การใช้ GMSL เพื่อตอบสนองความต้องการวิดีโอแบนด์วิธสูงของอุตสาหกรรมและยานยนต์ได้อย่างน่าเชื่อถือ

การใช้งานในอุตสาหกรรมและยานยนต์ต้องอาศัยระบบภาพที่มีความละเอียดสูงมากขึ้น ซึ่งจะต้องสามารถให้ข้อมูลวิดีโอแบนด์วิธสูงแบบเรียลไทม์ได้อย่างมีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ แม้ว่ามาตรฐาน GigE Vision จะเป็นที่รู้จักและใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่ข้อกำหนดการใช้งานที่ได้รับการปรับปรุงกำลังกระตุ้นให้ผู้คนมองหาโซลูชันทางเลือก เทคโนโลยี Gigabit Multimedia Serial Link (GMSL) เป็นเทคโนโลยีทางเลือกที่รองรับกล้องหลายตัว ช่วยให้สามารถประมวลผลแบบเรียลไทม์ที่เข้มงวด ลดความซับซ้อน และมีลักษณะเฉพาะที่กำหนดได้ใช้พลังงานต่ำและมีรูปลักษณ์กะทัดรัด

บทความนี้จะแนะนำความแตกต่างหลักๆ ระหว่าง GigE Vision และ GMSL โดยย่อ จากนั้นแนะนำโซลูชัน GMSL ของ Analog Devices และอธิบายวิธีใช้โซลูชันเหล่านี้เพื่อลดความซับซ้อนของระบบลงอย่างมาก ปรับปรุงความน่าเชื่อถือ และบรรลุการรับส่งข้อมูลวิดีโอแบบเรียลไทม์ที่มีประสิทธิภาพ

เทคโนโลยีอินเทอร์เฟซของกล้องส่งผลต่อประสิทธิภาพอย่างไร
เทคโนโลยีอินเทอร์เฟซที่แตกต่างกันมอบโซลูชันสำหรับการขยายระยะห่างระหว่างเซ็นเซอร์กล้องและโปรเซสเซอร์โฮสต์ เพื่อตอบสนองข้อกำหนดพื้นฐานของแอปพลิเคชันด้านภาพหลายประเภท มาตรฐานอินเทอร์เฟซของกล้อง GigE Vision ที่ใช้เทคโนโลยี Gigabit Ethernet (GbE) ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง โดยทั่วไปแล้ว กล้อง GigE Vision จะใช้สายโซ่สัญญาณซึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบหลัก 3 ส่วน ได้แก่ เซ็นเซอร์ภาพ โปรเซสเซอร์ และอินเทอร์เฟซ Ethernet Physical Layer (PHY) (รูปที่ 1)

กล้องอีเธอร์เน็ตใช้อิมเมจสายสัญญาณตามโปรเซสเซอร์
รูปที่ 1: กล้องอีเธอร์เน็ตใช้สายสัญญาณที่ใช้โปรเซสเซอร์ในการบัฟเฟอร์และประมวลผลข้อมูลเซ็นเซอร์ภาพก่อนส่งสัญญาณ (แหล่งรูปภาพ: Analog Devices, Inc.)

ในแง่ของเซ็นเซอร์ กล้อง GigE Vision สามารถใช้โปรเซสเซอร์ภายในเพื่อรองรับโปรโตคอลอินเทอร์เฟซเซ็นเซอร์ที่ปรับแต่งได้ ในแง่ของการส่งข้อมูล กล้อง GigE Vision เข้ากันได้กับอุปกรณ์โฮสต์ต่างๆ โดยใช้อีเทอร์เน็ตมาตรฐาน ตัวอย่างเช่น คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลและระบบฝังตัวมักจะใช้พอร์ต GbE เป็นอินเทอร์เฟซมาตรฐาน หากกล้อง GigE Vision รองรับไดรเวอร์สากล (ซึ่งโดยทั่วไปจะมีให้โดยระบบเหล่านี้) ก็สามารถใช้เป็นอุปกรณ์ต่อพ่วง Plug and Play อื่นได้

โซลูชันที่ใช้อีเธอร์เน็ตมีข้อได้เปรียบในการใช้งานกล้องตัวเดียว แต่ต้องใช้ฮาร์ดแวร์เพิ่มเติมในแอพพลิเคชั่นที่มีกล้องหลายตัว โดยปกติแล้ว แอปพลิเคชันเหล่านี้ต้องการสวิตช์อีเธอร์เน็ตเฉพาะหรือการ์ดอินเทอร์เฟซเครือข่าย (NIC) เพิ่มเติมเพื่อรองรับสตรีมข้อมูลหลายรายการ การเพิ่มอุปกรณ์เหล่านี้ในเส้นทางข้อมูลวิดีโออาจส่งผลต่อปริมาณงานและเวลาแฝงระหว่างกล้องและโฮสต์

นอกจากนี้ เทคโนโลยี GMSL ของ Analog Devices ยังใช้วิธีการเชื่อมต่อแบบอนุกรมแบบจุดต่อจุด ซึ่งเป็นโซลูชันที่มีประสิทธิภาพสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องใช้กล้องหลายตัวโดยมีเวลาแฝงน้อยที่สุด กล้อง GMSL เดิมได้รับการออกแบบมาเพื่อการใช้งานในยานยนต์ แต่เป็นทางเลือกแทนกล้องที่ใช้อีเทอร์เน็ต กล้อง GMSL ได้ถูกนำไปใช้สำหรับการใช้งานนอกอุตสาหกรรมยานยนต์มากขึ้น

ในแอปพลิเคชันที่ใช้ GMSL กล้อง GMSL ขนาดกะทัดรัดหลายตัวสามารถเชื่อมต่อกับโฮสต์ GMSL เดียวได้ โดยไม่กระทบต่อปริมาณงานหรือเวลาแฝง โดยมีเงื่อนไขว่าระบบโฮสต์บนชิป (SoC) รองรับแบนด์วิดท์เต็มรูปแบบของกล้องทั้งหมด (รูปที่ 2)

แผนผังแอปพลิเคชันกล้องหลายตัว GMSL
รูปที่ 2: แอปพลิเคชันกล้องหลายตัว GMSL สามารถใช้กล้องธรรมดา (ซ้าย) โดยกล้องแต่ละตัวเชื่อมต่อผ่านลิงก์ GMSL อิสระและรวมเข้ากับโฮสต์เดียวในท้ายที่สุด (ขวา) (แหล่งรูปภาพ: Analog Devices, Inc.)

โดยทั่วไป กล้องที่ใช้ GMSL จะใช้สายโซ่สัญญาณแบบง่าย รวมถึงเซ็นเซอร์ภาพและซีเรียลไลเซอร์ GMSL ซีเควนเซอร์ GMSL รองรับอินเทอร์เฟซเซ็นเซอร์มาตรฐาน 2 แบบ:

อุปกรณ์ GMSL (GMSL1) รุ่นแรกรองรับอินเทอร์เฟซการส่งสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลแรงดันต่ำ (LVDS) แบบขนาน
อุปกรณ์ GMSL (GMSL2) รุ่นที่สองและรุ่นที่สาม (GMSL3) รองรับมาตรฐาน Mobile Industrial Processor Interface (MIPI) ยอดนิยม ทำให้กล้อง GMSL สามารถใช้เซ็นเซอร์ภาพชั้นนำได้หลากหลาย
ในการใช้งานส่วนใหญ่ ข้อมูลดิบจากเซนเซอร์ภาพจะถูกทำให้เป็นอนุกรมและส่งในรูปแบบดั้งเดิมผ่านลิงก์ GMSL เนื่องจากไม่มีโปรเซสเซอร์และส่วนประกอบสนับสนุนอื่นๆ การออกแบบและการผลิตกล้อง GMSL จึงง่ายกว่า พวกเขายังมอบโซลูชันที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นสำหรับการใช้งานที่ต้องใช้รูปทรงกล้องคอมแพ็คและใช้พลังงานต่ำ

โฮสต์ที่เชื่อมโยง GMSL มักจะเป็นระบบฝังตัวแบบกำหนดเองที่รวมเอาฮาร์ดแวร์ดีซีเรียลไลเซอร์ตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปเข้าด้วยกัน การรันโค้ดสองสามบรรทัดบนโฮสต์มักจะเพียงพอที่จะเข้าถึงตัวดีซีเรียลไลเซอร์ฮาร์ดแวร์เหล่านี้และดึงข้อมูลได้ หากมีไดรเวอร์สำหรับเซ็นเซอร์ภาพ นักพัฒนาจะต้องตั้งค่ารีจิสเตอร์ที่เหมาะสมเพื่ออ่านสตรีมวิดีโอจากกล้องเท่านั้น ชุดประเมินอุปกรณ์ GMSL ของ Analog Devices ประกอบด้วยซอฟต์แวร์ที่จำเป็นสำหรับการเข้าถึงอุปกรณ์เหล่านี้และสำรวจฟังก์ชันการทำงาน เพื่อให้ได้รับการสนับสนุนมากขึ้นสำหรับการพัฒนา GMSL นั้น Analog Devices จึงจัดให้มีไลบรารีซอฟต์แวร์โอเพ่นซอร์สสำหรับเทคโนโลยี GMSL