CoaXPress-over-Fiber 是什么?

CoaXPress-over-Fiber 是对现有 CoaXPress 规范进行的较少但却很重要的扩展,旨在支持光纤传输。CoaXPress (CXP) 是高带宽计算机视觉应用的实际标准。CoaXPress 2.0 是该规范的最新版本,它指定了 CXP-12 速度,即同轴铜缆上的 12.5 Gbps(千兆位每秒)链路。由于链路聚合在 CoaXPress 中很常见,因此四条 CXP-12 链路可以轻松实现 50 Gbps (12.5 x 4) 的带宽。CoaXPress 规范由 JIIA(日本工业成像协会,网址为)主持。CoaXPress-over-Fiber 是 CoaXPress 2.0 规范的附加部分。它提供了一种通过标准以太网连接(包括光纤)运行未经修改的 CoaXPress 协议的方法。因此,CoaXPress-over-Fiber 使用为以太网设计的标准电子设备、连接器和电缆,但所采用的协议既不是以太网,也不是 GigE Vision,而是 CoaXPress。
EuresysSensor to Image 早在 2018 年就开始开发和演示 CoaXPress-over-Fiber。自 2020 年初以来,Euresys 和 CoaXPress 工作组(涵盖大多数主要的视觉制造商)一直在 JIIA 内部对作为 CoaXPress 标准附加部分的这一规范进行审查。
 


使用以太网连接有何优势?

通过以太网连接,CoaXPress-over-Fiber 将受益于专为以太网设计的低成本标准设备(例如连接器和电缆)。以太网由 IEEE 802.3 标准定义;通过利用这些标准,CoaXPress-over-Fiber 还将从以太网向更高带宽的不断演进中受益

 

使用光纤有何优缺点?

优点

  • 首先,由于光纤连接长度基本上不受限制,因此电缆长度不再是问题。
  • 光纤提供更高的带宽,因为如今每条光纤的标准连接速度为 10 Gbps 和 25 Gbps,并且在数据中心得到广泛使用。
  • 光纤不受电噪声的影响,对于生产车间和某些医疗应用而言,这将是一大重要优势。
  • 光纤比同等的铜缆更轻便、小巧,很适合于必须具备这一特征的应用,例如飞机或车辆。
 

缺点

不能«通过光纤传送电能»。由于光纤中的信号通过光传输,因此无法通过光纤传送电能,诸如相机等设备必须单独供电。

 

CoaXPress-over-Fiber 对相机制造商有何意义?

由于 CoaXPress-over-Fiber 是 CoaXPress 标准的附加部分,因此现有 CoaXPress 相机无需进行任何重大的重新开发,也无需测试新协议,就能相对容易地升级到 CoaXPress-over-Fiber。
CoaXPress 相机中已经使用的 FPGA 涵盖许多用于支持以太网标准的功能。  IEEE 标准 802.3 第 46 条中定义的 10 Gbps 介质无关接口 (XGMII) 是对 10G 以太网物理层的主要访问渠道。该接口具有通用性,有助于将 CoaXPress 信令映射到 PCS/PMA 以太网子层。使用 XGMII 时,CoaXPress 还可以通过 IEEE 标准 802.3 第 106 条中定义的 25 Gbps 介质无关接口 (25GMII) 支持更高带宽。25GMII 与 XGMII 的逻辑相同,但它的速度比 XGMII 更快。
Euresys 旗下的 Sensor to Image 已提供 CXP 到 XGMII 和 XGMII 到 CXP 的 IP 核来用于评估。
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CoaXPress-over-Fiber 的带宽是多少?

在 CoaXPress-over-Fiber 的初始配置中,单个 QSFP+ 模块上的带宽为 4 x 10 Gbps,每个相机的总带宽为 40 Gbps。这表示净带宽与通过四根同轴铜缆连接的四条 CXP-12 链路完全相同。但 CoaXPress-over-Fiber 存在明确升级路径,例如使用 QSFP28 模块升级到 4 x 25 Gbps = 100 Gbps,使用 QSFP56 模块升级到 4 x 50 Gbps = 200 Gbps
 
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CoaXPress-over-Fiber 对最终用户有何意义?

通过以太网连接,CoaXPress-over-Fiber 将受益于专为以太网设计的低成本标准设备(例如连接器和电缆),以太网向更高带宽不断演化也将让它受益。最终用户届时将拥有满足未来对高分辨率成像以及更高检查速度和可靠性需求的产品。

 

CoaXPress-over-Fiber 有哪些电缆选择?最大电缆长度是多少? 

CoaXPress-over-Fiber 最重要的优势之一,就是多家公司已提供多种连接选择。10 Gbps CoaXPress-over-Fiber 的初始连接选择有 SFP+ 和 QSFP+(Quad 或四倍 SFP+)模块。 
相较于固定接口,使用模块的优势在于可以根据应用要求为端口配备任何合适类型的收发器。由于可以使用的发送器和接收器类型多样,因此用户可以选择合适的收发器,通过多模或单模光纤提供所需的光学范围。
 
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安装了 AOC(有源光缆)收发器的 Euresys Coaxlink QSFP+
 
第一种选择是对多模光纤使用 40GBASE-SR4 QSFP+ 光学收发器模块。它使用 MTP/MPO 光纤连接器,光纤电缆最长可达 150 米。这种解决方案适合于机器视觉应用。
 
 
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用于 MMF MTP/MPO 光纤连接器的 40GBASE-SR4 QSFP+ 850nm 150m
MTP/MPO 光纤收发器模块,光纤电缆最长可达 150 米
 

第二种选择是对单模光纤使用 40GBASE-ER4 QSFP+ LC DOM 光收发器模块。它使用 LC 双工光纤连接器,光纤电缆最长可达 40 公里。这种解决方案适合于视频传输应用等。
 
 
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用于 SMF LC 双工光纤连接器的 40GBASE-ER4 QSFP+ 1310nm 40km LC DOM
光纤收发器模块,光纤电缆最长可达 40 公里
 
也可以使用可分支的有源光纤电缆。它们一侧有 40G QSFP+ 收发器(用于采集卡),另一侧有四个 10G SFP+ 收发器(用于四台相机)。
这些解决方案面向未来,因为目前已有速度更高的选择。SFP28 迭代设计用于 25 Gbps 的速度。QSFP28 (Quad SFP28) 的变体支持的速度高达 100 Gbps。QSFP56 早在 2019 年就已标准化,主要供应商已经在售的产品将最高速度提高一倍,达到 200 Gbps。当然也有较为便宜的适配器,用于将 SFP 收发器插入 QSFP 端口。
 
 

使用 CoaXPress-over-Fiber 有何益处?

  • 超高数据/帧率
  • 许多附件和电缆方案可满足任何长度要求
  • CPU 开销低,延迟低,图像采集抖动程度低
  • 就 PC 性能而言,支持的相机数量最多
  • 极具竞争力的性价比
  • 由于 JIIA 和 IEEE 标准化,得到了业界的广泛认可

 

CoaXPress-over-Fiber 的抖动和延迟是多少? 
它们与«传统» CoaXPress 相比如何? 

CoaXPress-over-Fiber 基于 CoaXPress 协议,在抖动和延迟方面,其性能与 CoaXPress 一样高。另外,CoaXPress-over-Fiber 比 CoaXPress 支持的传输速度更高,因此这些版本中的抖动和延迟将得到进一步改善。

 

CoaXPress 和 CoaXPress-over-Fiber 与其他视觉接口相比总体表现如何? 

CoaXPress 之所以成功,是因为它独特地融合了以下优点:
  • 高带宽
  • 低延迟(包括触发延迟)
  • 高度稳定/可靠
CoaXPress-over-Fiber 就是 CoaXPress,它将继续保持优势并获得进一步发展。

 

CoaXPress 和 CoaXPress-over-Fiber 与 GigE Vision 相比如何?

 

在图像传输带宽方面

CoaXPress 和 CoaXPress-over-Fiber 轻松支持链接聚合,大多数 CoaXPress 相机当前使用两条或四条链路。同样,CoaXPress 采集卡为每张卡提供 1 至 8 路连接。  CoaXPress-over-Fiber 的初始配置为 4 x 10 Gbps,总共 40 Gbps(与四条 CXP-12 链路的净带宽相同)。
它具有这些明确升级路径:8 x 10 Gbps = 80 Gbps,4 x 25 Gbps = 100 Gbps,4 x 50 Gbps = 200 Gbps。
相反,使用 GigE Vision 难以进行链路聚合,大多数 GigE Vision 相机仅使用一条链接。
 

在图像采集稳定性方面

CoaXPress 协议的数据包管理更为简单。它由采集卡或接口卡使用专门的硬件完成,无需加载主机 CPU,即可确保低延迟和稳定的图像采集。
相反,GigE Vision 应用程序使用标准网络接口卡 (NIC),由驱动程序完成数据包管理,由此会显著加载主机 CPU。
总体而言,CoaXPress 无需加载主机 CPU,就能提供更稳定、更可靠的图像传输。
在速度更高的情况下更是如此。

 

支持哪些操作系统?

CoaXPress-over-Fiber 独立于任何操作系统。到目前为止,CoaXPress 采集卡支持 Windows、Linux、macOS 和/或专用的嵌入式操作系统。 



CoaXPress-over-Fiber 相机可以与 GenICam 兼容软件一起使用吗? 

可以。CoaXPress-over-Fiber 是 CoaXPress 的附加部分,它们都涵盖对 GenICam 的强制性支持。

 

CoaXPress-over-Fiber 标准的状态如何?

截至 2020 年 10 月
Euresys 和 Sensor to Image 早在 2018 年就开始开发和演示 CoaXPress-over-Fiber。自 2020 年初以来,Euresys 和 CoaXPress 工作组(涵盖大多数主要的视觉制造商)一直在 JIIA 内部对作为 CoaXPress 标准附加部分的这一规范进行审查。
未来几个月内有望发布最终规范。
同时,JIIA 于 2020 年 1 月发布了《CoaXPress 的光纤接口指南》,其中详细介绍了 CoaXPress 的光纤连接器选项。

 

现在推出了哪些 CoaXPress-over-Fiber 产品?

截至 2020 年 10 月
CoaXPress-over-Fiber 标准尚未获得正式批准。但可以使用以下产品进行评估:
  • Euresys 为相机制造商提供 Coaxlink QSFP+,这是一款带有 QSFP+ 罩壳的 CoaXPress-      over-Fiber PCIe 采集卡,提供四条双向 10 Gbps 链路。
  • Sensor to Image 为相机制造商提供 CoaXPress-over-Fiber 桥接 IP 核

Coaxlink QSFP+

基本特性

四路 CoaXPress-over-Fiber 采集卡

特性一览
  • 1 个符合 40 Gbps 光学模块要求的 QSFP+ 端口
  • 5,000 MB/s 相机带宽
  • PCIe 3.0 (Gen 3) x8 总线:6,700 MB/s 总线带宽
  • 特征丰富的 20 条数字 I/O 线
  • 丰富的相机控制功能
  • Memento 事件日志工具

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