HSLink versus CoaXPress Was kommt nach CameraLink?

Rupert Stelz, Stemmer Imaging: »Um größere Leitungslängen als die spezifizierten zu erreichen, kann man mit geringem Aufwand auf Glasfaser gehen.«

In der IBV-Branche (Industrielle Bildverarbeitung) tobt ein Wettstreit um die Nachfolge des im Jahr 2000 veröffentlichten CameraLink-Standards. Die Kontrahenten, HSLink und CoaXPress, versprechen höhere Leistung und weniger Verkabelungsaufwand als CameraLink. Worin liegen nun die Unterschiede zwischen den beiden?

Die Welt der digitalen IBV-Schnittstellen ist in Bewegung: Gigabit Ethernet, meist in Verbindung mit dem Transport-Layer GigE Vision und der generischen Software-Schnittstelle GenICam, setzt sich zunehmend durch. Mittels Link Aggregation lässt sich die Bandbreite von Gigabit-Ethernet-Interfaces verdoppeln. In den Startlöchern stehen 10-Gigabit-Ethernet, USB 3.0 und FireWire S3200. All diese Schnittstellen kommen ohne Framegrabber zwischen Kamera und Bildverarbeitungs-PC aus, wobei speziell für Gigabit Ethernet auch Framegrabber zur Verbesserung des Determinismus und zur Datenvorverarbeitung in Mehrkamera-Systemen verfügbar sind.

Die drei Framegrabber-losen Schnittstellen-Techniken engen den Markt für das CameraLink-Interface auf Framegrabber-Basis immer mehr ein. In dieser Situation, genauer gesagt: zur Messe Vision 2009 in Stuttgart, sind zwei neue, ebenfalls Framegrabber-gestützte Schnittstellen ins Licht der Öffentlichkeit gelangt: HSLink und CoaXPress, wobei letztere den Vision Award der Messe Stuttgart gewonnen hat. Beide bieten wesentlich mehr Bandbreite als die maximal 680 MByte/s bzw. 5,44 GBit/s von CameraLink und ermöglichen die Übertragung von Bild- und Steuerungsdaten sowie Strom über ein und dasselbe Kabel. CameraLink dagegen gestattet es bislang nur in der Base-Konfiguration mit PoCL (Power over CameraLink), Bild- und Steuerungsdaten sowie Strom über ein und dasselbe Kabel zu übertragen. Die CameraLink-Konfigurationen »Medium« und »Full« erfordern zwei Datenkabel, wobei PoCL hier auch - zumindest theoretisch - möglich ist.

HSLink

HSLink wurde vom kanadischen IBV-Hersteller Dalsa entwickelt, dessen Produkte im deutschsprachigen Raum beim IBV-Technologieanbieter Stemmer Imaging erhältlich sind. In punkto Standardisierung arbeitet Dalsa mit dem »CameraLink-2«-Subkomitee der amerikanischen AIA (Automated Imaging Association) zusammen. HSLink ist GenICam-kompatibel und bietet eine skalierbare Downlink-Bandbreite (von der Kamera zum Framegrabber) von 300 MByte/s bis 6 GByte/s (2,4 bis 48 GBit/s) in x1- bis x20-Konfigurationen, jeweils in 300er-Schritten.

Näher definiert sind bisher drei Kabelkonfigurationen: »NBILink« ermöglicht Downlink-Bandbreiten von 300 oder 600 MByte/s (x1 oder x2) und beruht auf einem Koaxkabel (x1) oder einem bzw. zwei Infiniband-IBx1-Kabel(n) (x1/x2). »GMIILink« gestattet Downlink-Bandbreiten von 900 bis 1800 MByte/s (x3 bis x6) und fußt auf einem CX4-Kupferkabel - genau dem Kabel, das auch für 10-Gigabit-Ethernet spezifiziert ist. »MixedLink« schließlich erlaubt Downlink-Bandbreiten von 2100 MByte/s (x7) und basiert auf demselben CX4-Kabel. Der Trigger-Jitter beschränkt sich jeweils auf 3,2 ns. Im Uplink, also vom Framegrabber zur Kamera, beläuft sich die Bandbreite stets auf 300 MByte/s. Die in Zukunft mögliche x20-Konfiguration wird auf einem Infiniband-Steckverbinder und einem Infiniband-Kabel beruhen. »Infiniband-IBx20-Steckverbinder und -Kabel sind am Markt verfügbar, aber bisher sind keine entsprechenden Kameras und Framegrabber erhältlich«, verdeutlicht Inder Kohli, Product Line Manager bei Dalsa. »Im Blick auf die Zukunft ist aber eine entsprechende Skalierbarkeit gegeben.«

Die Kabellängen betragen je nach Kabel 15 m (CX4) bis 80 m (RG59-Koax). Das CX4-Kabel ist zwar für 15 m spezifiziert; Laborversuche von Dalsa haben aber eine Reichweite von 20 m und Tests eines IC-Herstellers eine Maximaldistanz von 40 m ergeben. »Um noch größere Leitungslängen zu erreichen, kann man mit geringem Aufwand auf Glasfaser gehen«, erläutert Rupert Stelz, Technischer Produkt-Manager Bilderfassung bei Stemmer Imaging. »Es gibt mittlerweile durchaus Glasfaserkabel, die sich für die Industrie eignen und in Schleppketten legen lassen. Bandbreite ist dabei kein Thema.«

Als Physical-Layer-Bausteine nutzt HSLink Serializer-Deserializer-Chips (SerDes), die von vielen verschiedenen Herstellern erhältlich sind. Die SerDes-ICs codieren die Daten, die zwischen Kameras und Framegrabbern übertragen werden, mittels 8b/10b-Codiertechnik. Die SerDes-Funktion lässt sich allerdings auch in einen handelsüblichen FPGA-Baustein integrieren, der zur Implementierung des HSLink-Protokolls ohnehin erforderlich ist und dessen Protokolltechnik von Dalsa als Open Source ausgegeben wird. Der FPGA-Chip ist also mit oder ohne SerDes-Funktion verfügbar.

In HSLink-Systemen werden die Daten paketorientiert übertragen. Falls Datenpakete defekt sind, findet ein Packet Resend statt, wobei der Speicher des FPGAs für den Packet Resend genutzt wird.

Alle HSLink-Komponenten von den Steckverbindern und Kabeln über die SerDes-ICs bis hin zu den FPGAs sind von mehreren Herstellern frei am Markt verfügbar. Die hohe Uplink-Bandbreite von 300 MByte/s verhindert Latenzzeiten bei Triggersignalen und ist auch für Anwendungen mit Zeilenkameras sehr reichlich bemessen.