インダストリアルエッジのための機械学習とインテリジェントビジョン

NXPのi.MX8M Plusアプリケーションプロセッサは、消費者向けアプリケーションと産業分野向けの機械学習とインテリジェントなビジョンを実現します。このプロセッサの機能と、組み込みビジョンシステムでの使用方法について説明します。

製造および産業プロセスの自動化の増加により、インテリジェントなビジョンベースのシステムに対する需要が高まっています。これらのシステムは視覚的な入力をキャプチャし、さまざまな処理技術を使用してその入力に基づいて決定を下します。これらのビジョンシステムは、多くの場合、より大規模な制御システムに統合されているため、他のデバイスとのリアルタイム通信が可能である必要があります。

NXPのi.MX8M Plusアプリケーションプロセッサは、機械学習と、産業用エッジおよびその他のさまざまなアプリケーション向けのインテリジェントなビジョンを実現します。この記事では、i.MX 8M Plusアプリケーションプロセッサの機能と、組み込みビジョンシステムでの使用方法について詳しく説明します。

エッジコンピューティングの利点

クラウドコンピューティングを利用する場合、ユーザーはローカルネットワークの範囲外の計算リソースに依存します。エッジコンピューティングを使用すると、処理の多くがローカルネットワークの範囲内に戻され、その結果、機密データをローカルネットワーク内に保持することもできます。

エッジデバイスは、さまざまなタスクを実行できます。クラウドコンピューティングのパラダイムでは、データのフィルタリング、前処理、保存またはバッファリングによく利用されていました。統合神経処理装置（NPU）などの新しい進歩により、エッジデバイスで実現できる可能性が広がります。カメラ入力などのさまざまなデータソースに基づいて決定を下し、ユーザーがローカルネットワーク内に重要なデータを保持できるようにするエッジデバイス。これにより、クラウドにアップロードする必要のあるデータの量が減り、システムの全体的な信頼性とセキュリティが向上します。また、データをクラウドに送信して制御応答を待機すると遅延が増加し、クラウドコンピューティングアーキテクチャが一部のアプリケーションに対応できなくなるため、リアルタイムの意思決定が高速化されます。

図1。 NXPのi.MX8MPlusアプリケーションプロセッサ評価キット

組み込みのNPUを使用すると、エッジ処理システムは、カメラなどの入力デバイスからの不要な結果やノイズの多い結果を破棄し、関連するデータセットのみをクラウドにアップロードできます。これにより、ローカルサイトの帯域幅が節約され、クラウドで必要なストレージと処理の量が削減され、その結果、長期的な運用コストが削減されます。

i.MX 8MPlusアプリケーションプロセッサ

NXPは、2つのMIPI CSIカメラインターフェイスと最大12メガピクセルのサポートされた解像度を持つデュアルカメライメージシグナルプロセッサ（ISP）を統合することにより、新しいi.MX 8Mplusアプリケーションプロセッサでビジョンベースのアプリケーションを実現するのに役立ちます。 2.3機械学習を高速化するTOPSニューラルプロセッシングユニット（NPU）。

統合されたISPは、システム全体の複雑さ、コスト、および電力要件を軽減すると同時に、特に2メガピクセル以上の解像度で最適なイメージングソリューションを提供します。 i.MX 8M Plus SoCのマルチメディア機能には、ビデオのエンコードとデコード、2Dおよび3Dグラフィックアクセラレーション、オーディオおよび音声機能も含まれます。

i.MX 8M Plusプロセッサは、2つのギガビットイーサネットコントローラなどの通信インターフェイスをもたらします。 1つは時間依存型ネットワーキング（TSN）に対応しており、もう1つはオーディオビデオブリッジング（AVB）をサポートしています。このデバイスには、デュアルCAN-FDインターフェイス、2つのUSB 3.0 / 2.0ポート、1つのPCIe gen 3.0インターフェイス、および3つのSDIO3.0コントローラーも含まれています。

i.MX 8M Plus SoCは、開発者にいくつかの異なるプログラム可能な処理コアを提供することにより、ヘテロジニアスコンピューティングを利用します。 Arm®Cortex®-A53コアはYoctoLinux®で有効になり、アプリケーション開発者に有効になります。統合されたM7コアは、リアルタイムのパフォーマンスを提供します。または、低電力動作モードを有効にするために使用できます。

図2。 この評価ボードは、i.MX 8MPlusを既存の機器に接続するために利用できるさまざまなポートを紹介しています。

多くの製造および制御アプリケーションには、高い信頼性が必要です。高い信頼性を確保するために、NXPにはDRAMインラインECCサポートとオンチップRAM上のECCが含まれており、メモリエラーを検出して修正します。

上記のすべての機能を組み合わせると、i.MX 8M Plusアプリケーションプロセッサは、エッジでビジョンベースの組み込みシステムを実現するのに非常に適しています。これらのシステムは、生産ラインで欠陥のあるアイテムを検出する工場の品質管理メカニズムから、自動化された気候およびセキュリティコントローラーなどのインテリジェントなスマートホームコントローラーまで多岐にわたります。

図3。 i.MX 8MPlusプロセッサはさまざまなアプリケーションで動作します。

極端な動作条件、寿命、および信頼性

多くの産業ユースケースでは、フィールドで長期間実行できるプロセッサが必要です。 i.MX 8M Plusアプリケーションプロセッサは産業用に認定されており、-40°Cから105°Cまでの拡張温度範囲で最大10年間動作できます。

さらに、このデバイスは、NXPの15年間の寿命プログラムの一部であり、製品の発売後15年間の供給を保証します。これにより、i.MX 8M Plusプロセッサは、認定要件またはソフトウェア開発のタイムラインの延長により、製品のライフサイクルを大幅に延長する必要のあるアプリケーションで機能します。

ユースケース

i.MX 8M Plusアプリケーションプロセッサは、産業用コントローラからエネルギー効率の高い民生用デバイスに至るまで、さまざまなアプリケーションでの使用に最適です。対象となるアプリケーションには、産業用HMI、自動化コントローラー、マシンビジョンシステム、医療機器、ホームセキュリティと監視、および車両管理が含まれます。 i.MX 8MPlusプロセッサの製品ページでi.MX8MPlusのすべてのターゲットアプリケーションのリストを見つけてください。

次の3つのアプリケーションノートは、いくつかのユースケースと研究に焦点を当てています。

1. ハードウェアセキュリティモジュールでのコード署名ツールの使用
2. CAAMセキュアキーを使用した公開キー暗号化の強化
3. i.MX 8M PlusNPUウォームアップ時間

i.MX 8M PlusSoCの評価を可能にするボードもいくつかあります。

• DART-MX8M-PLUS
• MSC SM2S-IMX8PLUS
• i.Core MX8M Plus
• phyCORE-i.MX 8M Plus

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