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CameraLink HS

Die Geschichte von CameraLink HS ist schon relativ alt, auch wenn der Standard noch jung ist. Nachdem »classic« CameraLink ein etablierter Standard mit einer breiten Produktpalette war und ist, war man auf der Suche nach einer weiteren, neuen Schnittstelle, die das Bedürfnis nach immer höheren Bandbreiten bei gleichbleibenden oder geringeren Kosten befriedigt.

Nach langer Suche nach der optimalen technischen Lösung durch ein Gremium führender Frame Grabber-Hersteller lieferte Teledyne DALSA mit seiner HS-Link-Technologie den ersten »Proof of Concept«, der - in Form eines Produktes - zeigen sollte, dass eines der vorgeschlagenen Konzepte funktionierte. Man entschied sich dafür, Komponenten aus der Highspeed-Netzwerktechnologie einzusetzen, um so Bandbreiten von 300 MB/s mit einem einzelnen Link, im CameraLink-HS-Fachjargon »Lane« genannt, bzw. bis zu 6 GB/s mit bis zu 20 Lanes zu realisieren.

Ein CameraLink HS Core kann komplett im FPGA integriert werden. Ein kostengünstiges, sofort verfügbares IP Core für Entwickler steht zur Verfügung.

Durch die Anpassung des Linklayer-Protokolls und die Einführung von speziellen Keycodes wurde außerdem besonderes Augenmerk auf die Trigger-Fähigkeiten der Schnittstelle gelegt. Mit einem extrem niedrigen Jitter von nur 3,2 ns, mit dem Trigger vom Frame Grabber an die Kamera geschickt werden können, ist CameraLink HS auch für Zeilenkameraapplikationen hervorragend geeignet, bei denen hohe TriggerFrequenzen auftreten können, die mit geringem Jitter übertragen werden müssen.

Um die Integrität der Daten zu gewährleisten, sieht CameraLink HS neben einer Prüfsumme einen Resend-Mechanismus vor, der in Hardware bzw. im FPGA implementiert ist und der dadurch ohne zusätzlichen Speicher in der Kamera auskommt. Somit steht eine kostengünstige Lö- sung zur Verfügung, die weniger Resourcen in der Kamera benötigt und so kleinere Kameras gebaut werden können, da das Interface weniger Platz benötigt.

Die Kameras liefern bei CameraLink HS wie auch bei CoaXPress eine GenICam GenApi XML Device-Beschreibung. Allerdings ist diese DeviceBeschreibung anders als bei CoaXPress für den Anwender nicht »sichtbar«, da CameraLink HS keinen GenICam GenTL verwendet. Das bedeutet, dass die Softwareschnittstelle für die Konfiguration der Kamera über die Frame Grabber-Schnittstelle erfolgt. Die Nutzung des GenTLTreibers für den Frame Grabber kann hier mögliche Probleme verhindern.

Funktionsdiagramm CameraLink HS

Aufgrund des extrem hohen Datendurchsatzes eignet sich CameraLink HS besonders für die Datenweiterleitung. Die verwendeten Überträger auf der Empfängerseite im Frame Grabber sind mit relativ geringem Aufwand in der Lage, die Daten durchzuschleifen. So ist es möglich, die Daten von einer Quelle an mehrere Frame Grabber zu leiten, um so entweder die Rechenleistung über mehrere Rechner zu erhöhen oder auch um ein ausfallsicheres System zu realisieren.

Die Bandbreite eines einzelnen CameraLink HS Links, der über ein Adernpaar geführt wird, hängt von der verwendeten Technologie ab. Damit ergibt sich die maximale Bandbreite einer Verbindung zwischen Frame Grabber und Kamera aus der spezifizierten Bitrate und der Anzahl der zur Verfügung stehenden Daten-Lanes. In der ersten Ausbaustufe mit 4 Links verwendet CameraLink HS ein sogenanntes passives CX4-Kabel mit einer Länge von bis zu 20 Metern. Allerdings kann man sich hier in Zukunft eine Reihe anderer Lösungen vorstellen. Zum Zeitpunkt der Drucklegung ist es beispielsweise noch sehr schwierig, flexible Kabellösungen zu realisieren. Der Standard definiert weiter die Verwendung von Glasfaserkabeln, die Kabellängen von mehreren hundert Metern ermöglichen. Um den Low-End-Bereich abzudecken, ist auch geplant, ein CameraLink-HS-Interface mit nur einer Leitung anzubieten. Auch die Integration der Spannungsversorgung ist theoretisch möglich, derzeit aber noch nicht verfügbar.

Um die Kompatibilität bzw. die Features der verschiedenen Ausbaustufen eines CameraLink-HS-Produktes zu dokumentieren, gibt es für jedes Produkt einen »CLHS Capability Designator«, der sich wie folgt zusammensetzt:

Kompatibilitätsbezeichnung (Capability Designator): A-B, CDE|CDE, F

Feld Erklärung Kurzbeschreibung
A Anzahl der Stecker für die Bildübertragung QuantityConnector
B Steckertyp ConnectorType
C Max. Anzahl von Datenleitungen im Kabel #DataLanes
D Protokollart Link Protocol
E Anzahl der Befehlskanäle #CommandChannels
F Bit-Übertragungsrate Transfer Speed

Also z.B. »C2, 7M1, S3« beschreibt folgendes:

Erstes Feld leer Wenn das erste Feld leer ist, ist ein einzelner Steckervorgesehen
»C2« Der Steckertyp ist Kupfer, SFF-8470 mit Rändelschrauben
»7« Unterstützt bis zu 7 Datenleitungen
»M« Das Protokoll ist Multi Camera, Multi Lane
»1« Unterstützt einen Befehlskanal
»S3« Bitrate ist 3.125 Gb/s (Kann leer bleiben, wenn 3.125 Gb/s dieStandardrate des Steckers ist.)

CameraLink HS ist unter dem Dach der AIA (Automated Imaging Association) aufgehängt, wobei der Standard wie auch CoaXPress von dem Konsortium G3 aus AIA, EMVA und JIIA angenommen wurde. Weiterführende Informationen sind unter http://www.machinevisiononline. org zu finden.