会社ブログについて Lattice LIFCL-40-7BG256C CrossLink-NX 組み込みビジョンブリッジング＆プロセッシングFPGA (2.5G MIPI D-PHY搭載)

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. は、格子の供給とリサイクルを行っています。LIFCL-40-7BG256CCrossLink-NX 組み込みビジョン ブリッジングおよび処理 FPGA チップ。

マシンビジョン、車載インテリジェント知覚、産業用組み込みイメージングおよびエッジ AI ビジョン取得などの高速、高解像度の組み込みビジョン アプリケーションでは、高速画像データ送信、複数のカメラ ソースからの信号のシームレスなブリッジング、フロントエンドでのリアルタイムの軽量画像処理、および低電力、高信頼性の動作が中心的な要件となっています。従来の専用ビジョン処理チップは、インターフェイスの適応性が低く、機能が固定されているため柔軟性が欠如しています。一方、汎用 FPGA は消費電力が高く、専用ビジョン インターフェイスの統合性が低い傾向にあるため、小型化、低消費電力、高帯域幅のビジョン信号の相互作用、拡張可能なプログラマブル コンピューティング パワーといった複数の要件のバランスをとることが困難です。格子LIFCL-40-7BG256Cは、専用組み込みビジョン FPGA の CrossLink-NX シリーズの一部であり、Lattice 独自の Nexus 高度なプロセス プラットフォーム上に構築されています。そのコア設計は、フロントエンドでのリアルタイム並列処理と並行して、組み込みビジョン領域内のブリッジングと中継という 2 つの主要なシナリオに対処することに正確に焦点を当てています。ハードワイヤードの統合 2.5G MIPI D-PHY トランシーバー モジュールを備えており、追加の外部高速インターフェイス チップを必要とせずに、高解像度カメラ、ディスプレイ端末、エッジ コントロール プロセッサ間の高速ビジュアル データ相互接続を可能にします。超低消費電力、信頼性の高いアーキテクチャ、瞬時の迅速な構成機能により、車載ビジョン、産業用カメラ、組み込みセキュリティ、ポータブル スマート ビジョン デバイスに推奨されるプログラマブル ロジック デバイスとなっています。

I. コアハードウェアアーキテクチャとその主な利点LIFCL-40-7BG256C

CrossLink-NX シリーズの主力ミッドレンジ ビジョン処理 FPGA である LIFCL-40-7BG256C は、業界をリードする 28nm FD-SOI プロセス テクノロジーを使用して製造されています。従来の FPGA プロセス アーキテクチャとは異なり、プログラム可能なフィードバック バイアス制御テクノロジが組み込まれており、実際の動作条件に応じてデバイスの性能対電力比を動的に最適化できます。同じ仕様の競合 FPGA と比較して、消費電力が最大 75% 削減されており、限られたスペースにより熱放散が制限されているバッテリ駆動の組み込みデバイスの厳しい動作条件に最適です。このデバイスには、39,000 個のプログラマブル ロジック プロセッシング ユニットが標準装備されています。これらの豊富なロジック リソースは、複雑な視覚信号ブリッジング、プロトコル変換、マルチ チャネル データのルーティングと配信などの基本機能を実行するだけでなく、バ​​ックエンド ホスト CPU または MCU の計算リソースを占有することなく、フロントエンド画像トリミング、色補正、ノイズ低減前処理、フレーム レート適応およびスケーリングなどの軽量リアルタイム画像処理アルゴリズムの並列処理もサポートし、それによってシステムの全体的な計算負荷を大幅に軽減します。

メモリ リソースの点では、このデバイスは業界をリードするメモリとロジック ユニットの比率を備えており、ロジック ユニットあたり最大 170 ビットのストレージ容量を備えています。この大容量のオンチップ メモリは、高精細画像フレーム データとビジョン アルゴリズムからの中間処理データを効率的にバッファリングするため、配線の複雑さの増加、信号干渉、外部キャッシュ チップに関連するハードウェア コストの上昇などの問題を回避します。このデバイスはコンパクトな 256 ピン BGA パッケージ設計を採用しており、モデル末尾は 7BG256C で、工業グレードの幅広い温度動作要件を満たすように正確に調整されています。動作温度範囲は -40°C ～ +100°C です。高温の自動車のエンジンルーム、粉塵が多く高温と低温が交互に繰り返される産業用生産ライン、強烈な太陽光や極寒にさらされる屋外のセキュリティ用途など、過酷な産業環境においても長期間安定して動作します。また、EU RoHS 環境基準にも準拠しており、さまざまな商用および産業グレードの製品の量産認証要件を満たしています。さらに、このデバイスは瞬時の高速構成機能を備えており、IO ポート構成はわずか 3 ミリ秒で完了し、完全なシステム構成には 8 ミリ秒もかかりません。電源投入時のブートアップは、長いロード プロセスを必要とせずに数秒以内に行われ、高速起動、即時イメージング、低遅延応答といった組み込みビジョン機器の中核要件を満たします。

II.LIFCL-40-7BG256Cコア構成: 2.5G MIPI D-PHY ハードコア高速インターフェイス機能

2.5G MIPI D-PHY ハードコア トランシーバは、エンベデッド ビジョン アプリケーション向けの LIFCL-40-7BG256C のコア構成であり、このデバイスを汎用プログラマブル ロジック デバイスから区別する主要な差別化利点も表しています。このチップには、2 セットのハードコア 4 チャネル MIPI D-PHY トランシーバー物理層モジュールがネイティブに統合されているため、外部の高速レベル シフター、信号アンプ、またはプロトコル変換チップが不要になります。ハードウェア レベルでは、チャネルあたり 2.5 Gbps のピーク高速データ転送速度をネイティブにサポートします。単一の PHY インターフェイスの結合帯域幅は、複数の高解像度イメージ センサーからの同期データ取得と送信の要件を満たすことができるため、4K 高解像度 CMOS イメージ センサー、高フレーム レートの産業用カメラ モジュール、車載用サラウンド ビュー カメラなど、現在の主流の高解像度および高速ビジュアル データ ソース アプリケーションに最適です。

この堅牢な MIPI D-PHY は、MIPI 国際標準プロトコル仕様に厳密に準拠しており、CSI-2 画像受信プロトコルと DSI ディスプレイ出力プロトコルの両方と互換性があり、柔軟な双方向視覚信号交換を可能にします。アップリンク方向では、複数のカメラからの RAW 画像データの高速受信、デコード、タイミング再調整をサポートします。ダウンリンク方向では、処理された画像データを車載ディスプレイや産業用タッチスクリーン端末などの周辺機器に迅速に転送できるため、視覚データの取得、処理、表示のための統合されたエンドツーエンドのブリッジが実現します。 FPGA を使用して標準 I/O 経由で MIPI インターフェイスをエミュレートする従来のソリューションと比較して、ネイティブ ハードコア D-PHY には、優れた信号整合性、より低い伝送レイテンシ、電磁干渉に対する耐性の強化、消費電力の削減などの大きな利点があります。これにより、画面の歪み、フレーム損失、タイミング エラー、データ エラーなど、高速画像伝送中に発生する一般的な問題が効果的に軽減されます。さらに、このデバイスはプログラマブルなソース同期差動 I/O ペアを最大 37 ペア予約しており、LVDS、SLVS、subLVDS などのさまざまな標準ビジュアル差動インターフェイスをサポートするための柔軟な拡張が可能です。これにより、従来のカメラ モジュールやカスタマイズされた産業用ビジョン周辺機器との互換性と統合が容易になり、新しいプロジェクトの高速アプリケーション要件と既存の機器の改修ニーズの両方に対処できます。

Ⅲ．のコア機能LIFCL-40-7BG256C組み込みビジョン システム: 統合されたブリッジング、中継、リアルタイム並列処理

(1) マルチソースビジョン信号のインテリジェントブリッジングとシームレスなプロトコル変換

エンベデッド・ビジョン・システム・アーキテクチャ内では、さまざまなメーカーのイメージ・センサー、メイン制御プロセッサー、およびディスプレイ端末が互換性のないインターフェース・プロトコル、データ・タイミング、および伝送フォーマットを備えていることが多く、信号のブリッジングと適応がシステム導入における中心的な課題となっています。プログラマブル ロジック アーキテクチャと高速 MIPI インターフェイスの組み合わせを活用し、LIFCL-40-7BG256Cビジョン システム全体の中央信号ハブとして機能し、複数の異種ビジョン信号の同期取得、プロトコル解析、フォーマット変換、ルーティングをサポートします。たとえば、車両のサラウンドビュー システムからの複数の MIPI カメラ画像データ ストリームと同時に接続できます。マルチチャンネル画像のタイミングを同期させ、データを結合した後、ホストプロセッサのプロトコルと互換性のある形式でデータを出力します。また、MIPI カメラ モジュールと LVDS ディスプレイ端末間、および USB ビジョン伝送インターフェイスと MIPI バックエンド処理チップ間でのシームレスなクロスプロトコル ブリッジングを実現できるため、異なるハードウェア デバイス間のインターフェイスの不一致やタイミングの非互換性といった業界全体の問題点を完全に解決できます。プログラマブル ロジックの柔軟性を活用したブリッジ ロジックは、さまざまな解像度、フレーム レート、ピクセル フォーマット (RAW10/RAW12/RAW14) の画像データに適応するようにオンデマンドでカスタマイズできます。機能アップグレードは、ハードウェア回路を変更する必要がなく、ファームウェアの反復のみで達成できるため、製品の研究開発反復サイクルが大幅に短縮されます。

(2) 軽量フロントエンドビジョンのためのリアルタイム並列前処理の高速化

単に信号リレー機能を提供する従来のブリッジング チップとは異なり、LIFCL-40-7BG256C豊富な DSP コンピューティング リソースを備えています。画像データ送信バックエンドとメイン制御プロセッサの間で、組み込みビジョンのリアルタイム並列前処理ワークロードをオフロードします。画像のノイズ除去、ホワイト バランス補正、色空間変換、画像のトリミングとスケーリング、関心領域 (ROI) 抽出、フレーム レートの安定化などの基本的な画像処理アルゴリズムは、以前はバックエンド ホスト CPU に大量の計算リソースを消費させる必要がありましたが、FPGA のプログラマブル ロジックを介して並列実装できるようになりました。シリアル プロセッサと比較して、FPGA の並列コンピューティング アーキテクチャはレイテンシーを大幅に短縮し、プロセス全体を通じてスムーズで低レイテンシーの画像処理を保証するため、車載の自動運転認識や産業用のリアルタイム欠陥検出などのシナリオの高いリアルタイム要件を満たします。さらに、計算タスクをフロントエンドにオフロードすることにより、リアエンドのホストプロセッサは、基本的な画像の前処理に冗長な計算リソースを割り当てる必要がなくなります。したがって、AI ターゲット認識、意思決定分析、システム制御などの中核となる高レベルのタスクに集中できるため、システム全体の運用効率が大幅に向上し、消費電力と計算リソースがより合理的に割り当てられます。

IV.のLIFCL-40-7BG256Cの高信頼性設計は、要求の厳しい組み込み動作環境に適しています

特に自動車、産業、セキュリティ分野の組み込みビジョン機器では、耐干渉性と耐放射線フォールトトレランスだけでなく、長期動作中のコンポーネントの安定性にも非常に高い要求が課されます。のLIFCL-40-7BG256CCrossLink-NX FPGA は、要求の厳しい組み込み環境での信頼性を重視して特に最適化されており、同クラスのデバイスと比較して非常に低いソフト エラー率を特徴とし、競合製品と比較してシングル イベント アップセット (SEU) および電磁干渉 (EMI) 耐性が 100 倍以上向上しています。強力な電磁干渉、極端な温度変動、継続的な中断のない動作を特徴とする産業環境において、長期間安定して動作することができるため、ビジョンシステムの動作中の突然のシステムクラッシュ、データ異常、画像障害などの問題が排除されます。このデバイスの FD-SOI 製造プロセスは本質的に耐放射線性を備えているため、追加の保護回路を必要とせずに、屋外セキュリティ、車載アプリケーション、産業オートメーション生産ラインなどの複雑な電磁環境にデバイスを導入できます。さらに、このデバイスは、スタンバイ モードとアクティブ モードの間のインテリジェントな電源管理を備えており、静的消費電力が非常に低いことが特徴です。これにより、バッテリ駆動のポータブル ビジョン機器や、低電力耐久性を必要とする車両の低電圧電源システムに最適となり、パフォーマンス、消費電力、信頼性の 3 つの主要な基準のバランスが取れます。

V. コアの典型的なアプリケーション シナリオを包括的にカバーLIFCL-40-7BG256C

Lattice は、2.5G 高速 MIPI D-PHY ハード インターフェイス、統合ビジョン ブリッジングおよびリアルタイム処理機能、低消費電力、高信頼性、小型化という主要な利点を活用しています。LIFCL-40-7BG256CFPGA は、複数の分野にわたるコア組み込みビジョン アプリケーションに広く採用されています。自動車インテリジェントビジョンの分野では、360°サラウンドビューイメージングシステム、車載カメラの高解像度イメージング、車室内モニタリング用の視覚信号のブリッジングと前処理に使用でき、極端な温度環境でも高解像度画像の安定した伝送とリアルタイム処理を保証します。産業用組み込みビジョンの分野では、小型産業用高解像度カメラ、産業用オンライン欠陥検出装置、マシンビジョンバーコード認識装置に適しており、高速画像取得、リアルタイム前処理、信号インターフェースが可能です。エッジ インテリジェント セキュリティ分野では、高解像度ネットワーク カメラやポータブル セキュリティ スナップショット デバイスの画像データの送信、エンコード、前処理、インターフェイス拡張に使用されます。消費者グレードの組み込みインテリジェント ビジョン デバイスでは、スマート ウェアラブル ビジョン モジュール、ホーム スマート監視システム、組み込みビジョン開発キットと互換性があり、コンパクトな設置、低電力動作、および柔軟でプログラム可能な機能拡張の要件を満たします。

VI.概要LIFCL-40-7BG256C

格子LIFCL-40-7BG256CCrossLink-NX は、組み込みビジョン アプリケーション向けに特別に設計された専用 FPGA で、28nm FD-SOI 低電力プロセス上に構築されており、39,000 個の論理ゲートとネイティブ 2.5Gbps MIPI D-PHY ハード IP コアを備えており、高速画像伝送、マルチプロトコル ブリッジング、リアルタイム フロントエンド画像処理、低電力、高信頼性という組み込みビジョン デバイスの 4 つの主要な課題に正確に対処します。操作。専用インターフェイスチップの高速信号伝送の安定性と統合の容易さを、FPGAプログラマブルロジックの柔軟な拡張性と並列計算能力と組み合わせ、複雑な周辺回路を必要とせずに最小限の組み込みビジョンシステムアーキテクチャの構築を可能にします。自動車や産業アプリケーションなどの信頼性が高く要求の厳しい環境であっても、民生用ポータブル低電力ビジョンデバイスであっても、このデバイスはビジョン信号の効率的なブリッジング、画像データのリアルタイム前処理、およびシステムのコンピューティング能力の合理的な最適化を可能にします。したがって、組み込みビジョン ハードウェア ソリューションをアップグレードし、製品の反復と革新を推進するためのプログラマブル ロジック チップの好ましい選択肢となっています。