În ultimii ani, a existat o cerere explozivă pentru tehnologii de imagistică de înaltă rezoluție, care necesită o lățime de bandă mare și care integrează inteligența artificială (AI), cu un accent sporit pe analiza în timp real și pe calculul edge (la marginea rețelei). Spre deosebire de “cloud computing” centralizat, “edge computing” este o paradigmă de calcul distribuit care îmbunătățește timpii de răspuns și economisește lățimea de bandă prin punerea la dispoziție a resurselor de calcul aproape de sursele de date. Odată cu extinderea continuă a Internetului Lucrurilor (IoT), un număr tot mai mare de aplicații comerciale și industriale se bazează pe o rețea interconectată de utilaje mecanice, digitale și bazate pe senzori pentru monitorizarea și controlul sarcinilor. La baza IoT se află sistemele embedded cu conexiune wireless, analiza în timp real și inferența învățării automate.
Provocări și cerințe de implementare
Figura 1: Plăci gazdă și dispozitive CXP. (Sursa imaginii: Microchip Technology)
Aceste sisteme cuprind, evident, două elemente de bază – un sistem de calcul și un mecanism de transport. Provocările în proiectarea unor astfel de sisteme includ performanțe accelerate eficiente cu rezultate previzibile, plus o legătură serială flexibilă, fără erori, care să suporte viteze mari de date și să fie scalabilă. Cu toate acestea, cele mai semnificative constrângeri de proiectare pentru un dispozitiv de calcul edge sunt puterea și dimensiunea – unele dintre aceste dispozitive ar putea fi implementate în locații îndepărtate sau ar putea necesita o sursă de alimentare continuă pentru aplicații critice, respectând, în același timp, cerințe stricte privind factorul de formă, așa cum se întâmplă în sistemele de viziune auto, supraveghere militară, echipamente medicale, instrumente industriale de înaltă precizie și altele.
Soluția completă propusă de Microchip
Pe deplin conștienți de nevoia de sisteme de viziune inteligente și de provocările asociate acestora, Microchip a dezvoltat soluția cu consum redus de putere, cu cel mai mic factor de formă și cu costuri optimizate pentru toate nevoile voastre de date și video multi-Gigabit, necomprimate. Soluția integrează FPGA-urile PolarFire cu transmițătoarele CoaXPress 2.0 pentru a permite transmiterea serială de mare viteză a datelor imagistice de la mai multe camere la FPGA pentru procesarea semnalului de imagine.
Microchip oferă un proiect de referință complet: PolarFire CoaXPress 12G Design, care include hardware de evaluare, proprietate intelectuală și documentație tehnică pentru a accelera timpul de dezvoltare.
Descrierea proiectului de referință
Proiectul PolarFire CoaXPress 12G utilizează senzori de cameră duali 4K conectați la un FPGA PolarFire MPF100T prin protocolul MIPI CSI-2. FPGA efectuează o operațiune de codare 8b/10b și reorganizează fluxul de intrare în pachete de date definite de protocolul CoaXPress. Acest semnal este transmis de un emițător-receptor CoaXPress EQC125X40 aflat pe placă, prin intermediul unui cablu coaxial de 50 m, către un alt emițător-receptor EQC125X40 care reconstruiește, la recepție, semnalul original transmis (atenuat în timpul transmisiei prin cablu). Această placă este conectată la un kit video PolarFire, MPF300-VIDEO-KIT-NS, prin intermediul unui conector FPGA Mezzanine Card (FMC) [BTC1], unde un dispozitiv PolarFire cu 300 000 de elemente logice (LE) realizează decodificarea 8b/10b, urmată de orice procesare de imagine sau procesare algoritmică inteligentă dorită. Printre o serie de alte interfețe, placa suportă, de asemenea, o ieșire HDMI pentru a afișa semnalul primit pe un ecran. Astfel, proiectanții au la dispoziție o demonstrație de la un capăt la altul a unui sistem de viziune embedded.
Figura 2: Diagrama bloc a fluxului de semnal CXP. (Sursa imaginii: Microchip Technology)
Puterea totală consumată de proiectul descris mai sus este < 1W – cel mai mic consum de putere disponibil pe piață. În plus, având în vedere că FPGA-ul PolarFire este disponibil într-un format de 11 × 11 mm, iar emițătorul / receptorul / repetitorul CoaXPress 2.0 este disponibil într-o capsulă minusculă de 4 × 4 mm, proiectul este optimizat radical atât pentru putere, cât și pentru dimensiuni! Această soluție este foarte potrivită pentru crearea de platforme de viziune embedded de nouă generație care integrează AI și învățare automată (ML).
PolarFire FPGA
FPGA-urile PolarFire oferă cel mai mic consum de putere din industrie pentru densități medii (numărul de resurse logice disponibile pe cip, de exemplu, numărul de blocuri logice, interconectări și memorie) și asigură securitate de nivel militar și fiabilitate excepțională. Familia de produse pornește de la 100K la 500K de elemente logice (LE), dispune de transmițătoare de 12,7 Gigabit pe secundă (Gbps), de un DSP robust și de resurse de memorie de mare viteză. FPGA-urile PolarFire sunt opțiuni excelente pentru orice proiect care necesită semnale video cu lățime mare de bandă și alimentare prin cabluri coaxiale. FPGA-urile PolarFire sunt soluții flexibile care oferă o suită de IP-uri de procesare a imaginii pentru a susține protocoalele cunoscute de imagistică și video, inclusiv MIPI CSI-2 TX, MIPI CSI-2 RX, HDMI 1.4 TX, HDMI 2.0, DSI și HD/3G/6G/12G SDI.
Tehnologia CoaXPress 2.0
Tehnologia CoaXPress este un standard de comunicație serială asimetrică, de mare viteză, punct-la-punct, deschis și fără redevențe, pentru sisteme performante de viziune artificială, inspecție industrială și monitorizare a traficului. Aceasta oferă o metodă de ultimă generație pentru conectarea camerelor de înaltă performanță și rezoluție la plăci de achiziție a imginilor dintr-un flux video de mare viteză – cunoscute și sub denumirea de frame grabbers – prin intermediul unor cabluri coaxiale de 75Ω standard, disponibile în comerț. Oferind o îmbunătățire semnificativă a vitezei față de CoaXPress v 1.1, CoaXPress 2.0 extinde rata de transfer a datelor până la 12,5 Gbps pentru cabluri cu lungimi de până la 40 m și până la 40 Megabiți pe secundă (Mbps) pentru comunicații bidirecționale. Acesta este, de fapt, singurul standard de 12,5 Gbps care oferă simultan video, control al camerei și declanșare pe un singur cablu coaxial, împreună cu 13W de putere DC la 24 VDC, cu verificare în timp real a calității legăturii prin cablu.
Microchip Technology | https://www.microchip.com
