Erschienen am: 22.05.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN 5 2017

FPGA-Programmierung für individuelle Vision-Lösungen

Vision(en) umsetzen

Damit Bildverarbeitungsgeräte Ansprüche an flexible Verwendung, Bandbreite, hohen Datendurchsatz und Echtzeitverarbeitung gewährleisten und noch gezielter einsetzbar werden, sind Sick und Silicon Software eine Partnerschaft eingegangen. Indem Sick seine Geräte dank FPGAs mit vielfältigen Möglichkeiten zur Applikationslösung ausstattet, lassen sich die Wünsche der Anwender nach individuellen Systemen zukünftig noch gezielter mit passenden Vision-Anwendungen umsetzen.


Sick bietet ein breites Sensoren-, 2D-/3D-Kamera- und Integrationsportfolio von kompakten, einfach zu bedienenden Geräten über konfigurierbare Stand-Alone-Lösungen bis hin zu flexibel programmierbaren Sensorsystemen für höchste Anforderungen. Die aktuelle Produktkonzeption sieht u.a. eine Programmierbarkeit der Geräte durch Halcon vor, wobei die Software hierfür CPUs oder ARM-basierte Prozessoren nutzt. Als weitere Prozessortechnologie besitzen die Geräte System-on-a-Chip Architekturen (SoC) oder dezidierte FPGAs, die für zeitkritische bildverarbeitende Basisfunktionen eingesetzt werden. Um die Geräte ohne großen Programmieraufwand mit noch mehr Intelligenz auszustatten, wird dank der Zusammenarbeit die FPGA-Programmierung deutlich vereinfacht und für neue Anwendungen eingesetzt. Neben eigenen FPGA-Algorithmen nutzt Sick nun VisualApplets von Silicon Software für die grafische Programmierung maßgeschneiderter Algorithmen und Anwendungen, z.B. für Bildverarbeitung bzw. -vorverarbeitung und Signalsteuerung direkt im Gerät, was die CPU-Datenlast deutlich reduziert. Die programmierbaren Kameras, Sensoren und die Sensor Integration Machine SIM 4000 des Ecosystems AppSpace lassen sich mit VisualApplets vielseitig weiterentwickeln. Aus über 200 Operatoren können Anwender flexibel per Drag&Drop komplexe Algorithmen und Anwendungen für eine Produktserie erstellen und auf weitere Serien portieren. Sie behalten dabei die volle Kontrolle über die FPGA-Ressourcen und Funktion der erstellten Anwendung. Verglichen mit aufwändiger HDL-Programmierung ist die grafische Programmierung mit VisualApplets über Datenflussmodelle um den Faktor 10 bis 100 schneller.

Übertragbare dynamischer IP-Core

Damit die Sensoren und Bildverarbeitungsgeräte von Sick, die auf FPGAs oder SoCs aufbauen, mit VisualApplets programmierbar sind, wurde mit VisualApplets Embedder einmalig ein dynamischen IP-Core im jeweiligen Gerät erstellt, der sich beliebig oft mit echtzeitfähigen Bildverarbeitungsalgorithmen versehen lässt. Diese sind in wenigen Schritten auf verschiedene Hardwaredesigns anderer Geräte übertragbar. Der Integrationsprozess erfordert im Wesentlichen die Definition der Schnittstellen des IP-Cores und dessen Integration in das FPGA-Gesamtdesign. Sick hat bereits seine Hardwareplattformen, wie Kameras, Sensoren und die SIM 4000, über VisualApplets Embedder für die Programmierung mit VisualApplets vorbereitet, um kundenspezifische Bildverarbeitungsanwendungen zu erstellen. Die Öffnung der Plattformen ermöglicht es den Anwendern, durch die Programmierung ihrer eigenen FPGA-basierten Entwicklungen, sowohl die Performance zu optimieren als auch eine zügigere Fertigstellung der Produkte sowie einen einfacheren Ausbau der Produktfamilien. Dadurch kann Sick schneller auf individuelle Produktvarianten und Marktänderungen reagieren und Systemkosten in den Projekten verringern. Mit einer weiteren VisualApplets Extension (VisualApplets Expert) sind Sick Anwender nun imstande, vorhandene VHDL-Bibliotheken in VisualApplets als Operatoren weiterzuverwenden. Nach einem GUI-getriebenen Integrationsprozess arbeiten diese Operatoren wie generische VisualApplets Operatoren und nutzen die Vorteile des VisualApplets Workflows, u.a. die High-Level Simulation, die Ressourcen-Abschätzung und die Bandbreitenberechnung. "Die Sensoren und Kameras von Sick werden so exakt auf die jeweilige Kundenanforderung zugeschnittene Lösungen ausgebaut, die in adaptiven Sensornetzwerken in allen Industrien einsetzbar sind.", erläutert Detlef Deuil, Head of Productmanagement Vertical Integration Products von Sick. Das Unternehmen nutzt bereits die erweiterten Möglichkeiten der Sensor-Programmierung intern für die eigene Applikationsentwicklung. "Mit der flexiblen Programmierung von Sick-Bildverarbeitungsgeräten haben wir unsere Vision erfolgreich umgesetzt: die Implementierung unserer grafischen Entwicklungsumgebung VisualApplets in jeglichen auch eingebetteten FPGA-Hardwareplattformen und SoCs. Diese erhalten dadurch die Leistungsfähigkeit großer Systemlösungen und lassen sich flexibel und beliebig oft mit neuen Anwendungen ausstatten", so Dr. Klaus-Henning Noffz, CEO von Silicon Software. n