友思特方案
解码工业视觉设备“零拷贝”传输
前言导读
在高速线扫、3D结构光等场景中,图像数据量大、传输帧频高、传统 GigE Vision 传输存在 CPU占用率高、延迟大、丢包风险增加的痛点。目前可通过FPGA硬件解包（如友思特 HawkEye-20GEV 采集卡）或GigE Vision3.0引入的 RoCE v2 技术解决。
为什么“传图”成为了工业视觉的瓶颈之一？
在高速线扫、3D结构光、多相机同步等场景中，一张图像可能大于百兆，一秒可能传几百帧甚至更多。传统GigE Vision传输路径中，数据每一步都在进行拷贝、中断、校验、上下文切换，CPU占用率轻松飙到80%+，延迟ms级，丢包风险增加。导致CPU成了“搬运工”，而不是“计算官”。
为解决这一痛点问题，有的直接通过FPGA硬件完成数据解包，释放CPU，如友思特HawkEye-20GEV采集卡。而GigE Vision3.0新标准制定中引入了一种新的基于融合以太网的远程直接内存访问（RoCE v2）技术，提供高达400 Gbps及以上的高效图像流！RoCEv2具有低CPU 利用率、高吞吐量和低延迟等显著优势。极大提升GigE Vision在工业成像领域中对效率、速度和可靠性的突破。
而数据传输用到的DMA、RDMA、RoCE v2技术，这些你真的能分清吗？
DMA
（1）无DMA网卡
在没有 DMA 的场景下，相机数据传输至内存需经过 CPU 全程 “中转”，具体流程如下：
1. 相机通过PCIe总线向CPU发送“数据请求”信号；
2. CPU暂停当前检测算法等核心任务，向内存控制器发送“读取指令”；
3. 内存控制器将数据从内存缓冲区复制到自身寄存器，并向CPU发送“数据就绪”中断；
4. CPU收到中断后，再次暂停核心任务，将寄存器中的数据逐字节拷贝到内核缓冲区，再拷贝到采集卡存储空间；
5. 数据传输完成后, CPU才能恢复核心任务。
（2）有DMA网卡
DMA（Direct Memory Access, 直接内存访问）技术通过在采集卡中集成DMA控制器，实现了“外设 – 内存”直接数据传输，CPU仅需参与“启动”和“结束” 两个环节：
1. 应用程序（如视觉检测软件）向CPU发送“数据采集指令”；
2. CPU向采集卡的DMA控制器下发“传输参数”（如内存地址、数据长度），随后立即返回核心任务；
3. DMA控制器自主与内存控制器通信，将相机数据直接写入指定内存地址；
4. 传输完成后，DMA控制器向CPU发送 “完成中断”，CPU仅需记录传输状态，无需参与数据搬运。
简单理解就是，将外设和内存之间的数据搬运的工作全部交给DMA控制器，而CPU不再参与任何与数据搬运相关的事情，这样CPU就可以去处理别的事务。
RDMA
RDMA（Remote Direct Memory Access，远程直接内存访问）是在DMA基础上的“跨设备升级”，核心作用是实现两台设备（如工业相机与主机）之间的直接内存访问，全程无需CPU参与数据传输
（1）传统以太网
一个网络数据包经由应用程序产生，进入到协议栈中进行各种报文头的包装，然后操作系统调用网卡驱动程序指挥硬件，把数据发送到对端主机。用户空间（应用程序）和内核空间（操作系统）实际上使用的是同一块物理内存，但是处于安全考虑，Linux会将内存划分为用户空间和内核空间。用户层没有权限访问和修改内核空间的内存内容。
上述过程中的关键点是需要CPU参与的把数据从用户空间拷贝到内核空间，以及同样需要CPU全程参与的数据包组装和解析，数据量大的情况下，将对CPU将造成很大的负担。
（2）RDMA
RDMA是一种主机旁通/卸载技术，允许应用程序(包括存储)在它们的内存空间之间直接进行数据传输，完全不需要CPU的参与。
同样是把本端内存中的一段数据，复制到对端内存中，在使用了RDMA技术时，两端的CPU几乎不用参与数据传输过程（只参与控制层面路径建立）。本端的网卡直接从内存的用户空间DMA拷贝数据到内部存储空间，然后硬件进行各层报文的组装后，通过物理链路发送到对端网卡。对端的RDMA网卡收到数据后，剥离各层报文头和校验码，通过DMA将数据直接拷贝到用户空间内存中。
除了RDMA这项技术外，友思特HawkEye-20GEV采集卡也通过在板卡FPGA硬件上进行各层报文的组装，实现零拷贝数据传输。
RDMA
RDMA本身指的是一种技术，具体协议层面，包含Infiniband（IB），RDMA over Converged Ethernet（RoCE）和internet Wide Area RDMA Protocol（iWARP）。其中，RoCE v2是专为以太网场景设计的RDMA协议，也是GigE Vision 3.0标准的核心选择。
RoCEv2运行在UDP/IP协议栈之上，在确保以太网网络内的无缝集成和兼容性的同时增强整体功能。GigE Vision 3.0中引入该项技术，并非作为当前2.2版的替代品，而是进一步提供技术补充。RoCEv2可提供更高的速度和更小延迟，显著提升整体系统的性能，同时保留现有的各项功能。
GigE Vision 3.0中引入RoCEv2的主要优势
• 低CPU利用率：释放系统资源用于处理其它任务，提升整个系统性能。
• 低延迟，极大提高系统的响应能力。
• 可扩展的吞吐量：RoCEv2 NIC 提供一系列物理链路，范围从 10Gbps 到 400Gbps。
• 增强高吞吐量的可靠性：RoCEv2通过将错误校验和恢复任务委托给专用硬件来完成，可确保更流畅、更一致的数据传输。
• 兼容性和互作性：保留了当前的GigE Vision控制协议，确保无缝过渡。
友思特HawkEye 20GEV采集卡、嵌入式GigE Vision接口、10GigE转雷电口等系列产品，都具备几乎零CPU卸载数据能力，实现数据不丢帧卸载和高速稳定传输。
友思特 方案产品套装介绍
HawkEye 20GEV 采集卡
外置式图像采集卡
