PCIe/104-Framegrabbern für kompakte Embedded Vision

CXP für kleine Formfaktoren

PCIe/104 für leistungsfähige Embedded-Vision-Systeme

Embedded-Vision-Systeme mit kleinem Formfaktor (Small Form Factor, SFF) haben bei der Verwendung des Embedded-PC/104-Formats eine lange Historie. NTSC/PAL-Framegrabber mit ISA- (PC/104) und PCI-Bus (PC/104-Plus) kommen seit mehr als zehn Jahren in industriellen Anwendungen zum Einsatz. Die Einführung von PCIe/104- und PCI/104-Express-Framegrabbern unterstützt jetzt die mehrkanalige Erfassung von D1- bis FullHD 1.080p Bildern bei voller Bildrate und mit großer Auswahl an zusätzlichen Overlay-Funktionen.
Bei der Hochleistungs-Bilderfassung dominierte als Schnittstellentechnologie für robuste SFF-Vision-Systeme bisher CameraLink (CL) mit PCIe/104-Lösungen von EPIX in den USA und Active Silicon in Großbritannien. Die ersten Framegrabber-Generationen waren einfache Copy&Paste-Versionen von Desktop-Produkten, die mit wenig Aufwand an kompakte Embedded-Applikationen für den Einsatz in Anwendungsszenarien mit hoher Schutzart optimiert wurden. Dies änderte sich jedoch, als EPIX auf der Embedded World 2016 die neuesten CL-Produkte vorstellte. Dazu gehörten z.B. kleine mPCIe- (PCI-Express Minicard) CL-Base-Rate-Module mit Low-Profile-Steckverbindern und flexiblen, dünnen Anschlusskabeln für die einfache Integration in Embedded-Systeme.

Neue Generation SFF-Vision-Systeme

Die Einführung von CL- und CoaXPress (CXP)-Schnittstellen in der hyperspektralen Bildverarbeitung durch hochentwickelten Vision-Systemen ermöglicht eine sehr schnelle, zuverlässige und hochqualitiave Inspektion in zahlreichen Industriebereichen wie z.B. Lebensmittelüberwachung, AOI (Automated Optical Inspection), Farbmanagement, Forensik und Dokumentenüberprüfung sowie der zeilenbasierten Hochgeschwindigkeits-Bilderfassung. Außerhalb der Fabrikumgebung werden die gleichen Technologien für die nächste Generation von Transportsystemen, Verkehrsmanagement/-steuerung, Videoerfassung, Sicherheitsanalyse, Lecksuche, Abgasinspektion bei Fabriken, für unbemannte autonome Systeme und zahlreiche andere Applikationen eingesetzt. Diese Hochleistungs-Vision-Systeme müssen nicht nur immer kleiner und kompakter werden, sondern auch in rauen Umgebungen bestehen, wo es vor mechanischen Beanspruchungen wie Stößen und Vibrationen, Temperaturextremen oder Nässe nur so strotzt. Dies macht sowohl für Embedded-Computing-Plattformen als auch für die neue Generation von CXP-basierten Kameras und Framegrabbern kleine Embedded-Bausteine erforderlich.

PCIe/104-Express für kompakte Vision-Systeme

Mit seinen kleinen Abmessungen von 95x96mm bildet der PC/104-Formfaktor seit vielen Jahren das Herz von SFF-Embedded-Designs für Automobil- und raue industrielle Anwendungen. Ursprünglich als stapelbarer Formfaktor für den Einsatz in der Automation konzipiert, hat sich PC/104 als Format der Wahl für eine Vielzahl kompakter, robuster Anwendungen in der industriellen Bildverarbeitung weiterentwickelt. Die Verwendung langfristig verfügbarer Embedded-Prozessoren von Intel und AMD prädestiniert ihn für langlebige Anwendungen aller Art. Zahlreiche Faktoren machen PC/104 (PCIe/104) zur idealen Entwicklungsplattform für kompakte hochleistungsfähige Vision-Systeme:

  • • Zugang zu den neuesten Intel-Core-i7/i5-Prozessoren für Hochleistungs-Analysen und hochentwickelten anwendungsspezifischen Algorithmen,
  • • Ein PCIe-x16 Bus (PEG), der in zwei PCIe-x8-Lanes aufgeteilt (segmentiert) werden kann, ermöglicht Vision-Systeme mit bis zu zwei CameraLink-Ports (16Gbit/s aggregiert) oder mit bis zu vier CoaXPress-Ports (24Gbit/s aggregiert) auszustatten,
  • • IoT-geignet für Implementierungen in Smart-Factory- (Factory 2.0) Umgebungen.

Bild 1 zeigt den aktuellsten PCIe/104 Single-Board-Computer von ADL Embedded Solutions mit Intel Core i7-4700EQ Quadcore-Prozessor der vierte Generation. Der stapelbare PCIe/104-Steckverbinder auf der Unterseite verfügt über ein flexibel nutzbares PCI-Express-Interface. Auf Bank 1 befinden sich vier PCIe x1-Lanes (die auch als eine x4-Lane nutzbar sind), die zwei folgenden Bänke stellen den PCIe x16-Bus (PEG) bereit, der in zwei PCIe x8 aufgeteilt werden kann. Zu den weiteren Schnittstellen gehören zwei USB-3.0-, zwei unabhängige Gigabit-LAN- (Intel i210 an je einer eigenen PCIe Lane) und vier SATA-6Gb/s-Ports sowie moderne Display-Konnektivität wie DisplayPort, HDMI und DVI. Dieser Mix aus Highperformance-Schnittstellen unterstützt optimal die Anforderungen von Vision-Anwendungen mit mehreren Kameras in einem System. Der SBC eignet sich für den Betrieb in Temperaturen von -20 bis +70°C und optional auch von -40 bis +85°C. Auf der diesjährigen Embedded World präsentierte ADL eine PCIe/104-CXP-Lösung für raue, kompakte Embedded-Anwendungen, die zusammen mit Euresys entwickelt wurde.

Bild 2 zeigt die Coaxlink Duo PCIe/104 Lösung von Euresys in einem ADL-SFF-System. Pro Erweiterungskarte stehen zwei CXP-CXP-6-Steckverbinder für eine effektive Kamerabandbreite von 1.250Mbit/s zur Verfügung. Power-over-CoaXPress (PoCXP) erleichtert die Installation von Kameras und Standortwechsel. Durch Aufteilung des PCI-x16-Busses lassen sich bis zu zwei Coaxlink-Duo-Karten in ein bestehendes System integrieren. Die Baugruppe verfügt über zwei CXP-6 DIN-1.0/2.3-Steckbuchsen, die die Integration in Embedded-Anwendungen erheblich erleichtern. PCIe/104 Coaxlink Duo setzt nicht nur bei der Leistungsfähigkeit von SSF-Vision-Systemen neue Maßstäbe, sondern ermöglicht durch Datenraten von 6,25Gbit/s über 40m Kabel und 3Gbit/s über 100m lange Kabel auch mehr Flexibilität beim Design.

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