友思特技术

轻松飞跃：20GigE高速采集，零负担与实时性的双重保障

前言导读 2024.5.15

高速传输与实时处理需求伴随数据量庞大的工业视觉检测生产应用而不断发展。友思特 GigE-Vision 系列图像采集卡可同时保证CPU低负载和实时高效图像处理，基于FPGA的并行处理能力，大幅提升系统性能。

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GigE Vision 与 GVSP

随着工业视觉检测系统的传输速率从1G、2.5G、5G、10G、50G、100G迈进，实际应用对数据传输的要求随之越来越高。保障机器视觉设备无丢帧传输数据以及稳定运行，达到低延迟传输，高实时性图像处理，以满足带宽密集型应用日益增长的需求变得越来越重要。

GVSP 是当前标准中普遍使用的以太网流传输协议。流由多个帧（或图像）组成，每个帧由一个前导数据包、多个图像（或有效负载）数据包和一个尾部数据包组成。

GVSP 所有数据包都遵循 UDP 以太网协议，这是一种无连接的协议，发送设备和接收设备之间不需要握手。相机只发送数据包并让接收器完成将数据放入目标缓冲区的工作，并不对接收的数据进行确认。作为一个无连接的协议，它无需额外的网络开销，因此能够实现最佳的网络性能，并且支持多播等高级功能。然而，这也要求接收器的设计必须精准无误，以避免数据丢失，因此高质量的接收器需要具有优异的性能，同时保持最低的延迟和抖动。

如上图传统的 GVSP 协议，在软件中使用包头拆分，从 GVSP 数据包中剥离包头，并将有效负载数据包中的图像数据放入连续的内存缓冲区中。这个过程不仅增加了 CPU 的负载，还使得系统内存带宽使用量增加了3倍，一旦系统内存不够时，新传输的图像无法被接收，则会导致丢包问题。

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优化后的 GigE Vision 与 GVSP

优化的 GVSP 在 NIC 和其他处理设备可用的硬件中进行包头拆分，目前常采用的方法有通过GPU直连方式和采用板载 FPGA 进行包头拆分。友思特HawkEye 20GigE系列板卡提供专门解析 GigE Vision+GVSP 的 FPGA 处理卡，当前端相机传输的数据包到达时，采集卡上的硬件 IP 会进行实时解析，将采集图像直接上送到主机内存，这种方式不仅实现了无丢帧采集，还大大降低了 CPU 的占用率。

分辨率为 1280 × 1436、帧率达 500 FPS、带宽接近 7Gbps 的图像传输过程中，HawkEye 20GigE 采集卡对 CPU 的占用率仅提高1%，对于需要进行大量数据处理用户来说，HawkEye 20GigE 是优秀选择。

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友思特 方案产品套装介绍

友思特 GigE-Vision 图像采集卡

友思特 GigE-Vision 帧采集和实时图像处理系列提供多种类型采集卡，包括 2 x 10 GigE HawkEye 系列、70 GigE Proc10A 系列、400 GigE Proc10S 系列和 800 GigE Proc10N/M 系列。其高级功能保证100%的帧采集，消耗几乎为0的主机CPU处理。同时支持链路聚合、块数据传输、ROI采集和全面的系统I/O功能。
此外，通过 PCIe Gen.3 × 8 的直接内存访问技术，我们可以实现超高速的数据传输，进一步减轻CPU的负担。对于那些对实时性要求极高的应用，采集卡开放了板载FPGA的资源，允许用户将自己的IP移植到板卡上，从而构建自定义的视觉处理流程和图像处理算法。相较于传统的在主机端进行处理的方式，FPGA的并行处理能力可以大幅提升系统的实时响应速度。
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