EZ-USB® FX3

FX3: サイプレスUSB 3.0
ソリューションで実現する
HDビデオ
ワンチップソリューションでより鮮明な画像:
FX3が世界最先端のHDビデオカメラを実現
Engineering Presentation Owner:MARF
Rev *A
Tech lead:RAJV
タイトルスライド: プレゼンテーションの要約を示すこと。サブタイトルはお客様への説明を貴重な機会と捉えて伝えるべき内容を1文で説明すること。
001-85974 Rev *A
あらゆるビデオカメラでHD対応が必要
ビデオカメラに対する市場要求が変化
高精細度、高フレームレート、高表示色数といったHDビデオ対応が必須
競合各社は、さまざまな市場向けのHDビデオカメラを今も開発中
産業用機器向け画像や監視、医療用画像、生体認証、そしてテレビ会議まで
お客様のビデオカメラの新製品を今すぐHDビデオ対応に
Polycom社の
テレビ会議用カメラ
IDS Imaging社の
産業機器向け画像カメラ
USB 3.0の優位性を活かし
自動画像処理協会(AIA:
Automated Imaging
Association) は、独自規格
『USB3 Vision』規格を策定
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Tech lead: RAJV
マーケット状況: 市場機会を明らかにすること。ローカル市場に関連した、説得力のあるデータと最終製品の写真を提示すること。
説得力のある実際のFX3製品の写真を必ず使うこと。
2
本資料で使用されている用語
USB 3.0 (SuperSpeed USB)
USB 2.0 (Hi-Speed USB) の10倍高速な5Gbpsで動作
バスパワー供給能力はUSB 2.0の1.8倍
USB 2.0に対して下位互換性を確保
HD (High-Definition) ビデオ規格
HD
規格
水平
ピクセル
垂直
ピクセル
メガ
ピクセル
走査
方式
1080p
1920
1080
2.07
プログレッシブ
USB 3.0 PHY (Physical Layer Device、物理層デバイス)
1080i
1920
1080
2.07
インターレース
データの送受信を行うUSB回路
720p
1280
720
0.92
プログレッシブ
USB 3.0ホスト／USB 3.0デバイス
USBホストは、バス上のデータの流れを管理しバスパワーを供給する
USBデバイスは、周辺機器をUSBホストに接続する
USB 3.0ペリフェラルコントローラ
USBデバイスに搭載されるマイクロコントローラでUSBプロトコルを実行しUSBホストと通信
帯域
帯域 = 1フレーム当たりの画素数 (解像度) x 1秒当たりのフレーム数 (フレームレート) x 1画素当たりのカラービット (カラー階調)
例: 1080pビデオに必要な帯域 = 2.07メガピクセル x 60フレーム/秒 x 24ビットカラー = 3Gbps
圧縮
画像に必要な帯域を数学的アルゴリズムを用いて小さくすること
画素の変更および画質劣化を伴う
FPGAとDRAM、または専用のASICによる外付けの圧縮エンジンが必要
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Tech lead: RAJV
専門用語: プレゼンテーションで使用するすべての専門用語を、理解しやすいように明確に定義すること。
サイプレスのシステムソリューションを説明するのに必要な当社独自の専門用語を明確かつ詳細に定義すること。
3
その他の用語
ISP (Image Signal Processing、画像信号処理)
FPGAまたはイメージセンサに組み込まれた画像データ処理機能
生の画素データから質の高い画像を生成
USB 3.0ドライバ
USB 3.0デバイスを制御するためのUSBホストのOSに含まれるソフトウェアモジュール
ステートマシン
状態と状態の間の遷移条件を用いてモデル化される論理システム
HDイメージセンサのような複雑なシステムインターフェースを設計するために使用
UVC (USB Video Device Class、USBビデオクラス)
USB規格の小区分の1つで「UVCカメラ」と呼ばれるビデオカメラの標準的な動作を規定
民生用カメラに幅広く採用され主要なPC用OSがサポート
AMCap
サードパーティ製の静止画および動画キャプチャ用の多目的なPCアプリケーション
動画プレビュー機能付き
インターネット上から購入およびダウンロードが可能
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専門用語: プレゼンテーションで使用するすべての専門用語を、理解しやすいように明確に定義すること。
サイプレスのシステムソリューションを説明するのに必要な当社独自の専門用語を明確かつ詳細に定義すること。
4
FX3の用語
EZ-USB® FX3™
USB 3.0 PHYを搭載したサイプレスのプログラマブルなUSB 3.0ペリフェラルコントローラ
ARM9™プロセッサ (512 KB RAM) をオンチップで搭載
各種インターフェース (I2C、I2S、SPI、UART) に対応
ソフトウェア開発キット (SDK) を同梱、コード例を活用して設計工数を削減
GPIF™ II (第2世代のGeneral Programmable Interface、汎用プログラマブルインターフェース)
FX3と他のシステムが100MHzの速度で通信可能なプログラマブルな32ビットバス
GPIF II Designer
PCにインストールして使用する設計ソフトウェア
GPIF IIを設定するためのシンプルなGUIを搭載
GPIF IIをバス仕様に最適化するよう設計およびシミュレーションが可能
GPIF II ディスクリプタ (GPIF II Descriptor)
GPIF IIの動作を定義するあらかじめ定義された一連の設定
FX3 API (Application Programming Interface)
FX3ソフトウェアコンポーネント間の相互作用をシンプル化するあらかじめ定義された一連のインターフェース
Cypress Control Center
FX3開発キット (DVK) のハードウェアをプログラムするFX3 SDKのシンプルなGUI
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専門用語: プレゼンテーションで使用するすべての専門用語を、理解しやすいように明確に定義すること。
サイプレスのシステムソリューションを説明するのに必要な当社独自の専門用語を明確かつ詳細に定義すること。
5
エンジニアが設計時に直面する課題
1. HDビデオは最大3Gbpsの帯域が必要
USB 2.0の帯域は、わずか480Mbps
USB 2.0の2チップによるHDビデオソリューション:
圧縮画像のため低画質
2. HDビデオをUSB 2.0で送るには圧縮が必要
USB 2.0
画質の劣化
FPGA/DRAMからなる圧縮エンジンのために部品代が増大
開発工数および期間が増大
3. HDビデオ製品の小型化ニーズの高まり
FPGA
画像圧縮によって
劣化した
実際の画像
HDビデオ品質は市場要求
従来の多チップソリューションではPCBサイズが大きく小型化が困難
DRAM
サイプレスのFX3はこれらの課題を解消
FX3の帯域は、5GbpsでUSB 2.0の10倍
FX3は、画像圧縮が必要ないため、完璧なHDビデオ信号を生成
FX3は、ワンチップ・ソリューションによりPCBと最終製品を小型化可能
HDビデオ対応FX3ワンチップソリューション:
非圧縮HD画像のため高画質
USB 3.0
サイプレスのFX3ワンチップソリューションが
高画質かつ小型なHDビデオ製品を実現
FX3
非圧縮のため
鮮明なHD画像
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Tech lead: RAJV
これまでの手法と課題: これまでの手法を提示し、技術者がその方法を使った場合に直面する課題を説明することで、マーケット状況を理解してもらう。
サイプレスが提供するソリューションの利点を明確に示すキャッチフレーズを最後に記載すること。
6
FX3ソリューション: 手軽になったHDビデオ
FX3
お使いのインター
フェースに合うよ
うにGPIF IIをプロ
グラム
イメージセンサ
インターフェース
の状態遷移図
複雑なUSB 2.0 HDビデオカメラを
USB 3.0が使えるようにアップグレー
ドするのは…
GPIFコネクタ
USB 3.0
コネクタ
プログラム可能なGPIF IIを使うFX3な
ら簡単…
FX3開発キットを使って
直ちに試作…
はじめにご用意ください
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Tech lead: RAJV
さらに小型化することで
超小型産業用カメラとして製品化 (Ximea社)
26.4mm
Aptina MT9M114イメージセンサモジュールを購入してください (Aptina社のNDAが必要)。
EZ-USB FX3開発キット (DVK: CYUSB3KIT-001) ($397) を購入し、ご使用のPCにインス
トールしてください。
Aptina接続基板 (無償) をサイプレスから入手してください。
FX3 SDKをサイプレスのウェブサイトからダウンロードしPCにインストールしてください。
「Interfacing an Image Sensor to EZ-USB FX3 in a UVC Framework」をお読みください。
アプリケーションノートのコード例を実行しカメラデザインを開始します。
1. お使いのイメージセンサに合わせてGPIF IIを設定
2. SDKを使ってFX3ファームウェアを設計
3. Cypress Control Centerを使ってFX3 DVKをプログラム
FX3 DVKからUSB 3.0経由でPCにHDビデオを送信します。
26.4mm
19.1mm
この「1立法インチ
カメラ」の設計期間は、
設計者1人でわずか
100日未満
サイプレスのソリューション: CY製品を紹介し、前のスライドで強調した課題をCY製品がどのように解決するか説得力のある説明をすること。
設計を開始するにあたって必要な事項について簡単でわかりやすいリストを用意すること。
7
ステップ1:
イメージセンサに合わせたGPIF IIの設定
FX3プロジェクト例のデモ画面 (イメージセンサに合わせてGPIF IIインターフェースをカスタマイズ)
1. サイプレスが提供するインター
フェースを使って新しいプロジェ
クトを開始 (またはゼロからス
タート)
2. お使いのインターフェースの
タイプ、バス幅、入出力を選択
3. 状態ブロックと遷移条件を
入力して、インターフェースの
タイミングに合ったステート
マシンを作成
4. 状態遷移と関連する出力信号を
可視化
5. GPIF IIディスクリプタを生成し、
次の工程「FX3ファームウェアの
設計」で使用
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Tech lead: RAJV
サイプレスのソリューション:CY製品を紹介し、前のスライドで強調した課題をCY製品がどのように解決するか説得力のある説明をすること。
設計を開始するにあたって必要な事項について簡単でわかりやすいリストを用意すること。
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ステップ2:
SDKを使ったFX3ファームウェアの設計
FX3プロジェクト例のデモ画面 (FX3 SDKにおけるUVCファームウェア設計)
1. UVCのコード例を参考にして
お使いのFX3イメージセンサ
ファームウェアをC言語で記述。
GPIF IIディスクリプタは、プロジェ
クトディレクトリに格納
2. 「Build」ボタンをクリックして
イメージセンサファームウェアを
コンパイル
3. 設計ガイドラインの詳細は、アプリ
ケーションノート「Interfacing an
Image Sensor to EZ-USB FX3 in
a UVC Framework」を参照
4. FX3の機能の詳細は、SDKに同梱
された
「FX3 Programmers Manual」と
「Firmware API Guide」を参照
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サイプレスのソリューション:CY製品を紹介し、前のスライドで強調した課題をCY製品がどのように解決するか説得力のある説明をすること。
設計を開始するにあたって必要な事項について簡単でわかりやすいリストを用意すること。
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ステップ3: FX3 DVKのプログラム
FX3 DVK  UVCカメラ
FX3 DVKのプログラム (USB 3.0経由でPCにHDビデオを送信)
Aptinaイメージセンサヘッドボードを接続基板を介してFX3 DVKに接続
DVKをUSB 3.0ケーブルでPCに接続し、サイプレスUSB 3.0ドライバをインストール
Cypress Control Centerを使って、イメージセンサファームウェアをFX3 DVKにプログラム
FX3 DVKをUVCカメラとしてPCが認識
AMCapまたは同等のソフトウェアを実行しHD 720pライブビデオを表示
FX3
720p
イメージ
センサ
JTAGヘッダ
Aptina社の
イメージセンサ
ヘッドボード
(MT9M114)
5V電源
ジャック
USB 3.0
GPIFコネクタ
Aptinaイメージ
センサヘッドボー
ドをFX3 DVKの
GPIF IIコネクタに
つなぐための接続
基板
FX3 DVK
CYUSB3KIT-001
RS232
コネクタ
I2Sヘッダ
SPIヘッダ
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Tech lead: RAJV
サイプレスのソリューション:CY製品を紹介し、前のスライドで強調した課題をCY製品がどのように解決するか説得力のある説明をすること。
設計を開始するにあたって必要な事項について簡単でわかりやすいリストを用意すること。
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FX3 USB 3.0ソリューション例
– 産業用ビデオカメラ
EZ-USB FX3の価値
ブロック図
イメージ
センサ
4レーンCSI
または
パラレル
ISP
FPGA
32
スレーブ
FIFO
ARM 9
32
32
32
32
USB 3.0対応
ホスト
UART
ご参考資料等
アプリケーションノート:
Getting Started with FX3
FX3 Hardware Design Guidelines
Interfacing an Image Sensor to EZ-USB FX3
in a UVC Framework
デモビデオ:
FX3 Throughput Performance Demo
Machine Vision Camera Demo
HD Video Camera Demo
ドキュメント:
FX3 Programmers Manual (SDKに付属)
FX3 Firmware API Guide (SDKに付属)
512 KB
RAM
(32の
エンド
ポイント)
JTAG
USB 3.0
EZ-USB FX3ソリューション
5Gbpsの帯域によりHDビデオを圧縮せずに取り扱う
GPIF IIにより、どんなセンサやFPGAもFX3に接続可能
強力なARM9™プロセッサ、512KB RAMをオンチップで搭載
I2C、I2S、SPI、UARTペリフェラルインターフェースを提供
10mm x 10mm、121ピンのBGAパッケージ
EZ-USB® FX3™
ワンチップ
ソリューション
GPIF II
設計上の課題
帯域に制限されないHDビデオの提供
圧縮によるコスト増と画質劣化を回避
カメラデザインの小型化
SPI
I2C
I2S
制御
ブート
NAND型
フラッシュ
Ximea社の
産業機器向けビデオカメラ
IDS Imaging社の
産業機器向けビデオカメラ
開発キットとソフトウェア
開発キット:
SDK:
EZ-USB FX3 DVK (CYUSB3KIT-001)
EZ-USB FX3 HD 720p Camera Kit
EZ-USB FX3 ソフトウェア開発キット(SDK)
GPIF II Designer
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ソリューションの例: 適用分野におけるソリューションの実例の詳細を指定フォーマットで1ページにまとめて示すこと。
11
FX3 vs. 他社製品
19 mm
12 mm
10 mm
FX3
USB 3.0 IP + FPGA + TI PHY
USB 3.0ワンチップ
ソリューション
あり
なし
コード例
20以上
なし
ソリューションの実装面積
100 mm2
505mm2、さらに追加のレイアウトスペースが必要
USB 3.0 IP費用
無料
約$10万のほかにロイヤルティ
開発キット価格
$397
$1,990 (FPGA Xilinx Spartan 6を含む)
プログラム可能なパラレルバス
あり、GPIF II
なし
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Tech lead: RAJV
他社との比較: サイプレス提供のソリューションの最大の特長が明確となるよう説明し、他社ソリューションに対する優位性を証明すること。
お客様および営業担当者にとって客観的かつ信頼できる内容であること。
12 mm
19 mm
10 mm
特長
12
FX3 HD Video Solution Value
Competitor
Competitor
FPGA: Xilinx Spartan 6
Price: $18.221
$18.22
USB 3.0 PHY
$6.60
BOM Integration
USB 3.0 PHY: TUSB1310 family
Price: $6.602
USB 3.0 IP Core: Synopsys license fee: $100K
Amortized over 100 Ku in 5 years.
Price: $1.00
USB 3.0 IP Core
$1.00
BOM Integration Value
PCB Savings
$7.60
$0.04
Additional Value
PCB savings: FX3 = 100 mm2 vs. 505mm2 competition
Value added: $0.04
Reduced Effort: FX3 saves 20 man-week of engineering effort
at $5k per man-week; amortized over 100ku
Value added: $1.00
Reduced Effort
Total Additional Value
$1.00
$1.04
Total Value Delivered
1 1ku
XC6SLX9-3CPG196C pricing from Digi-key on 8/9/2014
TUSB1310A from TI.com on 8/9/2014
31ku CYUSB3014-BZXC from Cypress.com on 8/9/2014
$26.86
Target Cypress Solution: CYUSB3014-BZXC
Total Cost: $16.803
37% Total Savings: $10.06
21ku
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Tech lead: RAJV
EVC Slide: To clearly define the value of the Cypress solution, including BOM integration and unique functionality.
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設計を開始する前に
Motic China社の
デジタル顕微鏡
1.
デモビデオをご覧ください。 FX3 for HD Video
2.
アプリケーションノート「Getting Started with EZ-USB FX3」をお読みください。
AN75705
3.
EZ-USB FX3 開発キット (DVK: CYUSB3KIT-001)($397) を購入してください。
CYUSB3KIT-001
Alpinion Medical Systems社の
超音波診断ユニット
Cross Match社の
バイオメトリクス指紋スキャナ
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Tech lead: RAJV
すぐに導入していただくために: 今すぐ設計に着手するには、何をすればよいかを伝える。
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参考資料およびURL
スループット性能の最大化デモビデオ: FX3 Performance Demo
マシンビジョンカメラデモビデオ: FX3 Machine Vision Camera Demo
FX3 HD 720pカメラキットデモビデオ: FX3 HD Camera Kit Demo
EZ-USB FX3アプリケーションノート:
Getting Started with EZ-USB FX3: AN75705
USB 3.0技術の要点と、FX3のアーキテクチャ、ソフトウェア、販促資料の概要を紹介します。
FX3 SDKの設定やサイプレスUSBドライバのインストール、ファームウェアのダウンロード、USB 3.0の転送量の検証について説明します。
EZ-USB FX3 Hardware Design Guidelines and Schematic Checklist: AN70707
5GbpsのUSB 3.0を搭載する基板の設計手法を紹介します。
Interfacing an Image Sensor to EZ-USB® FX3™ in a UVC Framework: AN75779
DescribesFX3によりイメージセンサからUSBホストへイメージをストリーミングする、USB video class (UVC) のビデオストリーミングアプ
リケーションについて説明します。
EZ-USB FX3 Development Kit (CYUSB3KIT-001) のページ: CYUSB3KIT-001
EZ-USB FX3 HD 720p Camera Kit のページ: FX3 HD Camera Kit
ソフトウェア開発キット (SDK): EZ-USB FX3 SDK
Eclipse IDE、ARM GCC、サイプレスUSB 3.0ドライバ、コード例、『FX3 Programmers Manual』、『API Guide』が付属しています。
GPIF II Designer: GPIF II Designer
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Tech lead: RAJV
参考資料およびURL: ソリューションについて学習しソリューションの採用を決定するために役立つ資料に関する包括的な情報を提供すること。
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