Konfiguration des Host-Systems

CPU
Das Umwandeln von Ethernet-Paketen in Bilddaten benötigt auf einem modernen PC nur einen geringen Anteil der verfügbaren CPU-Leistung. Allerdings sind die meisten Vision-Anwendungen zu weitaus mehr fähig als zu simplem Aufnehmen und Speichern von Bilddaten. Damit Sie für die Analyse von Bilddateien in Echtzeit ausreichend Leistung zur Verfügung haben, empfiehlt Flir mindestens einen Intel Core i7-Prozessor.

Massenspeicher
Das Streamen von einer 10 GigE-Kamera wie der Flir Oryx erfordert einen schnellen Massenspeicher, der mit der 10 GigE-Schnittstelle Schritt halten kann. Die gängige SATA 3.0 Massenspeicher-Schnittstelle verfügt über eine maximale Bandbreite von 6 Gbit/s. Um mit voller Bandbreite auf SATA Hard-Disk-Festplatten (HDD) oder Solid-State-Festplatten (SSD) streamen zu können, benötigt man ein RAID von mindestens zwei SATA 3.0 Festplatten.
Die meisten neuen Motherboards unterstützen M.2 SSD. Der M.2-Standard nutzt eine PCIe 2.0 x4 oder PCIe 3.0 x4 Schnittstelle, die theoretisch ausreichend Bandbreite bietet, um mit der Geschwindigkeit einer 10 GigE-Kamera Schritt zu halten. Die sequentielle Schreibgeschwindigkeit ist immer noch durch die Flash-Speicher-Technologie eingeschränkt. Anfang 2018 ist die Samsung NVMe SM951 Serie mit einer sequentiellen Schreibgeschwindigkeit von 5,2 Gbit/s die schnellste M.2 SSD.
Der neue Optane 3D XPoint Speicher von Intel bietet Schreibgeschwindigkeiten bis zu 16 Gbit/s, jedoch ist die Speicherkapazität dieser Geräte derzeit noch recht gering.

Speicherbandbreite
10 Gbit/s erzeugt schnell eine große Datenmenge. Eine ausreichende Speicherbandbreite ist daher für den zuverlässigen Betrieb von 10 GigE-Kameras unentbehrlich. Eine Zweikanal-Speicherkonfiguration stellt sicher, dass genügend Bandbreite vorhanden ist, um eingehende Pakete zu empfangen, diese in Bilder umzuwandeln und in einer Vision-Anwendung zu verarbeiten.
Es ist besser, statt eines großen DIMM-Speichers zwei kleinere zu verwenden, die zusammen die gewünschte Speicherkapazität bieten. Durch die Installation von Systemspeicher in einer Zweikanal-Konfiguration wird die Speicherbandbreite verdoppelt. Zur einfacheren Einrichtung sind Speicherkanäle auf Motherboards farblich markiert. Die Geschwindigkeit und Kapazität von Speichermodulen, die in Zweikanal-Konfigurationen eingesetzt werden, sollte aufeinander abgestimmt sein. Viele Hersteller von Speicherlösungen bieten Zweikanal-Kits an.
Das System sollte eine Zweikanal-Speicherkonfiguration automatisch erkennen und aktivieren. Allerdings ist es empfehlenswert, dies im BIOS zu kontrollieren und bei Bedarf zu aktivieren.
Es stehen auch Systeme zur Verfügung, welche die Drei- und Vierkanal-Konfigurationen unterstützen. Während die zusätzliche Speicherbandbreite dieser Systeme die Leistung von 10 GigE-Kameras nicht verbessert, kann sie speicher- und rechenintensive Vision-Anwendungen beschleunigen. Der aktuelle DDR4-Speicherstandard bietet im Vergleich zu älteren Technologien eine größere Speicherbandbreite und wird daher empfohlen.

SDK
Entwickler sollten stets die aktuellsten SDK-Versionen ihres Kameraherstellers verwenden. So stehen immer die neuesten Funktionen und Leistungsverbesserungen zur Verfügung. Per Software lässt sich der Zwischenspeicher vergrößern, indem man den Standardwert für den Streaming-Puffer erhöht. Dies verbessert die Systemleistung auf Kosten der Speicherbelegung. Die Puffergröße ist proportional zur Bildgröße. Daher benötigen Streamingpuffer für hochauflösende Kameras mehr Speicherplatz.

Konfiguration des PCIe-Steckplatzes
Der PCIe-Steckplatz, in dem die Netzwerkkarte (NIC) installiert ist, kann sich erheblich auf die Systemleistung auswirken. Expertentipp: Stecken Sie die 10 GigE NIC in den PCIe-Steckplatz, der dem Prozessor am nächsten ist. Nicht alle Motherboards versorgen die gesamten PCIe-Steckplätze mit der vollen Bandbreite. PCIe-Steckplätze teilen unter Umständen die Bandbreite mit anderen peripheren Geräten wie USB-Ports oder anderen PCIe-Steckplätzen. Welche PCIe-Steckplätze mit voller Bandbreite betrieben werden, steht in den ausführlichen Spezifikationen im Benutzerhandbuch des Motherboards.

Einstellungen der Netzwerkkarte
Jumbo Frames entlasten die CPU, da weniger Pakete in ein Bild umgewandelt werden müssen. Netzwerkkarten (engl.: Network Interface Cards, NICs) und Switches für 10 GigE-­Bildverarbeitungssysteme sollten Jumbo­ Frames mit 9K unterstützen.
Da 10GBase-T in mehr und mehr Installationen zum Einsatz kommt, steht inzwischen eine große Auswahl an NICs zur Verfügung. Unabhängige Tests haben gezeigt, dass nicht alle 10GBase-T NICs die volle 10 GigE-Bandbreite liefern. Der GE10-PCIE4XG202 von Flir wurde für den Einsatz mit der Oryx-Kameraserie ausführlich getestet und validiert.

Tipps für die Verkabelung

Wenn zu lange Ethernetkabel aufgewickelt werden, kann das zu Verbindungsproblemen führen, beziehungsweise die Verbindungsgeschwindigkeit zwischen der Kamera und dem Hostsystem von 10 GigE auf GigE herabsetzen. Der Grund dafür sind Interferenzen zwischen benachbarten Kabelwindungen. Dieser Effekt ist mit CAT5e-Kabeln noch stärker als mit CAT6A-Kabeln. Das liegt an der zusätzlichen Abschirmung von CAT6A-Kabeln. Starke Biegungen von CAT5e-Kabeln können ebenfalls zu Problemen mit der Signalqualität führen. RJ45-Koppler sollten nicht verwendet werden.
Für Entfernungen unter 30 m unterstützt CAT5e eine Verbindungsgeschwindigkeit von 10 GigE. Für Entfernungen ab 30 m empfehlen sich CAT6A-Kabel. Sie verfügen über eine robustere Abschirmung als CAT5e-Kabel und sind in Umgebungen mit starken elektromagnetischen Störungen auch bei kürzeren Entfernungen besser geeignet.

Tipps für die Einstellungen von Flir-Kameras
Oryx kann in Multi-Kamera-Systemen mit anderen Oryx 10 GigE-Kameras oder GigE-Kameras wie der Flir Blackfly S verwendet werden.
Die Kameras teilen sich die verfügbare Schnittstellenbandbreite, um eine zuverlässige Leistung sicherzustellen. Ein Überschreiten der Schnittstellenbandbreite zwischen Switch und Host führt zu verlorenen Paketen und dem Verlust von Einzelbildern.
Am einfachsten lässt sich die Kamera-Bandbreite über die Steuerung der Bandbreitenbegrenzung einstellen. Sobald die Bandbreitenbegrenzung aktiviert ist, beschränkt die Kamera die maximale Bildrate, so dass die zugewiesene Bandbreite nicht überschritten wird.

Nächste Schritte
Die 10 GigE-Schnittstelle ist relativ neu in der industriellen Bildverarbeitung. Inspect stellt Ihnen gemeinsam mit FLIR aktuelle Experten-Tipps bereit, um Systementwickler bei der Integration von 10 GigE-Kameras zu unterstützten. Teil zwei und drei der 10 GigE-Serie präsentieren wir Ihnen in den Ausgaben 4 und 5 der inspect.