随着硬件技术的不断发展，快速传输大量数据变得越来越重要，电视、平板电脑、显示器和手机显示市场也在不断增长。与此同时，显示分辨率也在迅速提高，几年前还在普遍使用全高清电视(Full HD TV)，但现在常见的是4K和8K电视；而手机的显示屏，3K（3088×1440）分辨率的6英寸屏幕正逐渐开始普及。 

在检测这些设备时，通常将显示器的像素与相机的像素进行匹配。随着分辨率和显示尺寸的增加，相机的分辨率或拍摄次数也要相应地增加。这也就意味着对大量数据的高速传输需求。

最近，在机器视觉市场上，已经有CXP-12（CoaXPress）产品推出。这些产品能以高达50Gbps的速率传输数据，相当于最大速率可达6.25GByte/s。这无疑是一个大容量接口。

图像数据通常由CPU处理，或是使用GPU进行并行处理。

由于高分辨率，高速数据传输CPU或GPU的处理容量超过 Takt time（节拍时间）时，则可以通过多台PC的分散式处理来实现目标的节拍时间。本文将介绍如何使用Aval data公司的GiGA系列高速光通信板（分散式处理），来减少节拍时间。

有关分散式处理的信息

Avaldata的GiGA系列是一种基于光通信的高速串行通信板，能够实现高达80Gbps的数据传输率。所有可以写入内存的数据（如图像、文件、数字、信息等）均可传输。

图1 光通信板

GiGA系列与图像采集卡（自行采集和输出图像的产品）和分发图像的Splitter不同，它不仅能传输图像，还可以传输所有数据。它用途广泛，可与来自不同制造商的硬件一起使用。

图2 APX-7402

图3 MPO光缆

图2是GiGA CONNECTION的APX-7402，图3是光缆，表1是一般以太网和我们的GiGA CHANNEL的性能比较。

表1 GiGA CHANNEL与千兆以太网的比较

使用GiGA CHANNEL时，不需要Protocol Stack的原因是使用了Avaldata专有的硬件协议，数据可靠性（CRC校验、处理过程中的错误校验等）都是自己校验的。

GiGA系列根据数据传输方式，有两种产品——GiGA CHANNEL和GiGA CONNECTION。

图4 GiGA CHANNEL Ring连接配置

图5 GiGA CONNECTION连接配置

GiGA CONNECTION使用MPO连接器光缆进行点对点数据传输，由于MPO电缆包括Rx和Tx，因此只连接一根线也能正常工作。 

此外，每个GiGA板的内存可以单独使用。例如APX-7402的内存大小是4GByte, 使用两个节点时，可以使用8GByte的内存；使用4个节点时，可以使用16GByte的内存。数据同步是通过Mailbox完成的，在FIFO模式下使用时，可以省去单独的同步过程。

另一种方法是GiGA CHANNEL安装在每个节点，板卡的共享存储器通过LC连接器Ring连接方式进行通信。由于环形配置的特性，板卡的Tx和Rx都必须连接。

此外，使用每个GiGA板卡同时传输的方式，从软件的角度来看，相当于把每个节点的缓存当作一个内存。比如APX-781的内存是512MByte，不管使用两个节点或10个节点，可使用的最大缓存为512MByte。数据的同步通过Doorbell和使用共享寄存器实现。

表2 GiGA CHANNEL与CONNECTION对比

数据传输速度和共享内存信息

首先，根据带宽、共享内存、可连接节点的数量，用户可以参考表3选择合适的型号。

表3 基于PCIe的带宽和共享内存信息

图6 GiGA系列的写入速度

图7 GiGA系列的读取速度

作为参考，表4给出了每个产品对内存的500MB数据的写入和读取时间。

表4 每个产品的数据写入时间和读取时间

应用示例

图8 一台相机和一个采集卡的硬件配置图

图9 使用1台PC时的节拍时间

在使用1台PC连接一台相机和一个采集卡的一般环境中，获取影像的顺序为第1个图像采集→第1个图像处理→第2个图像采集→第2个图像处理，由此连续获取影像。 

假如有如图8所示的设置，将设备转换为高分辨率、高速相机，则可能会因数据增加导致数据处理时间延迟，从而降低生产量。 

图10 分散式处理示例

图11 使用3台PC时的节拍时间 

图10显示了一台相机对三台PC的分散式处理。

如图11所示，相机正在获取数据，通过在PC1、PC2和PC3依次处理从相机输入的图像数据，以此来缩短整体生产节拍时间。 

图12 节拍时间比较 

如图12显示，使用3台PC时的处理速度，比使用1台PC时快约2.5倍。

可见，分散式处理的在高速传输高分辨率数据的情况下，优势明显。用户可根据自身应用目的，进行分散式处理或集中处理。

在分散式处理的情况下，如图13所示，将一台相机拍摄的图像数据传输到三个节点。

图13 分散式处理示例

在集中处理的情况下，如图14所示，三台相机的影像数据被传输到一个节点，作为一个集中过程进行处理。

图14 集中处理示例 

结论

GiGA系列是基于光通信进行数据处理的板卡，它可以传输大量数据以及图像，因此应用范围广泛。 

实际上，机器视觉中的图像分散式处理，可以在大型显示器制造、高速图案印刷、物流系统、大数据中心等众多领域广泛应用。它将通过高效处理大数据为工业自动化应用提供解决方案。