DSP結合PRU 機器視覺系統擴充性大增

作者: 蘇宇庭
2014 年 04 月 14 日

機器視覺(Machine Vision)系統配置將可更加靈活。由於工業控制環境須支援多種複雜的通訊協議,因此為了讓機器視覺系統可彈性擴充,以支援不同類型的通訊介面,德州儀器(TI)研發出可編程即時元件(Programmable Real-time Unit, PRU)整合數位訊號處理器(DSP)的新方案,藉此建立完善的可編程環境,提高機器視覺系統的設計彈性。



德州儀器半導體行銷應用協理暨資深科技委員會委員鄭曜庭表示,整合可編程即時元件的DSP方案,將可大幅提升機器視覺系統的設計彈性,讓影像運算及工業通訊介面的支援更為到位。



德州儀器半導體行銷應用協理暨資深科技委員會委員鄭曜庭表示,瞄準機器視覺運算商機,各類嵌入式處理器供應商正積極展開布局;而在各種嵌入式處理器中,又以內建DSP的系統單晶片(SoC)方案,最適合用來設計機器視覺系統。


鄭曜庭進一步分析,以微控制器(MCU)為例,雖然安謀國際(ARM)Cortex-M4架構已經內建浮點運算單元(FPU),不過Cortex-M4 MCU仍只能實現低階影像訊號處理,如指紋辨識影像分析,因此並不適用於要求高精準度影像運算的工業控制領域;而以傳統x86架構開發而成的工業電腦(Industrial PC, IPC)平台,雖然開發環境、生態系統、軟硬體支援等都較為成熟,但x86 IPC對於機器視覺運算系統而言,功耗及成本負擔始終是個疑慮。相較而言,DSP在性能及成本考量上都較為適宜,不論是單顆DSP,抑或是內嵌多核心DSP及CPU的SoC方案,皆適於用來設計機器視覺的主、次系統。


除看重影像訊號分析及處理效能外,嵌入式處理器亦須盡可能支援各種工業用通訊介面。鄭曜庭指出,智慧型嵌入式系統最主要的構成要件有「3C」,也就是運算(Computing)、連結(Connectivity)和雲端(Cloud),三者缺一不可;而有鑑於工控領域須應付多種工規等級的複雜通訊協定,如EtherCAT、EtherNet/IP、CC-Link IE、MECHATROLINK、Modbus TCP、PROFINET或是PowerLink等,因此通訊連結的支援更是機器視覺系統的重要開發挑戰。


為了避免因同時支援所有通訊周邊,導致DSP元件尺寸過大、功耗及成本過高, DSP廠商通常會選擇開發支援不同通訊介面的多種組合方案;不過,如此一來,機器視覺系統的開發彈性也就相應受限,許多系統開發商也因而轉用設計彈性較高的現場可編程閘陣列(FPGA)方案。


有鑑於此,德州儀器便在DSP SoC中,加入PRU區塊,用以補足處理器未能提供的通訊輸入/輸出(I/O)接腳。鄭曜庭指出,PRU的高彈性有助於開發人員在終端產品中整合更多的通訊介面,更重要的是,整合PRU的DSP能提高系統開發商的設計彈性,讓DSP在通訊介面的支援上得以媲美FPGA方案。


據了解,為了應付低階到高階的機器視覺系統設計,德州儀器在整合DSP的SoC產品線上亦多方布局,如在KeyStone系列中,其單一SoC上最多可整合八顆DSP以及二顆PRU,外加四個ARM架構的中央處理器(CPU),用以滿足高階機器視覺運算,並提供高擴展性的編程環境。


鄭曜庭認為,目前在工業自動化產線上,除了應用較為成熟的機器手臂之外,影像的分析、運算與處理也漸漸成為工廠智慧自動化應用中不可或缺的要素,包括自動光學檢測(Automatic Optical Inspection, AOI)、嵌入式機器視覺等系統皆深具應用潛力,尤其是機器視覺運算未來將可大幅簡化生產線上的工作流程。

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