GMSL（ギガビット マルチメディア シリアル リンク）とFPD-Link（フラットパネルディスプレイリンク）は、広帯域長距離伝送用の組み込みビジョンで使用される最も一般的なインターフェースの2つです。そして、2つのシリーズの中でGMSL2とFPD-Link IIIは、その機能、性能、ハイエンドカメラ用途への幅広い採用により、最も人気を集めた製品といえます。
GMSL2とFPD-Link IIIは、機能的には非常に似ていますが、構造やアーキテクチャ上の相違点がいくつかあります。この記事では、機能、アーキテクチャ、パフォーマンス、アプリケーションなど、2つのインターフェースをエンドツーエンドで比較するために書かれています。
GMSL2とFPD-Link IIIインターフェースを支える基盤技術
GMSL2とFPD-Link IIIはどちらもSerDesベースのデータ伝送手法です。SerDesは、パラレルデータを送信側でシリアルストリームに変換し、受信側でパラレルデータに戻すことで、データ伝送の速度を向上させるために開発された技術です。
パラレル・データのシリアル・ストリームへの変換はシリアライザーと呼ばれるものを使用して行われ、パラレル・データへの変換はデシリアライザーを使用して戻されます。そのため、SerDes (シリアライザー/デシリアライザー) という名前がついています。
SerDesテクノロジーの主な利点は次のとおりです。
- 長距離伝送を非常に低遅延で高速に実現します。
- SerDesのインターフェースとケーブルは衝撃や振動に対して高い耐性を持っています。そのため、過酷な産業環境での使用に適しています。
- 主に自動車向けに設計されていますが、GMSLとFPD-Linkは産業用グレードであるため、AMR（自律移動ロボット）やその他の自動運転車やマニュアル車など、他の用途にも使用できます。
GMSL2カメラとは?
GMSL2カメラ はGMSL2インターフェースを使用してカメラからホストにデータを送信します。 Maxim Integratedは（GMSLインターフェースの設計者）は、GMSLインターフェースファミリーを以下のように定義しています。
ギガビットマルチメディアシリアルリンク（GMSL）シリアライザーおよびデシリアライザー（SerDes）は、進化する自動車情報システムおよび先進運転支援システム（ADAS）をサポートするために必要な広帯域、複雑な相互接続、およびデータ整合性の要件を完全にサポートする高速通信ICです。
GMSLファミリーの最新テクノロジーは、GMSL3テクノロジーですが、GMSL2はより高度で、FC（フォワードチャネル）とBC（バックワードチャネル）の帯域幅でそれぞれ6Gbps＆187Mbpsでデータを送信する能力を持ち、現代のほとんどの組み込みビジョンアプリケーションで機能します。接続は同軸のシールド付きツイストペア（STP）ケーブルまたはシールド付きパラレルペア（SPP）ケーブルを使用して行われます。
GMSLカメラのブロック図を次に示します。
図1 – GMSLカメラシステム
GMSL2はMIPI＆パラレルフォワードインターフェースとI2C＆UARTバックワードインターフェースをサポートしています。これにより、送信がスムーズで便利になります。また、最大15メートルの距離までデータを送信できます。
FPD-Link IIIカメラとは？
FPD-Link IIIはTexas Instruments社が開発した長距離伝送インターフェースです。インターフェースの作成者は、ADAS、 セキュリティ&監視カメラ、 産業システム、 医療用画像などのアプリケーションにFPD-Link IIIを位置付けています。GMSL2と同様に FPD-Link IIIカメラ も最大15mのデータ伝送距離を提供します。
帯域幅に関しては、FPD-Link IIIはFCとBCでそれぞれ4.16Gbpsと50Mbpsの帯域幅を提供しています。さらに、インターフェースでサポートされている片端同軸またはシールドツイストペア（STP）ケーブルは自動車グレードで、自動車からロボット、トラクターまで、さまざまな車両に使用できます。
FPD-Link IIIは、D-PHY v1.2およびCSI-2 v1.3に準拠したシステムインターフェースで、各レーン832Mbpsで最大4つのデータレーンをサポートします。さらに、追加の帯域幅を有効にするための4つの仮想チャンネルもサポートしています。
GMSL2 カメラと FPD-Link III カメラの比較 – 機能ごとの比較
2つのインターフェースが何かわかったところで、GMSL2とFPD-Link IIIの技術的な特徴と仕様を並べて比較してみよう。
次の表は、同じ内容を示しています。
| 機能/パラメータ | FPD-Link III | GMSL2 |
| 制御信号インターフェース | I2C | I2C & UART |
| 映像信号インターフェース | 4レーンMIPI CSI 2 | MIPI & パラレルインターフェース |
| ICパッケージサイズ | 5mm x 5mm | 7mm x 7mm |
| 動作温度 | –40℃～+125℃ | –40℃～+125℃ |
| FC&BCの帯域幅 | 4.16Gbpsと50Mbps | 6Gbpsと187Mbps |
| GPIO対応 | 4 | 10 |
| オーディオ伝送 | 可能 | 不可 |
| 同期 | 可能 | 可能 |
| 最大ケーブル長 | 15m | 15m |
表1 – GMSL2とFPD-Link IIIの機能比較
数ある機能のうち、最も重要な機能のいくつかを詳しく説明します。
- 帯域幅
- 伝送距離
- EMI/EMC性能
- 仮想チャンネルのサポート
- マルチカメラ対応
- プラットフォームの互換性
帯域幅
帯域幅の点で GMSL2 と FPD-Link III がどのように機能するかをすでに確認しました (表1を参照)。 GMSL2 は FPD-Link III よりもわずかに優れていると言えます。 ただし、どちらのインターフェイスも、新時代のカメラベースの組み込みシステムのデータ転送ニーズを満たします。
伝送距離
2 つのインターフェースは、画像データとビデオ データを送信できる距離の点で互角です。 GMSL2 および FPD-Link III には、ホストから 15 メートル離れた場所に設置されたカメラを接続する機能があります。
EMI/EMC性能
GMSL2カメラ はスペクトラム拡散機能とHIM（高イミュニティモード）を備えた設計となっています。これにより、より信頼性の高いリバースチャネル通信を実現します。これによりEMI（電磁干渉）性能やEMC（電磁適合性）耐性が向上します。
FPD-Link IIIに関しては、EMI/EMCを軽減するためのオプションとして、このインターフェイスは、最大±0.5%の振幅偏差または最大1%の振幅偏差(情報源:Texas Instruments)およびクロックソースからの最大33 kHzの周波数変調を伴うスペクトラム拡散クロッキング (SSC) プロファイルを備えたREFCLKに耐えることができます。
そのため、FPD-Link IIIはEMCまたはEMI性能に適しています。
仮想チャンネルのサポート
SerDes技術であるため、GMSL2とFPD-Link IIIは仮想チャンネルをサポートするように設計されています。デュアル4レーンMIPI CSI-2の場合、GMSLデシリアライザーは最大16個の仮想チャンネルIDを効果的にデコードできます。一方、FPD-Link IIIは最大4つの仮想チャンネルをサポートします。
マルチカメラ対応
GMSL2、FPD-Link IIIともに同期ストリーミングが可能なマルチカメラ構成に対応。FPD-Link IIIでは、コンパニオンデシリアライザーとともに、シリアライザーが正確なマルチカメラセンサークロックとセンサー同期を実現します（FPD-Link IIIカメラのアーキテクチャについては、図2をご参照ください ） 。
プラットフォームの互換性
GMSL2およびFPD Link IIIカメラは、市場で一般的な処理プラットフォームのほとんどに対応しています。しかし、カメラキットは目的のプラットフォームで容易に評価できるように設計する必要があります。
例えば、当社のGMSL2とFPD-Link IIIカメラは、NVIDIA Jetson AGX Orin、AGX Xavier、Xavier NX、TX2 NX、Nanoなどのプラットフォームに対応しています。当社の2つのインターフェース用カメラの完全なポートフォリオの詳細については、 GMSL2カメラ と FPD Link IIIカメラ のページをご参照ください。
最後に
GMSL2とFPD-Link IIIは、ほとんどの機能に関して非常によく似ています。組み込みビジョンシステムに適したインターフェースの選択は、さまざまな要因を考慮して行う必要があります。製品開発のために1つを選択する前に、常に当社のようなイメージングの専門家の支援を受けることをお勧めします。
組み込みビジョンシステムに最適なカメラを見つけるには、次のページをご覧ください。
- カメラセレクター (カメラの全ポートフォリオを見る)
- GMSL2カメラ （当社のGMSL/GMSL2カメラをすべて表示する）
- FPD-Link IIIカメラ (当社のFPD-Link IIIカメラを閲覧するため)
デバイスへのカメラの組み込みに関するサポートが必要な場合は、お気軽に camerasolutions@e-consystems.comまでお問い合わせください。
Prabu Kumarは、e-con Systemsの最高技術責任者兼カメラ製品責任者であり、組み込みビジョン分野で15年以上の豊富な経験があります。彼は、USBカメラ、組み込みビジョンカメラ、ビジョンアルゴリズム、FPGAに関する深い知識をも有しています。医療、工業、農業、小売、生体認証などのさまざまなドメインにまたがる50以上のカメラソリューションを構築してきました。また、デバイスドライバー開発とBSP開発の専門家でもあります。現在は、新時代のAIベースのアプリケーションを強化するスマートカメラソリューションの構築に全力を注いでいます。