GigE Vision 视觉标准

GigE Vision是一种基于以太网的图像传输标准，可实现1Gbps到10Gbps的传输带宽，也可向25/50G/100Gbps甚至更高速度升级扩展；GigE Vision相机可以直接通过标准网卡和PC实现连接，网卡选择多样，价格低廉；另外，GigE Vision 可通过各种方式实现多相机拓展，系统升级非常方便。

然而，应用层的GVSP协议存在高CPU负载、高中断率、多重缓存拷贝、丢包等问题，数据接收效能低下。传输层的UDP协议无法有效支持10G以上数据传输，从而导致接收端的延迟，干扰远端的可靠性连接。

基于RoCE v2 的25G GigE Vision

基于RoCEv2的RDMA (RemoteDirect Memory Access) 是解决GigE Vision发展问题的最优解。

RDMA能够实现远程数据存取，通过网络将数据从一个系统快速移动到远程系统的存储器中。

传统的网络传输需要占用系统的CPU和内存资料，将数据从应用缓存复制到操作系统的缓存中才能进行数据的传输。

RDMA则允许应用跨过操作系统 (Operation Systme)直接存取和传输数据。

RDMA的硬件物理层实现主要有两种方式： 基于InfiniBand的RDMA（简称InfiniBand）；基于聚合以太网的RDMA（简称RoCE）。

RoCE/RoCE v2可以将InfiniBand的传输层加载到以太网的数据链路层，使得在以太网上传输数据的同时，仍可获得InfiniBand架构的大多数技术优势。

RoCE v2，全称 Remote direct memory access over onverged Ethernet, version 2，它的技术规格由InfiniBand Architecture Specification来定义。

RoCE v2 基于Infiniband的传输协议，实际上是基于Ethernet基础架构上的IBA实现(Ethernet + UDP/IP)，可提供硬件卸载，零拷贝的数据传输，从而实现高性能、低延迟、高效率、可靠、数据一致性等保障。

RoCEv2数据流概念

队列对Queue pair (QP)；相关的传输和发送缓存队列成对出现 ；连接其他器件的QP可交换数据。

双向SEND/RECV传输功能；接收器负责RECV的空白缓存分配和排队任务；发送器负责SEND的数据缓存的排队任务。

支持RoCE v2的网络硬件

RoCE V2是基于Ethernet和UDP/IP的完全可路由协议，任何Ethernet交换机和路由器都可以原生支持。

RoCE v2协议也得到当前各厂家的高端NIC的原生支持 ，以下为典型的10/25+ GbE网卡，可支持光纤接口：

NVIDIA (Mellanox) NICs/chipsets，支持RoCE，具有最佳性能和兼容性 ；

较新的Intel NICs/chipsets，同时支持iWARP和RoCE ；

Marvell chipsets，同时支持iWARP和RoCE ；

Broadcom chipsets，支持RoCE。

RoCE v2与GVSP的对比

同等的FPGA逻辑资源占用，GVSP需要为组包缓存提供更多的本地内存，RoCE V2不需要要外部帧缓存。

GVSP需要大容量的外部内存，RoCE v2利用内部组包缓存即足够。

RoCEv2 25G GigE Vision的特点

基于RoCE v2的25G GigE Vision的图像传输，使得图像传输不再需要占用CPU和内存资源，优化了传输功耗和延迟等方面性能，通过单核单链实现25Gbps的传输速率，可使用简单架构设计高速产品 。

突破技术演进的瓶颈，可以应用于更高的图像传输速率，如50Gps/100Gbps及更高。

高速不代表高价，新技术不代表漫长的开发和推广周期 ，利用标准化的网络现成的硬件/软件有效控制了成本 ，可以快速的得到应用和推广。

Euresys/Sensorto Image推出的用于FPGA的GigE Vision IP核，具有如下特点：

基于AMD(Xilinx)和Intel (Altera)的FPGA ；提供Device（相机端）和Host（采集卡端）的IP；结构紧凑，IP运行效率高；可以根据客户的需求做定制开发 ；支持GigE Vision 1G/5G/10G（基于GVSP）和25G（基于RoCE V2）的速率 ；提供全功能的相机或者图像接收系统参考设计；丰富的附加选项，如IEEE1588，高级线扫支持，Multi-bootloader，GenDC以及FPGA嵌入式CPU的代码 ；用户可以基于主机端应用SDK快速开发应用软件。

基于RoCE v2 25G GEV IP核实现细节

硬件：以相机设计为例，图像接收系统和采集卡也可在同样硬件上实现。目前先行支持的FPGA和评估板（后期会加入更多型号）

标准PC + 25G RoCE v2 NIC （例如NVIDIA Mellanox ConnectX-4 Lx）；25G光模块及光纤。

软件：数据接收和相机应用开发；X86_64架构的Linux操作系统 ；S2I RoCEv2 Viewer应用软件 ；Windows操作系统 ；Euresys eGrabber（24.03以上版本）。

 IP核开发包交付内容

参考设计包交付内容：

完整的FPGA Device（发送端）或Host（接收端）参考设计（评估板及VHDL开发环境授权不含） ；FPGA设计的VHDL代码，S2I IP核以及加密的第三方IP核 ；可选的FPGA嵌入式CPU应用代码及C源码 ；可选的FPGA嵌入式CPU Bootloader，GEV Library  Obj文件及C源码 ；运行于PC主机的RoCE v2 Viewer应用软件及可选源码或eGrabber驱动软件 ；相机模拟应用软件（仅适用于接收端）。

随附硬件 

安装授权芯片的FMC卡 ；Prototype用的产品授权芯片。

Euresys/S2IIP核大大缩短开发周期

常规的视觉器件开发大约需要1年的时间和至少两名经验丰富的工程师（硬件、软件）。

利用FPGA IP核进行视觉器件的开发周期可缩短至1-3个月，因为视觉器件各个模块都有现成的FPGA IP核。如：

传感器接口IP核：市场上已有Sub-LVDS, SLVS-EC, MIPI等多种传感器接口IP核。

图像处理IP核：FPGA厂商或者第三方图像（预）处理IP核或视频套件：图像缩放控制，色彩转换，滤波等；利用FPGA厂商HLS工具将C/C++语言编写的图像处理代码转换成IP核。

图像接口标准IP核：丰富的接口标准 1GEV、10GEV、25GEV、U3V、CXP-6、CXP-12；丰富的附件功能模块 线扫、Framebuffer、IEEE1588，GenDC，多Stream支持。

Euresys/S2I IP核定制化设计流程

在S2I指导下的设计初期：经过前期沟通，确定与最终硬件设计架构相近的通用设计平台及FPGA（通常为FPGA厂商的开发板或者S2I的MVDK开发板）。

确认设计规格和偏好，附加功能，以及最佳实现架构 ；交付基于开发平台的全套参考设计，包括IP核设计、代码、设计电路图、文档，以及必要的接口卡，例如Nbase-T或CXP的FMC卡 ；安排基于参考设计的初期培训 。

在S2I支持下的实现阶段：将参考设计转化为最终的硬件设计；反馈设计中遇到的问题，并在S2I的设计指导下完成产品原型设计；将产品原型进行量产化制造准备。

特别针对相机设计：集成传感器控制和读出逻辑（可能需要额外的IP核）；集成产品的特殊图像处理功能，例如像素操作，白平衡，激光线提取等 ；利用S2I的主机SDK开发相机软件（仅针对GEV和U3V两种接口标准） 。

特别针对图像处理单元设计: 集成相机控制和周边I/O控制 ；集成特定的图像处理功能，比如FFC，Bayer转换，LUT等 ；基于S2I的嵌入式可选功能模块开发嵌入式系统的驱动（仅针对GEV和CXP两种接口标准）。

RoCEv2 25G GigE Vision应用前瞻

机器视觉及工业检测领域：传感器制造商正将800Gb/s带宽的产品纳入其未来开发路线中，证明对于更高传输带宽的需求是真实存在的。

由于价格低廉，可以利用现有的标准网络硬件（NIC，光纤）和软件，传输距离长，支持扩展，便于现场集成等特点，GigE Vision有独特的产品特性，深受一些应用的欢迎。

 一些采用GigE Vision的工业检测应用期待传输规格的升级。如，对图像采集速度要求高于图像处理速度的应用；提高稀疏缺陷、非微观缺陷检测的效率，例如光伏组件、无纺布等材料检测。

医疗健康、监控，体育/娱乐，AR/VR及自动驾驶领域

在医疗健康领域，25G RoCE v2 GEV提供更低图像传输延迟，满足医疗和健康成像的要求，也可以提供更大图像画幅和分辨率以提升这些应用的成像精度。

在安防监控领域，提供更高分辨率和更长距离的图像传输。

在体育/娱乐，AR/VR及自动驾驶领域，提供现有的GigE Vision标准无法满足的带宽、延迟、图像质量等技术要求，提供更具经济性的系统解决方案和便利的现场集成。