処理技術への応用

10 GigE Vision の概要

11 GigE Vision とは Gigabit Ethernet 仕様のネットワーク機器を使用基幹ネットワークと共存可能 UDP/IP 通信により大量のデータ送信が可能 AIA(Automated Imaging Association: 北米のマシンビジョン業界団体 ) が規定した Ethernet 技術の上で動作するプロトコル 2006 年 5 月バージョン1.0 リリース 2009 年 4 月バージョン1.1 リリース 2009 年 12 月バージョン1.2 リリース 2011 年以降バージョン2.0 リリース予定

12 Agenda GigE Vision について GigE Vision 背景と概要 GigE Vision のメリット Sensor to Image 社 IP コアソリューション GigE Vision の実現方法 Sensor to Image 社のご紹介 GigE Vision IPコアの概要アプリケーションご紹介

13 GigE Vision のメリット広帯域 1 Gbps : 今日のマシンビジョンの大半をカバー可能伝送距離リピーター / ハブ無しで最大 100m リピーター / ハブの使用により理論上は無制限に延長が可能コスト標準の Ethernet LAN 設備ローコスト PC ローコストケーブルフレームグラバボードは不必要フレキシビリティカメラ-PC 間 Network 経由のカメラ設定現場にコンピュータ不必要

14 Agenda GigE Vision について GigE Vision 背景と概要 GigE Vision のメリット Sensor to Image 社 IP コアソリューション GigE Vision の実現方法 Sensor to Image 社のご紹介 GigE Vision IPコアの概要アプリケーションご紹介

15 FPGA による GigE Vision の実現

16 FPGA を使用することによるメリット FPGA を使用することによるメリット書き換え可能設計の変更に素早く対応開発期間の短縮開発コストの削減いち早く市場への製品の投入が可能実証済み機能やIPの利用消費電力とスペースの削減

17 GigE デバイスの設計方法自社内での開発 GigEVision 既製製品の使用 e.g. communication modules new: FPGA 向け IP コア

18 自社内での開発メリット + no cost for third parties + no dependencies on other companies + full flexibility デメリット -time - development cost

19 サードパーティによる GigEVison 既製製品の使用メリット + prooven functionality + time + reduces development cost デメリット - limited flexibility - cost for components - dependency on other company

20 GigEVision FPGA 向け IP コアの使用メリット + prooven functionality + time + reduces development cost + full flexibility + low dependency on other company デメリット - FPGA knowledge needed - cost of core

21 デバイスデザインハードウェア

22 FPGA のブロックダイアグラム External Memory ROM Configuration Licensing S2I Core Solution S2I Source Solution External Systems Sensor Communication Camera Interface 10bit -> 8bit LUT (BRAM) Input FiFo (BRAM) Clock Crossing Memory Interface In- Output FiFo (BRAM) Packet Resend Internal CPU Code & Data Memory Control Path of GigE User Application GigE Packet Composer GigE Vision Protocol UDP/IP Bidirectional Control Mux + Buffer Data S2I GigE MAC PHY Comm. External Memory

23 Device Design - FPGA GigE Vision: Discovery Control Messaging GigE Vision: configuration xml GigE Vision: Streaming

24 Agenda GigE Vision について GigE Vision 背景と概要 GigE Vision のメリット Sensor to Image 社 IP コアソリューション GigE Vision の実現方法 Sensor to Image 社のご紹介 GigE Vision IPコアの概要アプリケーションご紹介

25 Sensor to Image 社 Gage Vision の IP コアについて

26 Sensor to Image GmbH 1989 年にドイツに設立会社の目的 : 画像処理ハードウェアの OEM 開発製造サービス Framegrabber Linescan cameras Smart cameras FPGA technology FPGA based image processing FPGA IP Cores (CamerLink, GigE Core, CoaXPress) サービス内容トレーニング開発レイアウトソフトウェアサンプルの製作再設計シリーズ製作サポート修理開発者 6 名製造 1 名管理者 1 名年間製造ボード数 : EN ISO9001:2000( 品質マネジメントシステム ) EN ISO14001( 環境マネジメントシステム ) を取得

27 GigE Vision コンプライアンス製品の検索

28 Sensor To Image 社

32 Agenda GigE Vision について GigE Vision 背景と概要 GigE Vision のメリット Sensor to Image 社 IP コアソリューション GigE Vision の実現方法 Sensor to Image 社のご紹介 GigE Vision IPコアの概要アプリケーションご紹介

33 Sensor to Image 社の IP コア導入のメリット S2I IP コア導入のメリットリファレンスデザインコア以外の部分についてソースコードを提供ユーザーによるカスタマイズフレキシブルな対応 / サポート 1 日のトレーニング電話または E メールハード / ソフト面でのサポートローコストシングルライセンスプロジェクトライセンス

34 Sensor to Image 社製 GigE Vision FPGA IP Core コンポーネントの基本構成 1. GigE Vision リファレンスデザインキットインターフェースモジュールリファレンスデザイントレーニング 2. GigE Vision ソフトウェア GigE Vision フィルタードライバー /PC インターフェースライブラリ Win32 用 / LINUX 用 GenICam / GigE application layer ソフトウェア 3. ライセンス FPGA ライセンス BSD ライセンス

35 リファレンスデザインキットの内容 XILINX 向け Hardware platform/ ターゲットデバイス ( 下記から 1 つ選択 ) 1. Sensor to Image Spartan3E board plus one input adaptor 2. Design for XILINX ML505/6/7 with dongle, no ML505/6/7 board 3. Design for XILINX Spartan-3A DSP 1800A edition with dongle, no Spartan-3A board 4. Design for XILINX Spartan-6 FPGA SP601/605 evaluation kit with dongle, no Spartan-6 board Deliverables for FPGA in VHDL: Top level and Video-in NGC: Memory controller, Paket Composer and MAC MHS: EDK for CPU-System OBJ files: Bootloader and GigE Control layer C Source: Application Deliverables for PC C: Viewer application filter driver as sys-file, library as DLL-file One day of specification, project work and customer training at the customer office ( ただしシングルライセンス契約の場合は別途 ) 8 hours of post training support by phone and , documented and billed in steps of 30min.

Spartan-3E Machine Vision Interface Module Xilinx Devices: Spartan-3E (XC3S1200E-FT256) with 80% resources used Memory: 8MByte SPI Flash for FPGA configuration and application storage 4MByte SDRAM on

36 Spartan-3E Machine Vision Interface Module Xilinx Devices: Spartan-3E (XC3S1200E-FT256) with 80% resources used Memory: 8MByte SPI Flash for FPGA configuration and application storage 4MByte SDRAM on a 8bit data bus with clock speed <=100MHz (MicroBlaze code and data storage) 8MByte SDRAM on a 16bit data bus with clock speed <=100MHz (video buffer for GigE data transmission and packet resend) 8kByte I2C EEPROM Connectors and Interfaces: Broadcom Ethernet 10/100/1000 PHY with RJ45 55 unbuffered LVTTL lines directly connected to FPGA on 2 100mil spacing double row male connectors JTAG connector for FPGA load and debug SPI based CAN-Interface One RS232 Interface, two buffered LVTTL-In and two buffered LVTTL-Out Power supply pins on a 10pin 100mil spacing double row male connector PCB size: 70 x 50mm following modules can be connected to this interface module

5W per active sensor one RS232 interface on DSUB9 connector MT9V022IA7ATM or MT9V022IA7ATC CMOS sensor with a lens adaptor for

37 Spartan-3E Machine Vision Camera Module PCB size 50*50mm Circular power connector for common 12V DC adaptors for system power supply Power consumption of about 0.5W per active sensor one RS232 interface on DSUB9 connector MT9V022IA7ATM or MT9V022IA7ATC CMOS sensor with a lens adaptor for 12mm lens system Lens f=8mm with 12mm mounting system 8kByte Sensor-ID I2C EEPROM Camera is consuming 18 FPGA Interface pins SAMTEC ZF connector with another 18FPGA interface pins for an additional external sensor board

and GigE Control layer C Source: Application Deliverables for PC C: Viewer application filter driver as sys-file, library as DLL-file One day of

38 リファレンスデザインキットの内容 ALTERA 向け Hardware platform/ ターゲットデバイス ALTERA HSMC Module for Cyclone3 Starter kit with out the starter kit itself. Deliverables for FPGA in VHDL: Top level and Video-in QXP: Memory controller, Paket Composer and MAC and SOPC-Builder project source OBJ files: Bootloader and GigE Control layer C Source: Application Deliverables for PC C: Viewer application filter driver as sys-file, library as DLL-file One day of specification, project work and customer training at the customer office ( ただしシングルライセンス契約の場合は別途 ) 8 hours of post training support by phone and , documented and billed in steps of 30min.

ALTERA-Cyclone3 シンビジョンインターフェースモジュール Device: Cyclone3 EP3C25 スターター開発キットの 64% のリソースを使用 GigE Vision HSMC Module; 8MByte SPI Flash for FPGA configuration and

VGA-DAC direct interface to standard VGA monitor Power-Over-Ethernet to power the complete system with a single cable Connectors and Interfaces: Broadcom

39 ALTERA-Cyclone3 シンビジョンインターフェースモジュール Device: Cyclone3 EP3C25 スターター開発キットの 64% のリソースを使用 GigE Vision HSMC Module; 8MByte SPI Flash for FPGA configuration and application storage MT9V022IA7ATC CMOS sensor with a lens adaptor for 12mm lens system Lens f=8mm with 12mm mounting system 8kByte I2C EEPROM Analog VGA-DAC direct interface to standard VGA monitor Power-Over-Ethernet to power the complete system with a single cable Connectors and Interfaces: Broadcom Ethernet 10/100/1000 PHY with RJ45 One RS232 Interface Single 15pin standard VGA connector for direct interface to standard VGA monitor PCB size: 80 x 100mm

40 FPGA のブロックダイアグラム External Memory ROM Configuration Licensing S2I Core Solution S2I Source Solution External Systems Sensor Communication Camera Interface 10bit -> 8bit LUT (BRAM) Input FiFo (BRAM) Clock Crossing Memory Interface In- Output FiFo (BRAM) Packet Resend Internal CPU Code & Data Memory Control Path of GigE User Application GigE Packet Composer GigE Vision Protocol UDP/IP Bidirectional Control Mux + Buffer Data S2I GigE MAC PHY Comm. External Memory

41 Sphinx ビュアソフト Sphinx GigE ライブラリ画像処理ライブラリは無し Window と Linux をサポートソースコードを配布

42 GigE Vision Filter driver/pc interface library Windows Win32 WDM driver for W2k, XP and Win7 (no MS certification) Can connect up to 8 cameras on 2 network cards Load on a 2 GHz Core2 is about 7% at 80MBytes/sec(90% via socket) LINUX Kernel tested with SUSE and CentOS Can connect up to 8 cameras on 2 netwaork cards Load on a 3 GHz Cores is about 7% at 80MBytes/sec(75% via socket) GenICam/GigE application layer Implementation of GenICam interface for GigE devices Implementation of basic GigE commands like Discover, GigE_Read, GigE_Write, All software with support for 48 hours within 6 months for phone and documented and billed in steps of 30min.

43 ライセンスについて FPGA 用ライセンスシングルライセンス SHA1 ドングル 20 個プロジェクトライセンス SHA1 ドングル 1000 個 Size: 5mm x 3mm サポート Support for 24 hours within 3 months for phone and documented and billed in steps of 30min. ( 注 ) AIAの仕様が新しくなったり新しいプロジェクトにより GigE Core がアップデートされた場合や GigE S2I VHDLインターフェイス (CL 他 ) をサポートする場合別途費用が必要となります

44 ライセンスについてソフトウェア用ライセンス BSD ライセンス詳細は Open Source Initiative をご確認ください

46 Agenda GigE Vision について GigE Vision 背景と概要 GigE Vision のメリット Sensor to Image 社 IP コアソリューション GigE Vision の実現方法 Sensor to Image 社のご紹介 GigE Vision IPコアの概要アプリケーションご紹介

47 GigE Vision IP Core アプリケーション事例

48 IP コアアプリケーション事例 CameraLink VGA Input:GigE Gigabit Ethernet ネットワーク Output:GigE PC Output:GigE GigE camera Other Interface Lighting Controller

49 IP コアアプリケーション事例マシンビジョン良 / 不良検査その他半導体工業用製品食品交通監視医療用画像機器宇宙観測軍事用途

50 ターゲットアプリケーション医療用画像機器事例 X 線撮像システム GigE カメラ Streaming Moniter PC X 線宇宙観測事例人工衛星 Receiver Peripheral GigE sourcer 50

コンタクト株式会社シムコ 153-0061 東京都目黒区中目黒 2-10-15 山手 K ビル TEL: 03-5768-2081 FAX: 03-3794-5282 E-mail :

51 コンタクト株式会社シムコ東京都目黒区中目黒山手 K ビル TEL: FAX: sales@symco.co.jp ( 営業 ) : technical@symco.co.jp ( 技術 ) < ブース番号 > ホール D E-26 XILINX ブース内

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matrox0 Image processing products Hardware/Software Software Hardware INDEX 4 3 2 12 13 15 18 14 11 10 21 26 20 9 8 7 6 5 Hardware 2 MatroxRadient 3 MatroxSolios MatroxMorphis MatroxVio 10 MatroxOrionHD 11 MatroxConcord