FPGAによるGigEVisionの実現

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
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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
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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
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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
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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%
Other Digital
90%
80%
70%
60%
Analog
50%
40%
30%
20%
10%
GigE Vision
IEEE-1394
Camera Link
0%
2004
2005
Camera Link
GigE Vision
2006
IEEE-1394
2007
Analog
2008
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
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カメラインターフェース規格
GigE
Firewire/IEEE1394
USB2.0
Peer-to-Peer
Master-Slave
-Shared bus (4/6 pin STP) -Shared bus (4 pin STP)
CameraLink™
接続タイプ
Point-to-Point or LAN
-Link (RJ-45/Cat-5)
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
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Point-to-Point
-Link (MDR 26pin)
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種類のコンフィギュレーション
データ転送幅
• Base
• Medium
• Full
: 2380Mbps
: 4760Mbps
: 7140Mbps
(左)CameraLinkケーブル /
(右)CameraLink Miniケーブル
伝送距離:最長10m
フレームグラバーボードが必要
大容量転送/近距離伝送向き
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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
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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
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GigE Vision の概要
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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
2009年4月
2009年12月
2011年以降
バージョン1.0
バージョン1.1
バージョン1.2
バージョン2.0
リリース
リリース
リリース
リリース予定
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Agenda
GigE Visionについて
GigE Vision 背景と概要
GigE Vision のメリット
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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
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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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GigE Visionについて
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FPGA による GigE Vision の実現
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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
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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
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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
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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
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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
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デバイスデザイン – ハードウェア
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FPGA のブロックダイアグラム
External Memory
Sensor Communication
ROM
Internal
Internal CPU
CPU
•10bit
•10bit ->
-> 8bit
8bit LUT
LUT (BRAM)
(BRAM)
•• Input
FiFo
Input FiFo (BRAM)
(BRAM)
•• Clock
Clock Crossing
Crossing
Memory
Memory Interface
Interface
•In•In- Output
Output FiFo
FiFo (BRAM)
(BRAM)
•• Packet
Resend
Packet Resend
S2I
S2I Source
Source Solution
Solution
Configuration Licensing
•Code
•Code && Data
Data Memory
Memory
•• Control
Path
of
Control Path of GigE
GigE
•• User
User Application
Application
Camera
Camera Interface
Interface
S2I
S2I Core
Core Solution
Solution
GigE
GigE Packet
Packet
Composer
Composer
•• GigE
GigE Vision
Vision Protocol
Protocol
•• UDP/IP
UDP/IP
•• Bidirectional
Bidirectional
External Memory
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External
External Systems
Systems
Control
Control
Mux
Mux
++
Buffer
Buffer
Data
Data
S2I
S2I
GigE
GigE
MAC
MAC
PHY
Comm.
Device Design - FPGA
GigE Vision:
•Discovery
•Control
•Messaging
GigE Vision:
•configuration
•xml
GigE Vision:
•Streaming
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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
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Sensor to Image社
Gage Vision の IPコアについて
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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
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GigE Vision コンプライア
ンス製品の検索
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Sensor To Image社
Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved.
Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved.
Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved.
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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
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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
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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
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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.
2.
3.
4.
Sensor
Design
Design
Design
to Image Spartan3E board plus one input adaptor
for XILINX ML505/6/7 with dongle, no ML505/6/7 board
for XILINX Spartan-3A DSP 1800A edition with dongle, no Spartan-3A board
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.
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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
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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
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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.
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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
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FPGA のブロックダイアグラム
External Memory
Sensor Communication
ROM
Internal
Internal CPU
CPU
•10bit
•10bit ->
-> 8bit
8bit LUT
LUT (BRAM)
(BRAM)
•• Input
FiFo
Input FiFo (BRAM)
(BRAM)
•• Clock
Clock Crossing
Crossing
Memory
Memory Interface
Interface
•In•In- Output
Output FiFo
FiFo (BRAM)
(BRAM)
•• Packet
Resend
Packet Resend
S2I
S2I Source
Source Solution
Solution
Configuration Licensing
•Code
•Code && Data
Data Memory
Memory
•• Control
Path
of
Control Path of GigE
GigE
•• User
User Application
Application
Camera
Camera Interface
Interface
S2I
S2I Core
Core Solution
Solution
GigE
GigE Packet
Packet
Composer
Composer
•• GigE
GigE Vision
Vision Protocol
Protocol
•• UDP/IP
UDP/IP
•• Bidirectional
Bidirectional
External Memory
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External
External Systems
Systems
Control
Control
Mux
Mux
++
Buffer
Buffer
Data
Data
S2I
S2I
GigE
GigE
MAC
MAC
PHY
Comm.
「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
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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.
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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。
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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。
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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
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GigE Vision IP Core
アプリケーション事例
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IPコア アプリケーション事例
CameraLink
Output:GigE
VGA
PC
Input:GigE
Gigabit Ethernet
ネットワーク
Output:GigE
GigE camera
Other Interface
Lighting
Controller
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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
• 半導体、工業用製品、食品
その他
交通監視
医療用画像機器
宇宙観測
軍事用途
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ターゲットアプリケーション
医療用画像機器 事例
GigEカメラ
Streaming
X線撮像システム
Moniter
PC
X線
宇宙観測 事例
Receiver
Peripheral GigE
sourcer
人工衛星
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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
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