Motor Control With Xilinx

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赣可彭
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2 日程安排 Xilinx 机器视觉架构 Machine Vision Architecture 机器视觉的硬件实现 vs 软件实现 Silicon Software VisualApplets 高层次 FPGA 图像处理的解决方案基于 Zynq-7000 All Programmable SoC 的应用实例 Demo 演示

3 什么是机器视觉? 产品生产与制造其他非制造业机器视觉产品智能交通管理条码扫描器验钞机仿真运动

4 机器视觉架构机器视觉系统可用于 : 采集图像分析图像进行决策传统方法用帧捕获器捕获图像用 PC 分析和控制帧捕获器 FPGA 速度带宽接口摄像头 FPGA 帧捕获器 FPGA PC 图像分析 PC 软件算法 OpenCV 或其他功能

5 软硬件对比硬件软件平台现场可编程门阵列 (FPGA) 处理器给机器视觉带来的优势机器视觉功能 - 速度 - 灵活的 IO - 高能效 (1%) - 贮藏寿命长 - 封装小像素级处理 - 图像增强 - 特征提取 - 易于编程 - 开源算法帧级处理 - 特征处理 - 决策设计方法硬件描述语言 - VHDL 或 Verilog C C++ OpenCV

6 结合软硬件优点 FPGA 用于高速实时应用处理器用于软件环境 All Programmable SoC 智能视觉 (Smarter Vision) All Programmable 系统 FPGA 处理器

I 速度级 (-40 到 100 ) 用于机器视觉的优先考虑因素系统集成 ( 三芯片合一 ) PCIe Gen 2x8 选项 2

7 Zynq-7000 All Programmable SoC 双 ARM Cortex- A9 I/O FPGA 主要特性采用 1 GHz ARM 双核 Cortex-A9 MPCore 处理器 FPGA 拥有万个逻辑单元, 个 DSP Slice I 速度级 (-40 到 100 ) 用于机器视觉的优先考虑因素系统集成 ( 三芯片合一 ) PCIe Gen 2x8 选项 2 GigEthernet SPI USB I2C DDR3 DDR2 LPDDR2 最小封装尺寸为 13x13 IO 数从 86 到 400 以上不等

8 SPS/IPC 驱动器演示仿真产品线工艺两套采用同一软件的完全相同的紧凑型智能视觉系统其中一套系统采用硬件加速, 另一套不支持硬件加速在赛灵思 Youku 频道上观看完整演示

9 纯软件智能视觉系统运行在 ARM Cortex-A9 上的 HALCON 机器视觉软件未使用 FPGA 结果 : 帧速率为 16 帧 / 秒, 错误率达 50% ( 帧速率 :8 帧 / 秒, 分辨率 : 1920x720) 双 ARM Cortex-A9 FPGA IO 外设 Zynq-7020 All Programmable SoC

10 采用硬件加速的智能视觉系统将 FPGA 用于图像处理以 90 帧 / 秒的帧速率运行且未出错双 ARM Cortex-A9 FPGA IO 外设 Zynq-7020 All Programmable SoC

11 如何将 FPGA 用于机器视觉? 学习用硬件描述语言编程或使用 Silicon Software 公司提供的 Visual Applets GUI - 提高生产力 - 超过 200 个机器视觉运算符 - 直接映射到 FPGA

13 VisualApplets -> 克服高级机器视觉编程难题为何使用 FPGA 处理? FPGA 具有如下优点极其强大的图像处理能力 ( 高度并行和管线处理 ) 非常适用于嵌入式系统 ( 功耗低 ) 时延极低实时处理目前的难题 FPGA 编程和验证难度大, 易出错, 耗时长 FPGA 专家匮乏解决方案 -> 简便易用的高级设计工具 :

14 VisualApplets 面向最终客户的 FPGA 图像处理 15 分钟构思运行应用特性设计周期极短无硬件依赖性优势产品上市时间短降低风险维护简单用户软件工程师应用工程师机器视觉专家 -> 无需 FPGA 编程技能!

15 VisualApplets 应用实例 PCB 检测大范围卷积运算, 模板比对比 GPU 处理速度快 30 倍 ( 约 400G 运算 / 秒 ) 卷料生产检测 (Web Inspection) / 平面检测缺陷检测自动卷积运算印刷检测高质量色彩滤镜和色彩空间转换多种触发方式使用激光扫描进行 3D 物体轮廓重构智能化比对滤镜如峰值探测及重心测量通过使用 FPGA 大幅降低带宽消耗 -> 降低后期处理带宽需求

16 VisualApplets 更多应用实例实时处理系统通过现场总线接口直接控制硬件扩展串行通讯协议激光位置及强度控制, 空气阀控制, 喷射机制, 机器人导航安保车辆牌号读取高速记录及图像压缩以及更多更多大型滤镜, BLOB 分析, JPEG, TRIANGULATION, 二值化, 色彩空间转换,I/O CONTROL, 大量触发方式,FFT, 实时控制

17 VisualApplets 设计入门高级设计入门特性图形用户界面将处理运算符和可参数化链路相结合完成应用设计 -> 构建数据管线数据模块和属性的继承自动管线调整和同步自动并行处理实现目标带宽提供 200 个以上的图像处理运算符抽象编程与 FPGA 编程代码效率高 - 接近 HDL 编程, 比如 : 高度通用的实现方案面向对象的 HDL

18 VisualApplets 设计验证高级模拟直观 : 模拟源和查看器布置方便快速 : 基于软件的高级仿真逼真 : 处理图像文件而非信号带宽分析器用户可设定输入带宽定位瓶颈一体化设计规则检查定位链路和参数错误死锁告警即时 FPGA 资源推算器一键点击构建自动集成赛灵思布局布线工具生成 FPGA 比特流 (Applets ) 生产软件访问层 ( 运行时间 )

19 eva 硬件帧捕获器 VisualApplets - 目标平台选择 FPGA 视觉处理器 = 直接采购图像采集卡 Camera Link Gigabit Ethernet Vision CoaXPress Camera Link HS LVDS 赛灵思 Spartan 赛灵思 Virtex 赛灵思 Kintex FPGA 处理器或使用 embedded VisualApplets (eva) 支持的硬件第三方硬件 eva 配套的用户定制嵌入式系统

20 embedded VisualApplets(eVA) 嵌入式 VisualApplets 系 VisualApplets 的扩展允许用户向 VisualApplets 添加任何嵌入式硬件平台便于不受约束地使用新型硬件平台为何把 VisualApplets 移植到嵌入式平台? 无需使用基于 PC 的帧捕获器就能发挥 VisualApplets 的全部优势 : 无需使用 PC 避免线缆瓶颈在源头完成高性能处理打造出小型高能效系统

21 embedded VisualApplets(eVA) VisualApplets 内核位于用户的胶合逻辑内部 I/O 描述 = 接口思路 : 把用户的胶合逻辑当作固件部分添加到 VisualApplets 中 FPGA VA 内核目标平台智能摄像头帧捕获器协处理器 I/O 描述胶合逻辑 eva 平台运行时间接口安装平台 FPGA 设计和软件接口

22 嵌入式 VisualApplets 工作流程第一步 : 编写平台描述以 XML 文件定义端口, 存储器接口,FPGA 类型, 约束等第二步 : 生成 eva 平台安装程序植入 VisualApplets 第三步 : 在 VisualApplets 中设计你的应用获得 VisualApplets 的所有优势, 无需 FPGA 专业技能第四步 : 构建生成比特流比特流文件及软件访问接口 (C 语言代码或者 GenICam) <XML> myplatform PlugInexe VisualApplets SW Interface bitfile

23 应用实例在 Zynq7000 上运行 eva 在 FPGA 上进行图像处理用于封包类型检测的直方图分析归档用于定位的区块分析进行模板模式匹配以确定方向处理编码器信号, 生成触发信号后处理, 实现 HDMI 可视化性能帧速率为 90fps, 分辨率达 1920 x 720 -> 124MP/s 60Hz HDMI RGB 输出纯 ARM FPS 使用 VA

25 如欲了解更多信息, 敬请在赛灵思 Youku 频道观看软硬件对比视频访问赛灵思机器视觉网站访问 Zynq All Programmable SoC 网页立即着手应用 VisualApplets 联系赛灵思或 Silicon Software 公司了解更多信息

26 中文社区中文社交媒体中文论坛与微博 wwwkaixin001com wwwyoukucom wwwrenrencom Xilinx FPGA Sina Micro-blog 追随赛灵思的脚步, 紧跟 FPGA 尖端技术尽情释放设计的所有潜能! 赛灵思中文官方网站 : wwwxilinxcom/cn 赛灵思在线技术支持 : 赛灵思技术支持热线 (office phone) (mobile phone)

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j_xilinx-training-courses_2012.pdf Xilinx Training Catalog ... 2... 3-7 FPGA ISE... 8 FPGA... 9 FPGA... 10 FPGA... 11 Spartan-6... 12 Virtex-6... 13 7 FPGA... 14 PlanAhead... 15 PlanAhead... 16 ChipScope Pro... 17... 18... 19... 20 LogiCORE