Der Aufstieg der ARM-Plattform

Product / 09.2017


INDUSTRIELLE MACHINE-VISION-ANWENDUNGEN JETZT MIT EINGEBETTETEN ARM-COMPUTERPLATTFORMEN

Pellenc, ein führender Hersteller von Landmaschinen, verwendet auf seiner Traubenerntemaschine Quadcore ARM-Prozessoren für Machine-Vision-Anwendungen.
Im letzten Jahrzehnt hat sich die eingebettete ARM-Computerplattform bei Smartphones und anderen Anwendungen durchgesetzt, da sie vor allem Kosten, Energieverbrauch, Größe und Gewicht gering hält.
Im gleichen Zeitraum setzten PCs bei der Prozessorleistung vorrangig auf Intel-Architekturen, wodurch sie auch in den meisten industriellen Computeranwendungen unverändert dominieren. Aber in den letzten Jahren wurde die Architektur von ARM-Prozessoren wesentlich durch weitere Kerne, Befehle und schnellere Pipelines erweitert, wodurch sich ihre Leistungsgrenze soweit nach oben verschoben hat, dass sie in Branchenvergleichen mittlerweile ein Kopf-an-Kopf-Rennen mit Intel- und AMD-PC-Prozessoren führen. Eingebettet steht weiterhin für geringe Kosten und geringen Energieverbrauch, nicht mehr jedoch für langsame Rechenleistung.
 
Die Entwickler von Anwendungen wie Machine Vision, für die eine hohe Rechnerleistung erforderlich ist, können jetzt erstmalig die ARM Embedded Plattform ernsthaft in Betracht ziehen und in vielen Fällen sieht dies sehr vielversprechend aus. Unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) sind beispielsweise eine Anwendung, für die Entwickler ARM-Prozessoren aufgrund ihrer geringeren Kennzahlen bei Energieverbrauch, Größe und Gewicht näher in Betracht ziehen. Intelligente Transportsysteme (ITS) sind eine weitere Anwendung, bei der ARM-Prozessoren offensichtlich potenzielle Vorteile bieten. Maut- und Rotlichtüberwachungssysteme sowie Blitzer sind häufig nicht ans Stromnetz angeschlossen, von daher ist der geringe Energieverbrauch von ARM-Prozessoren auch hier attraktiv. ARM-Prozessoren bieten potenzielle Vorteile für die immer beliebteren Vision-Systeme in der neusten Automobilgeneration, da ihr geringeres Gewicht und der niedrigere Energieverbrauch Kraftstoffeinsparungen bringen. Natürlich sind auch die geringen Kosten der ARM-Plattform für Automobilherstellern attraktiv.
 
Integratoren von Machine-Vision-Systemen, die einen Wechsel zur ARM-Plattform in Betracht ziehen, steht eine große Auswahl an eingebetteten ARM-Prozessoren zur Verfügung, die in Ein-Chip-Systeme (SoCs) integriert und gut für Vision-Anwendungen geeignet sind. Diese Auswahl umfasst das NVIDIA Jetson TX2 Modul, Gigabyte MP30-AR1, NVIDIA Jetson TK1 Developer Kit und NXP®/Freescale i.MX 6 Computer on Module - Apalis iMX6. Typische ARM-SoCs umfassen einen ARM-Zentralprozessor (CPU), einen Grafikprozessor (GPU), Arbeitsspeicher (RAM) und Schnittstellentechnologien wie WLAN, USB und Bluetooth. Es gibt zahlreiche ARM-basierte Vision-Bibliotheken wie OpenCV, OpenMV, SimpleCV, OpenCL und andere. Ein gängiger Ansatz für die Verwendung von eingebetteten Vision-Anwendungen ist ein ARM-fähiger SoC mit Arbeitsspeicher und Speicher auf einem Computer-on-Module (CoM) mit PCIe (Peripheral Component Interconnect Express), einem seriellen Erweiterungsbus-Standard zur Verbindung von Peripheriegeräten, und Formfaktor PC/104. Bei diesem Ansatz können der CoM und ein PCIe PC/104 Framegrabber übereinandergestapelt werden und so eine industrietaugliche Machine-Vision-Rechenleistung in einem kompakten und robusten Paket bieten.


EURESYS COAXLINK-FRAMEGRABBER

Entwickler von Framegrabbern wie Euresys bieten jetzt auch Unterstützung für ARM-Architekturen. Die neuste Serie der Framegrabber von Euresys unterstützt beispielsweise die AArch64 64-Bit ARM-Architektur für Linux. Die Coaxlink-Karten sind CoaXPress-Framegrabber, die Standard-Koaxialkabel verwenden, die in vielen Industrieanwendungen aufgrund ihres breiten Anwendungsbereichs und ihrer Robustheit gegenüber elektromagnetischen Störungen (EMI) bevorzugt werden. So sind Koaxialkabel beispielsweise bei Anwendungen, die in Verkehrsmitteln wie Fahrzeugen, Zügen und Flugzeugen integriert sind, Standard. CoaXPress verwendet ein einziges Koaxialkabel zur Übertragung von Bildern mit bis zu 625 MB/s, wobei gleichzeitig Kontrolldaten übertragen und der Kamera bis zu 13 W zur Verfügung gestellt werden. Euresys bietet auch inoffizielle Unterstützung (Beta-Ausführung) für unsere Grablink-Framegrabber, die die CameraLink-Schnittstelle unterstützen.

ARM-BASIERTE LANDMASCHINEN

Einer der Vorreiter für eingebettete Vision-Systeme ist die Pellenc Group, ein führender Hersteller von Landmaschinen, einschließlich Maschinen für Weinanbau, Ernte, Weinproduktion und Obstanbau. Ein Produkt des Unternehmens setzt Machine Vision zum Sortieren von Trauben ein, um unerwünschte Elemente wie Grünabfall, Fremdkörper oder unreife Beeren auszusortieren. Das Unternehmen wechselt gerade mit dieser Anwendung sowie anderen Computersystemen, die beispielsweise zur Steuerung der Maschinen verwendet werden, von PC- zu ARM-Plattformen. Pellenc verwendet auf seiner Traubenerntemaschine Quadcore ARM-Prozessoren sowie andere Produkte und wertet diese mit e2v Zeilen-Farbkameras sowie Euresys Grablink-Framegrabbern auf seinem Traubensortierer aus.
 
„Wir erreichen eine Kostenreduzierung von 50 % bei Computerhardware über unsere gesamte Produktlinie. Dies gibt uns die Möglichkeit, unseren Kunden zusätzliche Merkmale und Funktionsfähigkeiten zu bieten“, sagte Cyril Berger, Leiter für Forschung und Entwicklung bei Pellenc. „Die Standardisierung auf ARM-basierten Computern für unsere gesamte Produktlinie reduziert auch die Kosten für die Softwareentwicklung.“
 
ViTec Co. Ltd. in St. Petersburg, Russland, ist ein weiterer Integrator von Machine-Vision-Systemen, der trendführend bei der Entwicklung von eingebetteten Vision-Anwendungen ist. So arbeitet das Unternehmen derzeit beispielsweise an einem tragbaren Machine-Vision-System, das sich von beliebten, verbraucherorientierten Action-Kameras insofern unterscheidet, als es eine leistungsstarke und höher auflösende Kamera – die Basler beat 12 Megapixel Highspeed-Kamera – verwendet. Die Kamera verbindet sich mit einem Euresys Grablink PCIe-Framegrabber, der in einem Embedded Computer basierend auf einem mobilen Nvidia Tegra X1 Prozessor mit 256-Kern-GPU und 64-Bit Multicore-CPUs gestapelt ist.
 
„Der niedrige Energieverbrauch, die kleine Größe und das geringe Gewicht der ARM-Plattform waren kritische Faktoren bei dieser tragbaren Anwendung“, sagte Maxim Sorova, CEO bei ViTec Co. Ltd. „Die Unterstützung von Euresys für seine Linux-basierten Treiber in der ARM-Architektur für Linux hat uns sehr geholfen, den Zeitvorgaben und Leistungsmerkmalen unserer Kunden nachzukommen.“


FAZIT

Es steht eine breite Palette an eingebetteten ARM-Prozessoren zur Verfügung wie beispielsweise Bildverarbeitungsintegratoren, das Nvidia Jetson TK1-Modul. Die PC-Plattform steht bei der Bildverarbeitung mit sehr intensiven Berechnungen zwar immer noch ganz vorne, aber die Prozessorleistung bei eingebetteten ARM-Vision-Systemen hat ein Niveau erreicht, das an eine PC-Plattform heranreicht und in einigen Fällen sogar übertrifft, wobei ihre Vorteile bei Energieverbrauch, Größe, Gewicht und Systemkosten weiter bestehen. Entwickler von Vision-Peripheriegeräten sputen sich, die Entwicklung von Embedded ARM-Vision-Systemen voranzutreiben, indem sie Treiber und technischen Support anbieten, sodass ihre Produkte ARM-Architekturen unterstützen. Euresys wird weiterhin in eingebettete ARM-Computersysteme investieren, da so für unsere Kunden bedeutende Einsparungen für aktuelle Anwendungen möglich sind. Gleichzeitig werden sich zahlreiche Möglichkeiten bieten, Machine Vision in eine breite Palette neuer Anwendungen zu integrieren.

Euresys ARM-Artikel – September 2017