友思特技術(shù) | 輕松飛躍：20GigE高速采集，零負(fù)擔(dān)與實(shí)時(shí)性的雙重保障

導(dǎo)讀

高速傳輸與實(shí)時(shí)處理需求伴隨數(shù)據(jù)量龐大的工業(yè)視覺檢測生產(chǎn)應(yīng)用而不斷發(fā)展。友思特 GigE-Vision 系列圖像采集卡可同時(shí)保證CPU低負(fù)載和實(shí)時(shí)高效圖像處理，基于FPGA的并行處理能力，大幅提升系統(tǒng)性能。

隨著工業(yè)視覺檢測系統(tǒng)的傳輸速率從1G、2.5G、5G、10G、50G、100G邁進(jìn)，實(shí)際應(yīng)用對數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊箅S之越來越高。保障機(jī)器視覺設(shè)備無丟幀傳輸數(shù)據(jù)以及穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到低延遲傳輸，高實(shí)時(shí)性圖像處理，以滿足帶寬密集型應(yīng)用日益增長的需求變得越來越重要。

GigE Vision與GVSP

GVSP是當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)中普遍使用的以太網(wǎng)流傳輸協(xié)議。流由多個(gè)幀（或圖像）組成，每個(gè)幀由一個(gè)前導(dǎo)數(shù)據(jù)包、多個(gè)圖像（或有效負(fù)載）數(shù)據(jù)包和一個(gè)尾部數(shù)據(jù)包組成。

GVSP 所有數(shù)據(jù)包都遵循 UDP 以太網(wǎng)協(xié)議，這是一種無連接的協(xié)議，發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間不需要握手。相機(jī)只發(fā)送數(shù)據(jù)包并讓接收器完成將數(shù)據(jù)放入目標(biāo)緩沖區(qū)的工作，并不對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)。作為一個(gè)無連接的協(xié)議，它無需額外的網(wǎng)絡(luò)開銷，因此能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的網(wǎng)絡(luò)性能，并且支持多播等高級功能。然而，這也要求接收器的設(shè)計(jì)必須精準(zhǔn)無誤，以避免數(shù)據(jù)丟失，因此高質(zhì)量的接收器需要具有優(yōu)異的性能，同時(shí)保持最低的延遲和抖動。

如上圖傳統(tǒng)的 GVSP 協(xié)議，在軟件中使用包頭拆分，從 GVSP 數(shù)據(jù)包中剝離包頭，并將有效負(fù)載數(shù)據(jù)包中的圖像數(shù)據(jù)放入連續(xù)的內(nèi)存緩沖區(qū)中。這個(gè)過程不僅增加了 CPU 的負(fù)載，還使得系統(tǒng)內(nèi)存帶寬使用量增加了3倍，一旦系統(tǒng)內(nèi)存不夠時(shí)，新傳輸?shù)膱D像無法被接收，則會導(dǎo)致丟包問題。

優(yōu)化后GigE Vision與GVSP

優(yōu)化的 GVSP 在 NIC 和其他處理設(shè)備可用的硬件中進(jìn)行包頭拆分，目前常采用的方法有通過GPU直連方式和采用板載 FPGA 進(jìn)行包頭拆分。友思特HawkEye 20GigE系列板卡提供專門解析 GigE Vision+GVSP 的 FPGA 處理卡，當(dāng)前端相機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)，采集卡上的硬件 IP 會進(jìn)行實(shí)時(shí)解析，將采集圖像直接上送到主機(jī)內(nèi)存，這種方式不僅實(shí)現(xiàn)了無丟幀采集，還大大降低了 CPU 的占用率。

分辨率為 1280 × 1436、幀率達(dá) 500 FPS、帶寬接近7Gbps 的圖像傳輸過程中，HawkEye 20GigE 采集卡對CPU 的占用率僅提高1%，對于需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理用戶來說，HawkEye 20GigE 是優(yōu)秀選擇。

友思特 GigE-Vision 圖像采集卡

友思特 GigE-Vision 幀采集和實(shí)時(shí)圖像處理系列提供多種類型采集卡，包括 2 x 10 GigE HawkEye 系列、70 GigE Proc10A 系列、400 GigE Proc10S 系列和 800 GigE Proc10N/M 系列。

友思特圖像采集卡的高級功能保證100%的幀采集，消耗幾乎為零的主機(jī)CPU處理。同時(shí)支持鏈路聚合、塊數(shù)據(jù)（有效負(fù)載類型：0x4001）傳輸、ROI采集和全面的系統(tǒng)I/O功能。

此外，通過PCIe Gen.3 × 8的直接內(nèi)存訪問技術(shù)，我們可以實(shí)現(xiàn)超高速的數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)一步減輕CPU的負(fù)擔(dān)。對于那些對實(shí)時(shí)性要求極高的應(yīng)用，采集卡開放了板載FPGA的資源，允許用戶將自己的IP移植到板卡上，從而構(gòu)建自定義的視覺處理流程和圖像處理算法。相較于傳統(tǒng)的在主機(jī)端進(jìn)行處理的方式，F(xiàn)PGA的并行處理能力可以大幅提升系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)速度。

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審核編輯 黃宇