高速數(shù)據(jù)傳輸：構(gòu)建嵌入式視覺的未來

市場對高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笳杆僭鲩L。隨著智能設(shè)備、數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)和軟件的發(fā)展，企業(yè)需要數(shù)據(jù)在其技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施中快速傳輸?shù)耐瑫r保持適應(yīng)性、可擴展性和安全性。實時數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)帶來了更大的壓力，對基礎(chǔ)設(shè)施提出了更高的要求。

無論是提升手機視頻質(zhì)量、幫助無人駕駛汽車避免碰撞，還是激活智能家居安全設(shè)備和監(jiān)控工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量，高效數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蠖贾陵P(guān)重要。在本文中，我們將探討常見的嵌入式視覺用例中高速數(shù)據(jù)傳輸所必需的硬件、軟件和接口協(xié)議要求。

高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵協(xié)議和組件

用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ没A(chǔ)設(shè)施組件和協(xié)議可分為短距離和長距離媒體傳輸協(xié)議：

短距離媒體傳輸協(xié)議

• 移動產(chǎn)業(yè)處理器接口（MIPI）： MIPI是一種標準化接口，用于將外設(shè)和傳感器連接到設(shè)備的嵌入式處理器，在移動和嵌入式視覺應(yīng)用中十分常見。它還支持各種傳感器、處理器和顯示器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。

• 千兆位多媒體串行鏈路（GMSL）：GMSL是一種高度可配置的SERDES互連解決方案，用于在高速、高分辨率視頻和顯示應(yīng)用中通過單線傳輸實時數(shù)據(jù)、控制和電源信號。

• 顯示串行接口（DSI）：DSI是一種高速串行接口，可在主機處理器和顯示器之間傳輸數(shù)據(jù)。DSI負責將處理過的視頻或圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡聊簧?，是許多現(xiàn)代嵌入式視覺應(yīng)用的重要組成部分。

• PCIe?：PCIe是一種高性能、可擴展、定義明確的接口標準，用于將系統(tǒng)的處理單元與攝像頭、傳感器等外圍設(shè)備連接起來。

長距離媒體傳輸協(xié)議

• 以太網(wǎng)電纜：以太網(wǎng)是一種有線連接，常用于局域網(wǎng)（GigE Vision、以太網(wǎng)AVB/TSN、IPMX、Dante和NDI）或廣域網(wǎng)（SMPTE 2022、SMPTE 2110）傳輸。

• 同軸電纜：同軸電纜是一種將射頻（RF）信號從一個點傳輸?shù)搅硪粋€點（通常100米或更短）的電纜，常用和CoaXPress、SDI和HDBaseT協(xié)議一起使用。

這些協(xié)議和組件在支持視覺應(yīng)用方面都發(fā)揮著重要作用。盡管如此，它們?nèi)匀恍枰パa的硬件和軟件來支持最受歡迎的功能，而FPGA因其靈活性和先進的功能受到青睞，它們可以實現(xiàn)這些嵌入式視覺協(xié)議的無縫集成，便于開發(fā)人員利用它們發(fā)揮強大作用。

萊迪思FPGA解決方案賦能嵌入式視覺

萊迪思提供硬件和軟件解決方案，可以將這些協(xié)議和組件集成到視覺應(yīng)用中。

硬件解決方案

基于萊迪思Nexus?和萊迪思Avant? FPGA平臺的萊迪思FPGA系列產(chǎn)品提供嵌入式存儲、大量I/O和領(lǐng)先的低功耗特性。這些FPGA擁有優(yōu)化的互連功能、低功耗和小封裝尺寸，能夠很好地支持高速應(yīng)用。

軟件解決方案

萊迪思mVision?解決方案集合包括一系列工具，幫助嵌入式視覺系統(tǒng)設(shè)計人員快速開發(fā)和部署基于FPGA的應(yīng)用，包括機器視覺、機器人、ADAS、視頻監(jiān)控和無人機。它為設(shè)計人員提供：

• 參考設(shè)計和演示：包括傳感器橋接和聚合、顯示器連接和圖像處理等，可作為構(gòu)建嵌入式視覺系統(tǒng)時的示例或預(yù)開發(fā)起點。

• 軟件工具：萊迪思Radiant?和Lattice Diamond?提供強大的設(shè)計功能，確保嵌入式視覺設(shè)計中FPGA的快速集成。

• IP核：如模塊化MIPI/D-PHY和USB3/GigE Vision，可作為可擴展設(shè)計的構(gòu)建模塊。

在嵌入式視覺應(yīng)用開發(fā)中，橋接/排隊和通道聚合是用于設(shè)置優(yōu)先級和將一種媒體/格式轉(zhuǎn)換為另一種媒體/格式的關(guān)鍵功能。在如下示例中，視頻可以通過多種不同的物理介質(zhì)傳輸，然后進行聚合、優(yōu)先級排序或選擇性預(yù)處理，然后再打包通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。

在下面的例子中，媒體不是通過網(wǎng)絡(luò)橋接傳輸?shù)竭h處，而是通過PCIe或以太網(wǎng)進入主機PC或SoC進行計算。

利用FPGA實現(xiàn)高速、低功耗數(shù)據(jù)傳輸

嵌入式視覺應(yīng)用需要在不犧牲效率或數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提下獲得高算力。萊迪思FPGA系統(tǒng)支持關(guān)鍵組件和協(xié)議，可以幫助開發(fā)人員創(chuàng)建高速、低功耗的系統(tǒng)。

在最近舉行的萊迪思開發(fā)者大會上展示了多個基于FPGA的嵌入式視覺應(yīng)用實例，包括：

利用GSML到Holoscan傳感器橋?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邊緣AI ：使用萊迪思與NVIDIA?合作開發(fā)的Holoscan傳感器橋接，開發(fā)人員可以輕松地將支持GMSL的攝像頭與使用MIPI的開發(fā)套件和顯示器配對。該參考設(shè)計可以幫助硬件開發(fā)人員和系統(tǒng)架構(gòu)師在沒有MIPI接口的系統(tǒng)中使用GMSL組件，同時保持嵌入式和網(wǎng)絡(luò)邊緣用例所需的比特率和連接性。

橋接MIPI DSI和DisplayPort ：通過使用萊迪思FPGA和IP核，開發(fā)人員可以無縫銜接移動和高清顯示器。開發(fā)人員可以使用萊迪思CertusPro?-NX，通過MIPI協(xié)議將視頻數(shù)據(jù)從DSI傳輸?shù)紻isplayPort。該解決方案可滿足各行業(yè)嵌入式視覺的靈活連接要求，包括汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。它有助于確保高質(zhì)量的視頻輸出，同時降低對圖形處理器（GPU）等組件的處理能力要求。

除了上述應(yīng)用之外，利用動態(tài)接口的、基于萊迪思FPGA的系統(tǒng)還有望支持不斷發(fā)展的機器人技術(shù)、通過人工智能強化的工業(yè)檢測工具、汽車視覺系統(tǒng)等。強大的硬件和適應(yīng)性強的連接接口相結(jié)合，使開發(fā)人員得以支持要求高效控制和高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)那度胧揭曈X系統(tǒng)。

了解更多有關(guān)萊迪思FPGA如何實現(xiàn)您的高速和低功耗嵌入式視覺應(yīng)用的信息，請立即聯(lián)系我們的團隊。