머신 비전 공급업체의 신제품 출시기간을 단축시키는 전송 레이어 IP 코어
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머신 비전 카메라와 시스템을 설계하는 엔지니어들에게 있어 가장 중요한 역량은 최상의 이미지를 제공하면서도 크기, 무게, 전력 설계 및 기타 요건을 충족시킬 수 있는 핵심 카메라 기능을 구성하는 것이다. 하지만 카메라로부터 호스트로 이미지를 성공적으로 스트리밍하기 위해서는 상당히 많은 시간과 노력을 들여야 한다. GigE Vision, USB3 Vision, CoaXPress(CXP) 같은 첨단 비전 전송 레이어 표준들은 복잡하고 계속 진화하기 때문에 인터페이스를 설계하려면 대개 숙련된 프로토콜 엔지니어가 수개월을 작업해야 한다.
첨단 머신 비전 카메라를 제조하는 Ozray(이전의 NIP), Crevis, Sick 같은 업체들은 전송 레이어 인터페이스를 지적 재산(IP) 형식으로 구매함으로써 이 문제를 해결한다. 전송 레이어 인터페이스는 다른 카메라 기능과 함께 FPGA(필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이)에 통합할 수 있도록 준비되어 제공된다. Ozray, Inc.의 전무 겸 기술 최고 책임자(CTO) Keith Ahn은 “IP 코어 사용 덕분에 우리는 동일한 시간에 더 많은 카메라를 개발하는 한편 시장 출시 시간을 앞당길 수 있게 되었다.”고 말했다. 머신 비전 회사 Crevis Co.의 최고 경영자(CEO) June Hwang은 “IP 코어 사용의 가장 큰 장점은 과거보다 훨씬 더 적은 시간 안에 안정적인 표준 전송 인터페이스를 만들 수 있는 것이다”라고 설명했다.
십년 전에는 Camera Link가 가장 널리 사용되는 머신 비전 전송 레이어 인터페이스였다. Camera Link의 경우 스트리밍 부분은 잘 정의되었지만 컨트롤 경로가 규정되지 않았으므로, 카메라마다 자체적인 구성 프로토콜을 구현했기 때문에 카메라를 완벽하게 지원하기 위해서는 호스트 측에서 별도의 작업이 필요했다. 현재에 이르러 카메라와 호스트 컴퓨터 간의 머신 비전 통신은 주로 CXP, GigE 및 USB 인터페이스를 사용하여 널리 표준화됐다. 새로운 비전 표준은 이전 세대 표준들에 비해 더 복잡하고 시간이 빠듯하다. 표준 자체가 계속 진화하기 때문에 복잡성이 증가하고 이로 인해 표준에 대한 검토가 필요하거나 때로는 전송 레이어 구현을 업그레이드해야 한다.
머신 비전 전송 레이어 IP 코어의 출현으로 카메라-호스트 인터페이스 개발에 소요되는 시간이 줄어들었다. 예를 들어 Euresys 자회사이자 최고의 프레임 그래버 공급업체 Sensor to Image(S2I)에서는 최신 CXP, GigE Vision 및 USB3 Vision 인터페이스 표준에 맞는 IP 코어들을 제공한다. 이러한 IP 코어는 카메라와 호스트의 상호 운용성을 지키면서 최신 버전 인터페이스 레이어와의 호환성을 보장한다.
S2I의 Vision 표준 IP 코어 솔루션은 광범위한 프레임 그래버 및 이미지 캡처 라이브러를 대상으로 완벽한 테스트를 거친 FPGA IP 코어와 함께 작업 레퍼런스 디자인으로 제공된다. IP 코어가 콤팩트하기 때문에 추가적인 비전 기능성을 위한 많은 여유 공간이 남아 있다.
이미지 센서 및 전송 레이서 PHY 같은 외부 하드웨어 사이의 인터페이스로 구성되는 최고 수준 디자인이 VHDL 소스 코드로 제공되는데, IP 코어에 의해 지원되는 앞선 FPGA 플랫폼을 넘어선 맞춤형 하드웨어에 이러한 소스 코드를 적용할 수 있다. 레퍼런스 디자인의 비디오 캡처 모듈은 테스트 패턴 생성기와 함께 카메라를 시뮬레이션 한다. 이 모듈은 VHDL 소스 코드로 제공되며, 이 소스 코드는 카메라 디자인에서 센서 인터페이스 및 픽셀 처리 로직으로 교체된다. FPGA 통합 CPU(MicroBlaze, NIOS 또는 ARM)는 비전 표준 IP 코어에서 여러 개의 급하지 않은 컨트롤과 구성 작업을 위해 사용된다. 이 소프트웨어는 C로 작성되었으며 고객이 확장할 수 있다.
S2I에서는 최근에 Sony Pregius Sub-LVDS 이미지 센서에 대한 인터페이스를 제공하는 IMX Pregius IP 코어를 도입했다. 이 회사는 또한 임베디드 비전 시스템 및 모바일 장치에서 주로 사용되는 MIPI 센서에 대한 인터페이스를 곧 도입할 예정이다. uresys 영업 지원 및 EMEA 담당 VP Jean Caron는 “IP 코어를 재사용함으로써 머신 비전 회사들은 어떻게 하면 최고의 이미지를 만들고 크기, 무게 및 전력 설계를 충족시키는 것에 집중할 수 있게 됐다”고 말했다. S2I의 IP 제품 전문가 Matthias Schaffland는 “당사의 IP 코어가 최신 버전의 표준을 준수하도록 보장하기 위해 우리는 CoaXPress, USB3 Vision 및 GigE Vision 위원회와 긴밀하게 협력하고 있다”고 전했다.
S2I에서는 대규모 제품 라인을 가진 회사에 적합한 볼륨 라이선스뿐 아니라 소규모 제품 라인을 가진 회사에 적합한 싱글 라이선스도 제공한다. 두 라이선스 모두에 교육과 지원이 제공된다.
머신 비전 카메라 공급업체인 Ozray는 자사 Pollux 및 Pamina 영역과 라인 스캔 카메라 및 Deneb 열 카메라에 IP 코어를 구현했다. Ahn은 CXP 및 GigE 전송 레이어 인터페이스를 사내 개발하는 것은 IP를 구매하는 것보다 훨씬 비용이 많이 들 것으로 생각했다고 말했다. Ahn은 “IP 코어를 구매함으로써 우리는 내부 엔지니어링 자원을 이미지 처리에 집중시켰다.
너무 많은 자원을 카메라-호스트 인터페이스에 투입해야 했던 과거에는 불가능하던 수준으로 센서 기능을 제어할 수 있게 됐다.”고 말했다. 또한 “우리는 Camera Link만 제공하던 과거와 달리 이제 인터페이스를 확장하여 CXP 및 GigE까지 제공함으로써 새로운 시장에 대응할 수 있게 됐다. S2I에서 제공하는 IP 코어 및 서비스에 100% 만족한다.”고 밝혔다.
Crevis는 최고의 머신 비전 카메라 및 산업용 컨트롤러 공급업체이다. Hwang의 말에 따르면 과거에는 영역 스캔 카메라를 위해 전송 레이어 인터페이스를 위한 내부 전송 로직, 장치 드라이버 및 Tx/Rx 라이브러리를 개발하는 데 상당히 많은 엔지니어링 인력이 필요했다.
Hwang은 “GigE, CXP 및 USB 인터페이스를 위한 IP 코어를 S2I로부터 구매하면서 엔지니어들은 센서 인터페이스와 카메라 기능을 개발하는 데 집중한다.”고 말했다. 아울러 “S2I가 레퍼런스 디자인, 교육 및 기술 지원을 제공해 주므로 과거에 비해 훨씬 적은 시간에 안정적인 표준 전송 인터페이스를 개발하는 것이 가능해졌다. 또한 많은 다른 부분을 대체하는 FPGA에 IP 코어를 병합함으로써 카메라의 크기를 줄이고 제조 비용도 절감할 수 있었다.”고 덧붙였다.
Sick의 Ranger 3 3D 스트리밍 카메라는 초당 더 많은 수의 3D 프로파일과 함께 더 넓은 높이 범위와 고품질 이미지를 제공한다. SICK IVP AB를 위한 소프트웨어 3D 카메라 분야 선임 전문가 Mattias Johannesson은 “이전 세대의 Ranger 3은 표준을 따를 때는 얻을 수 없는 능력을 제공하기 위해 독점 Gigabit Ethernet 인터페이스를 사용했다”라고 말했다.
또한 “S2I에서는 입증된 표준 IP 코어와 더불어 표준의 확장을 처리할 수 있는 새로운 커스텀 모듈을 함께 제공한다. 우리는 구현 과정 내내 직접 만남을 포함하여 S2I과 아주 좋은 대화를 가졌다. 엔지니어링 팀은 이미저 및 신호 프로세서에 집중할 수 있었고, 짧은 시간 안에 최신 Ranger3 버전을 시장에 출시할 수 있었다. 인터페이스를 사내에서 개발했다면 그보다 훨씬 긴 시간이 필요했을 것이다.”라고 강조했다.
끝으로 Schaffland는 “IP코어를 통해 머신 비전 회사들은 GigE Vision, USB3 Vision 및 CoaXPress 표준을 사용하는 FPGA 기반 제품을 만들 수 있고, 작은 크기로 최상의 성능을 제공하면서 개발 시간을 최소화할것”이라고 결론 맺었다.
자료 제공: Euresys(www.euresys.com)
