الوظائف البصرية هي محورية لتصميم تطبيقات الروبوتات التي تشعر وتتكيف مع العالم المادي في الوقت الحقيقي. تعمل الأنظمة الروبوتية في بيئات ديناميكية وغالبًا ما تكون غير متوقعة.ويجب جمع بيانات المستشعرأي زيادة في التأخير أو فقدان البيانات أو عدم الاتساق في الوقت يمكن أن يضعف الأداء وحتى يخلق خطر أمني.
بينما تتحول الأنظمة الروبوتية إلى قدرات الاستشعار القائمة على التعلم الآلي، والتي تعتمد على كميات كبيرة من البيانات البصرية بدلاً من البرمجة الخاصة بالمهمة،هذه القيود تصبح متطلبة بشكل متزايدهذا يسمح لتطبيقات الروبوتات بالتكيف مع الأشياء والبيئات والمهام الجديدة مع الحد الأدنى من إعادة البرمجة.
هذه الاتجاهات تضع ضغوطا متزايدة على كيفية نقل البيانات البصرية في الأنظمة الروبوتية.تقنية Gigabit Multimedia Serial Link (GMSL) تسهل تحديات التصميم من خلال تبسيط اتصال أجهزة الاستشعار، مما يقلل من تعقيد الأسلاك، ويسمح بنقل البيانات القوي منخفضة التأخير بين الكاميرات الموزعة ووحدات الحوسبة المركزية.
GMSL was originally designed for automotive applications such as Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) and is now widely used in robotics and machine vision systems to connect remote cameras and sensors with low latency and robust electromagnetic interference immunity. غ.
GMSL ، التي طورتها شركة Analog Devices ، هي تكنولوجيا اتصال سريالية / غير متسلسلة عالية السرعة (SerDes) التي تنقل الفيديو والبيانات ذات النطاق الترددي العالي عبر كابل محوري واحد أو زوج مشوه.كل كاميرا لا تشارك بنية الشبكة، ولكنه يعمل على رابط عالية السرعة مخصص ، مما يلغي الخلاف والالتوجه والتغير القائم على الحزم.هذا يخلق مسار بيانات يمكن التنبؤ به مع وقت ثابت وتأخير حتى لو كان عدد أجهزة الاستشعار يزيد.
يحول GMSL serializer مجموعة من بيانات البكسل التي يتم إرسالها عادةً بالتوازي عبر خطوط إشارة واحدة متعددة إلى تيار بيانات متسلسل مستمر عالي السرعة.الـ destring يغيرها إلى الشكل الأصليبما أن لكل كاميرا رابط نقطة إلى نقطة خاص بها، فإن عرض النطاق الترددي مرتبط بشكل خطي بعدد الكاميرات، مما لن يسبب نزاع الشبكة،التأخير في تخطيط حزم البيانات.
تصبح مزايا هذا النهج أكثر وضوحًا عندما يتم توسيع نظام الرؤية إلى العديد من الكاميرات عالية الدقة. على عكس تطبيقات الكاميرا الواحدة ، تتطلب هذه الأنظمةتغطية بصرية متزامنة لدعم المهام مثل التنقلمع زيادة عدد أجهزة الاستشعار وارتفاع عرض النطاق الترددي ومتطلبات دقة التوقيتكشف القيود المفروضة على الاتصالات المتبادلة التقليدية على مستوى الألواح ذات المدى القصير.
تتطلب النهج التقليدية مثل USB أو Ethernet القياسية أو روابط MIPI مباشرة على مستوى اللوحة حتماً تعويضات في التأخير أو المزامنة أو التغطية المادية.مع استخدام المزيد والمزيد من الكاميرا، تتزايد تعقيد الكابلات وإدارة التوقيت وتصميم النظام، مما يقدم أيضا تحديا متزايدا لدمج التكنولوجيا.
تقدم GMSL العديد من المزايا الواضحة على طرق الاتصال البصرية الأخرى:
يتفوق على MIPI CSI-2 في التغطية والموثوقية مع الحفاظ على بنية بسيطة منخفضة التأخير من نقطة إلى نقطة تتجنب تعقيد كومة بصرية قائمة على Ethernet.
يفضل GMSL الاتصال الحاسم بين النقاط وتزامن أكثر بساطة بين العديد من الكاميرات على مرونة شبكة إيثيرنت الموزعة على نطاق واسع.
أداء هذا الحل يُقارن تقريبًا بـ FPD-Link ، وهو حل SerDes مخصص آخر. غالبًا ما يعتمد الاختيار على النظر الشامل في النظم الإيكولوجية.
تقوم GMSL بتوازن أنظمة الرؤية المدمجة والشبكة من خلال توفير طريقة عملية للاتصال بالكاميرات عالية السرعة مع أداء محدد وانخفاض فترة التأخر.هذا يسهل الاتصال البصري عالي السرعة مع الحفاظ على متطلبات التأخير والموثوقية الصارمة للأنظمة الروبوتية في الوقت الحقيقي.
سرعة عالية، سعة كبيرة
مع زيادة دقة الكاميرا وعدد أجهزة الاستشعار ، أصبحت هذه المزايا الهيكلية مفتاح نجاح النظام. يمكن لـ GMSL نقل كميات كبيرة من البيانات ، وخاصة بيانات الفيديو ،من كاميرات متعددة أو أجهزة استشعار أخرى عبر كابل واحديستخدم هذا المخطط روابط مكرسة من نقطة إلى نقطة دون أي نزاع في الشبكة أو توجيه الحزم.يمكن للمصممين استخدام GMSL لنقل تدفقات البيانات ذات النطاق الترددي العالي عبر كابلات المحوري أو الزوج الملتوي مع الحفاظ على فترة تأخير منخفضة وحصانة عالية من الضوضاء دون استخدام اتصالات متعددة لكل نقطة.
هذه التكنولوجيا تبسط أسلاك السيارات، وتحسن الصلابة، وهذه الصفات تتجسد مباشرة في الروبوتات: عدد أقل من الكابلات تبسط التصاميم الكهربائية والميكانيكية،جعل الأنظمة أخف، أكثر موثوقية، وأسهل لتجميع.على سبيل المثال، يمكن تثبيت الكاميرات الموزعة بعيدا عن وحدات الحوسبة، مع الحد الأدنى من الكابلات،البيانات ذات الكمون المنخفض لدعم الاستشعار في الوقت الحقيقي واتخاذ القرارات.
يعتمد الروبوتات بشكل متزايد على العديد من الكاميرات عالية الدقة، والتي يتم دمجها في بعض الأحيان مع أجهزة استشعار العمق أو PLIDAR (اكتشاف الضوء والمدى) لتحسين محيطها (الشكل 1).كل كاميرا تولد كمية كبيرة من تدفق البيانات عندما تستخدم وحدها، وعندما تستخدم كاميرات متعددة في نفس الوقت ، تزداد متطلبات عرض النطاق الترددي. يولد دقة 1080p واحدة ، 30 إطارًا في الثانية (fps) ، 24 بت لكل كاميرا بكسل 1.معدل نقل 4 جيجابايت في الثانية، لذلك أربع كاميرات توليد 5.6 جيجابايت في الثانية وتوليد ستة كاميرات 8.4 جيجابايت في الثانية.تطبيق دقة أعلى ومعدل الإطار يمكن أن يزيد من متطلبات عرض النطاق الترددي إلى عشرات الجيغابيت في الثانية.