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 http://www.symco.co.jp
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
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
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
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 2004 2005 2006 2007 2008 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
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 63 127 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
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
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
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
GigE Vision の概要
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
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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
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FPGA による GigE Vision の実現
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
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
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
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
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
デバイスデザイン ハードウェア
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
Device Design - FPGA GigE Vision: Discovery Control Messaging GigE Vision: configuration xml GigE Vision: Streaming
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Sensor to Image 社 Gage Vision の IP コアについて
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 :1000-2000 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
GigE Vision コンプライアンス製品の検索
Sensor To Image 社
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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
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
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 e-mail, 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 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
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 ZF5-30-10 connector with another 18FPGA interface pins for an additional external sensor board
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 e-mail, 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 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
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
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
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 2.6.2 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 e-mail documented and billed in steps of 30min.
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 e-mail 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
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 http://www.opensource.org/licenses/bsd-license.php をご確認ください
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
GigE Vision IP Core アプリケーション事例
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
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
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 : sales@symco.co.jp ( 営業 ) : technical@symco.co.jp ( 技術 ) http://www.symco.co.jp < ブース番号 > ホール D E-26 XILINX ブース内