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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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種類のｺﾝﾌｨｷﾞｭﾚｰｼｮﾝ 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. GigE Vision の概要 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. FPGA による GigE Vision の実現 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. デバイスデザイン – ハードウェア Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. Sensor to Image社 Gage Vision の IPコアについて Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. GigE Vision コンプライア ンス製品の検索 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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. Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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. Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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. Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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. Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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。 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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。 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. GigE Vision IP Core アプリケーション事例 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved. 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 : [email protected] (営業) : [email protected] (技術) http://www.symco.co.jp ＜ブース番号＞ホールD E-26 XILINXブース内 Copyright(C)2010 SYMCO CORPORATION Allrights Reserved.
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