Der kontinuierlich ansteigende Bandbreiten-Bedarf von Kameras für die industrielle Bildverarbeitung hat zur Entwicklung eines neuen Interfaces geführt, das einen großen Anwendungsbereich bei gleichzeitig niedrigeren Kosten erschließt. Die HSLink-Schnittstelle übernimmt dabei die wesentlichen Funktionen von Camera Link, führt jedoch etliche Verbesserungen ein, um den Bedürfnissen heutiger Machine Vision-Systeme gerecht zu werden. Ursprünglich entwickelt von Dalsa, ist der HSLink jetzt auf dem Weg, ein offener Industriestandard zu werden.

Durch die zunehmend höhere Auflösung und schnellere Bildwiederholraten steigt bei Kameras für die industrielle Bildverarbeitung folglich auch der Bedarf an höherer Übertragungs-Bandbreite. Inzwischen sind bereits viele Kameras verfügbar, die Datenraten von über 1 GByte/Sekunde an einen Framegrabber oder Prozessor senden können. Bei der weit verbreiteten Camera Link-Schnittstelle ist jedoch bei 850 MByte/Sekunde Schluss und die typischen 10 Gbit-Ethernet-Schnittstellen können höchstens Datenraten von 1,2 GByte/Sekunde bewältigen. Eine Performancesteigerung für diese Interfaces durch Parallelisierung wäre mit stattlichen Kosten verbunden.

Skalierung bis zu 6 GByte/Sekunde
Um diesem Defizit zu begegnen, hat Dalsa mit HSLink eine neue Schnittstelle entwickelt, die auf bis zu 6 GByte/Sekunde hochskaliert werden kann. Bei der Entwicklung von HSLink ging es jedoch um viel mehr als nur um eine reine Leistungssteigerung. Tatsächlich stand eine ganze Reihe von Bedürfnissen in Bezug auf Funktionalität, Entwicklungskosten und Betriebsdauer im Vordergrund. Darüber hinaus strebt Dalsa an, HSLink in einen offenen Industriestandard zu überführen und hat vorgeschlagen, dass die weitere Entwicklung vom Camera Link-Kommittee der Automated Imaging Association übernommen wird.

Zukunftssicher und wirtschaftlich
Zwei grundlegende Prinzipien haben die HSLink-Entwicklung geleitet. Zum einen ging es darum sicherzustellen, dass sich der Standard auch an die Bedürfnisse von Vision-Systemen der kommenden Jahrzehnte anpassen und weiterentwickeln könne; zum anderen, dass die Schnittstelle leicht und kostengünstig für eine Vielzahl von Kameras - mit Bandbreiten von 100 MByte bis hin zu 6 GByte in der Sekunde; von Zeilenkameras bis hin zu ganzen CMOS-Arrays - implementierbar ist.

Diese Grundprinzipien spiegeln sich in allen technischen Details von HSLink wider.

Mehr als nur Bandbreite
Das Top-Level-Protokoll von HSLink vereint die vier Camera Link-Messagetypen - Trigger, CC-Lines mit erweiterter Funktionalität als General-Purpose I/O (GPIO), serieller Befehlskanal und Video-Daten - in einem einzigen priorisierten Datenstrom. Der Signaling-Link-Layer der Kamera bzw. des Framegrabbers wird direkt mit dem HSLink-IP-Core verbunden. Dieser wiederum steuert die PHY-Layer Hardware (Abb. 1). Diese Wiederverwendung von Camera-Link-Signalen ermöglicht Entwicklern, die mit Camera Link vertraut sind, eine besonders einfache Migration.
Der IP-Core erlaubt jedoch mehr als nur ein reines Nachbilden von Camera-Link-Funktionalität auf einem anderen Verkabelungssystem. Er sorgt auch für höhere Zuverlässigkeit und höheren Nutzen. Eine sehr wichtige Erweiterung der Zuverlässigkeit des Systems ist die Unterstützung von Hardware-basierter Fehlererkennung und Data-Resends. Die Hardware-Plattform minimiert dabei den Speicherbedarf für Datenpuffer und ermöglicht die vollständige Integration der Schnittstelle in einem FPGA, ohne externen Speicher zu benötigen. Dies wiederum reduziert die Implementierungskosten deutlich.
Ein zweites Zuverlässigkeitsmerkmal ist die Nutzung einer Zwei-aus-Drei-Bewertung für kritische Echtzeit-Kommunikation, die nicht ein zweites Mal gesendet werden kann oder darf. Die Trigger-, GPIO- und Handshake-Befehle sind jeweils nur ein paar wenige Bytes groß. HSLink sendet bei diesem Verfahren seine Befehlssignale innerhalb eines Kommandos dreimal hintereinander. Der Empfänger vergleicht diese drei Datensätze und erkennt sowie korrigiert dann jegliche Einzelbitfehler innerhalb der betreffenden Kommando-Nachricht.
Zusätzliche Utility-Funktionen beinhalten einen integrierten Echtzeit-Trigger (3,2-Nanosekunden-Jitter). Dadurch wird ein separates Triggerkabel gänzlich überflüssig. Das Protokoll unterstützt aber auch die Datenweiterleitung und ermöglicht so, dass mehrere Framegrabber an einer einzigen Kamera angeschlossen werden und gemeinsam auf den Datenstrom aus der Kamera zugreifen können. Diese Funktion vereinfacht das Multi-Processing bei der Handhabung von Kameradaten hoher Bandbreite. Das Protokoll unterstützt ferner die Integration von Komponenten, wie z.B. Datenkonzentratoren, zwischen Kamera(s) und Framegrabber(n). Über das HSLink-Protokoll werden auf diese Weise dann bis zu 64 Kameras an einem einzigen Framegrabber unterstützt.