USB 3.0. Возможности и сложности  

05.09.2013

05.09.2013

Специалисты «КБ ВиТА» в течение 2012-2013 года вели плотную работу с тех. поддержкой известного производителя микросхем USB интерфейса Cypress Semiconductor (Bangalore, India). Ещё в 2012 году «КБ ВиТА» разработало и приступило к выпуску камер USB 3.0 на сенсоре фирмы Aptina разрешением 3 млн. пикселей при частоте кадров 20 Гц. В качестве «сердца» камеры был задействован высокопроизводительный чип Cypress FX3, который позволяет обеспечить аппаратный захват потока данных с сенсора на скорости более 200 Мбайт/с и передать их в персональный компьютер (структура чипа приведена на рисунке).

USB 3.0 — это высокоскоростной интерфейс, позволяющий передавать с видеосенсора огромный поток данных, до 400 Мбайт/с. Коллектив «КБ ВиТА» провёл собственные исследования и подтвердил, что в режиме потоковой передачи данных чип действительно справляется и обеспечивает передачу, близкую к заявленной. Но когда разработчики перешли от демонстрационного макета к изготовленной камере, возникло множество сложностей, которые в первую очередь обусловлены малой распространённостью интерфейса и большом количеством вариантов его реализации на материнских платах персональных компьютеров.

Вот только некоторые из возникших сложностей, которые пришлось преодолеть:

• при предъявлении требования передачи данных равномерно поступающего потока, которым является поток от видеосенсора, невозможно достижение пиковой скорости в 300-400Мбайт/с. Это, в первую очередь, связано с реализацией драйвера USB 3.0 контроллера персонального компьютера, а также драйвера чипа FX3, которые обязаны регулярно забирать данные из приемного буфера. Если регулярность нарушается, возникает вероятность потери данных. Требуется очень корректная реализация буферов, порядка их заполнения и передачи для достижения больших скоростей. Предложения «КБ ВиТА» были учтены в последней версии SDK FX3 Cypress выпуска 2013 года, равномерность и объем передаваемых данных существенно выросли.
• производя проверку разработанной камеры, специалисты с удивлением обнаружили проблему несовместимости чипа FX3 с некоторыми массово выпускаемыми контроллерами USB3.0, такими как Ethron или Asmedia. Одним из немногих контроллеров, который поддерживается как во встраиваемом, так и в дискретном (в виде платы расширения) варианте оказался Intel и Renesas. Для проведения исследований «КБ ВиТА» предоставил разработанный экземпляр камеры индийскому подразделению Cypress Semiconductor. Результатом дальнейшей совместной работы специалистов стало добавление в SDK FX3 2013 поддержки контроллеров Ethron, работа с другими контроллерами продолжается.
• в новом чипе FX3 работает полноценная операционная система, компилированная версия которой уже не помещается в небольших flash чипах I2C памяти. В последних версиях камер специалисты заменили I2C память на более ёмкую с SPI интерфейсом.
• объём поступающей информации настолько велик, что его невозможно сохранять в течение длительного времени, а его обработка в реальном масштабе времени ставит перед программистами нетривиальные, но решаемые задачи.

Интерфейс USB 3.0 ещё молодой, и, обладая колоссальными возможностями в части своей универсальности и пропускной способности, всё же ещё заставляет разработчиков, производителей и пользователей плотно взаимодействовать в части совместной работы.

«КБ ВиТА» является одной из немногих фирм на российском рынке производителей видеокамер технического зрения с интерфейсом USB3.0. Большое количество проведенной работы и накопленный опыт позволяет гибко подходить к каждой новой задаче. Рынок технического зрения с применением USB 3.0 камер, где требуется высокое разрешение и/или частота кадров, растёт, требования ужесточаются, меняются. Мы всегда готовы обсудить возможность изготовления камер и устройств с высокоскоростным интерфейсом USB 3.0 под ваши требования. Дополнительная информация по поставке камер USB 3.0, возможности сотрудничества, разработке доступна по запросу в наш офис.