4路Cameralink图像处理卡
Ø 产品介绍
M/D-CAP是一款复合加速计算平台，由Xilinx的28nm制程的FPGA — XC7K325T-3FFG900I和NVidia的16nm制程的GPU — TX2互联构成。平台互联细节如图1所示：
图1. M/D-CAP平台互联细节
FPGA和GPU之间的主要物理信道是PCI-Express，Gen2，×4，用于搬移图像等需要高传输带宽的实时数据，作为前端控制器，FPGA控制Dual-Full Camera Link芯片组，可以用于互联Base, Medium, Full, Dual Full等所有规格的工业级标准Camera Link相机，平台主要接口（及其指标）如下所示：
PCI-Express带宽– 40GT/s（TX+RX）
Camera Link – Base, Medium, Full, Dual Full @ 85MHz
GPU处理性能– 2TFLOPS @ TDP=15W
40G光纤接口 – 10G-SFP×4
GPU内存– LPDDR4 @ 1866Mbps，58.9GB/s
其余接口– VGA×2
– CAN×2
– RS422×4
– Ethernet×1
– mSATA×1
– USB3.0×1
– USB2.0×1
其中，Camera Link可以适配所有规格的业界标准Camera Link相机，而4个10G SFP光口可以用于扩展帧率更高的光纤相机或者用作四个万兆网口（4个SFP的用途完全可以利用FPGA来编程实现，取决于用户需求）。
FPGA除了作为前端用于控制核心还可以对所采集的图像进行滤波、降噪、提取图像金字塔等预处理——对后续机器视觉的算法实施进行初步加速。
GPU在不超过15W的功耗下，可以提供2TFLOPS的强大的运算性能，足以支持任何‘机器视觉/深度学习’领域内算法的实时嵌入式应用。其256个强大的Pascal流处理核（每核最高主频为1.3GHz）对算法的实施完成2次加速（FPGA算是第一次加速）。
因此M/D-CAP可以对算法的加速是复合式的，较传统意义上的加速有质的提升。
除此之外，M/D-CAP工业级应用所需的高可靠性和稳定性，经过了军用标准的振动、冲击、高低温等苛刻测试，相关指标如下所示：
尺寸 ：160mm*233mm
工作温度 ：-40℃～ +85℃
相对湿度 ：80%可正常工作
连续工作时间 ：数年
可靠性 ：MTBF ≥ 5000h
维修性 ：MTTR ≤ 0.5h
电压：+ 12V
整机功耗 ：≤ 30W
PCIE带宽 ：800MB/s ~ 1.2GB/s
Ø 机器视觉中的应用
M/D-CAP使用案例1：舰载激光炮瞄准设备 — 高速无人机跟踪
[帧率 = 500fps，分辨率 = 512×512]
图2. 高速无人机跟踪案例
Ø 基于FPGA的前端逻辑的定制
图8. M/D-CAP的前端逻辑的定制
FPGA除了完成算法的一级加速（如图像预处理），还要负责各种前端传感器或者芯片组的控制和调度，其主要作用如图8所示。在图8所示的典型应用中，FPGA完成了以下功能：
i. Camera Link相机数据的采集，并将视频通过PCIE写入TX2的主存
ii. VGA显示器的时序控制，主要用于将图像处理结果输出到显示器
iii. 向TX2发出中断通知，以提示之一个完整视频帧的到来
iv. 摇杆等RS422设备的控制和访问，主要用于和用户HID设备的交互
针对不同客户的需求，我们可以支持不同的FPGA逻辑定制业务，并提供相应的驱动程序（TX2侧运行的驱动程序，因为在TX2看来，FPGA是它的一个PCIE端点外设），以使得这些底层的FPGA硬件逻辑（Verilog/VHDL）被完全封装起来，对于用户而言，只需要打通数据链路即可。
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