SuperSpeed USB, oder auch USB 3.0, ist die nächste Generation der populären Plug-and-Play Kommunikationsschnittstelle Universal Serial Bus. Sie wird vom USB Implementers Forum (USB-IF) verwaltet. Bei ihrer Entwicklung wurde auf den Stärken von USB 2.0 aufgesetzt, gleichzeitig wurden aber viele der Einschränkungen aufgehoben.

Die bei der Bulk-Transfer-Methode effektiv verfügbare Bandbreite beträgt ungefähr 400 MByte/s.  Dies ist ungefähr 10 mal mehr als bei USB 2.0 und 5 mal mehr als bei 1394b. Damit können mit USB 3.0 die Vorteile genutzt werden, die sich aus der Geschwindigkeit und der Auflösung der neuesten Multi-Megapixel Sensortechnologie ergeben. 

Die praktische Bandbreite ist abhängig vom USB 3.0 Chipsatz und dem Chipsatz auf dem Motherboard. Einige Motherboards von Intel schränken zum Beispiel das PCIe Gen 2.0 x1 Interface auf die Geschwindigkeit von Gen 1.0 ein (2,5 Gb/s anstelle von 5 Gb/s). Klicken Sie hier für eine Zusammenfassung der von Point Grey empfohlenen Hardwarekonfigurationen.

In einem Streaming-Test erzeugten zwei Flea3 Kameras (1x 1.920x1.080 @ 60fps und 1x 1.280x1.024 @ 125 fps), die an eine gemeinsame Point Grey U3-PCIE2-2P01 Gen 2.0 PCIe Karte angeschlossen waren, erfolgreich Bilddaten mit insgesamt mehr als 280 MByte/s.

USB 2.0 setzt eine hostgesteuerte Architektur (auch als Master-Slave bekannt) ein, bei der jede Transaktion entweder vom Master (der Hostcomputer) kommt oder zu ihm geht. Es handelt sich um eine sogenannte Halb-Duplex-Kommunikation, bei der Daten immer nur in eine Richtung gleichzeitig übertragen werden. Bei USB 3.0 kommen fünf weitere Drähte hinzu, sodass Stecker und Kabel über insgesamt neun Drähte verfügen. Als Datenschnittstelle kommt ein Unicast-Dual-Simplexinterface zum Einsatz, das gleichzeitige Datenflüsse in beide Richtungen erlaubt und eine deutliche Verbesserung gegenüber dem unidirektionalen Kommunikationsmodell von USB 2.0 darstellt.

USB 3.0 ist nach wie vor ein hostgesteuertes Geräteprotokoll, verwendet aber asynchrone Benachrichtigung, die einem Gerät ermöglicht, den Host zu informieren, wenn es zum Datentransfer bereit ist. Dies reduziert die Systembelastung und CPU-Auslastung beträchtlich im Vergleich zum Polling-Mechanismus bei USB 2.0. Eine Vielzahl weiterer Protokollverbesserungen, wie z. B. Streamingsupport für Bulk-Transfers und eine effizientere Token-/Daten-/Handschake-Sequenz erhöhen die Systemeffizienz und reduzieren den Stromverbrauch.

Ja. Bis heute haben mehr als 250 Produkte den Zertifizierungstest für SuperSpeed USB bestanden, darunter Motherboards, Notebooks und Netbooks, Add-in-Karten sowie die xHCI und physischen Layer (PHY) Chips selbst. Peripheriegeräte (Karten, Kabel, Motherboards usw.) stehen zur Verfügung. Voraussichtlich wird USB 3.0 ab 2015 auf allen PCs verfügbar sein wird.

Ja. Obwohl das USB 3.0 Kabel fünf neue Drähte enthält, ist es dennoch mit USB 2.0 kompatibel und ermöglicht den Benutzern somit, ihre bestehenden USB 2.0 Peripheriegeräte auch mit einem USB 3.0-fähigen Computer bzw. USB 3.0 Geräte mit ihrem bestehenden Computer zu nutzen. Die USB 3.0 Stecker des Standards A sind rückwärtskompatibel mit USB 2.0, verfügen aber über neue Pins für die USB 3.0 Signale. Auch die neuen Stecker des Standards B sowie die weiblichen Micro-AB-Stecker sind rückwärtskompatibel. Mit USB 3.0 werden auch neue Micro-B und Micro-A Stecker und Steckbuchsen eingeführt.

USB 3.0 bietet im Vergleich zu USB 2.0 ein effizienteres Leistungsmanagement sowie eine erhöhte Leistungsabgabe. Die Höhe der Stromaufnahme für im SuperSpeed-Modus arbeitende USB 3.0 Geräte beträgt zurzeit 900 mA, wodurch sich eine Erhöhung der Gesamtleistungsabgabe von 2,5 W auf 4,5 W (bei 5 V) ergibt. Die USB Batterielade-Spezifikation 1.2 ermöglicht bis zu 7,5 W. USB 3.0 bietet auch eine verbesserte Verwaltung von Energiespar-Modi, je nachdem ob ein Gerät aktiv ist oder nicht, und macht ineffizientes Polling unnötig.

Ja. Alle USB 3.0 Geräte müssen Spread-Spektrum-Clocking (SSC) verwenden, welches das Signal moduliert um die Energie über ein breiteres Frequenzband zu streuen. SSC wird eingesetzt, um die niedrigen Grenzwerte für elektromagnetische Strahlung einhalten zu können.

Der USB3 Vision Standard wird speziell entwickelt, um ein gemeinsames Interface zur Steuerung von USB 3.0 Kameras anbieten zu können. Der Standard wird von der Automated Imaging Association (AIA), der globalen Handelsvereinigung für die Vision- und Bildgebungsbranche gepflegt. Die Einführung ist für 2012 vorgesehen. Derzeit folgen Point Grey Kameras der  IIDC-Spezifikation. Sobald  USB3 Vision verabschiedet ist, wird Point Grey diesen Standard unterstützen.

Nein, die Flea3 verwenden dasselbe IIDC v1.32 Kamerasteuerungsprotokoll wie alle anderen FireWire und USB Kameras von Point Grey.

Windows 7 bietet keine native USB 3.0 Unterstützung. Nach Aussage von Microsoft wird Windows 8 allerdings USB 3.0 unterstützen. Apple hat noch keine genauen Pläne zur nativen Unterstützung von USB 3.0 in ihren Betriebssystemen bekanntgegeben. Linux unterstützt USB 3.0 ab der Kernelversion 2.6.31 von September 2009, die derzeitige Implementierung unterstützt allerdings Videostreaming-Anwendungen nicht ausreichend. Point Grey arbeitet aktiv mit der Open-Source-Community von Linux zusammen an einer geeigneten Implementierung. Die Einführung des Supports auf Kernelebene wird im ersten Halbjahr 2012 erwartet.

Um die mangelnde Unterstützung von USB 3.0 in diesen populären Betriebssystemen zu umgehen, hat Point Grey mit dem PGRXHCI einen eigenen xHCI-Treiber entwickelt, mit dem die Benutzer Point Grey USB 3.0 Kameras unter Microsoft Windows 32- und 64-Bit Betriebssystemen verwenden können. Alternativ kann auch der Treiber des Herstellers des USB 3.0 Host-Controllerchipsets  zusammen mit dem PGRUSBCAM-Treiber auf Kameraebene von Point Grey verwendet werden.

Eine Schnittstelle, die alle Erfordernisse bezüglich Bandbreite, Kabellänge, Preis und so weiter optimal abdecken könnte, wäre eindeutig der klare technische Gewinner. In der Realität sind die Kundenanforderungen jedoch zu unterschiedlich, als dass eine Schnittstelle sie alle erfüllen könnte.

Nachfolgend finden Sie einen allgemeinen Vergleich der wichtigsten Datenschnittstellen, die in heute eingesetzten industriellen Kameras üblicherweise verfügbar sind. Beachten Sie bitte, dass einige der in dieser Tabelle vorgestellten Informationen subjektiv sind und dass die Leistung der einzelnen Schnittstellen von der exakten Systemkonfiguration abhängt, in der sie eingesetzt werden.

	FireWire-b	Gigabit Ethernet	USB 2.0	USB 3.0	Camera Link	Sieger	Zweiter Platz
Bandbreite	80 MByte/s	100 MByte/s	40 MByte/s	400 MByte/s	680 MByte/s (8-tap)	Camera Link	USB 3.0
Kabellänge	10 meters	100 meters	5 meters	5 meters	10 meters	GigE	1394b
Strom plus Daten über ein Kabel	Ja (45 W)	Ja mit POE (15 W)	Ja (2.5 W)	Ja (4.5 - 7.5 W)	Ja mit POCL (4 W)	1394b	GigE
Verbraucher-akzeptanz	Gut	Gut	Exzellent	Gut -> Exzellent	None	USB 2.0	USB 3.0
Mehrere Kameras	Exzellent	Gut	Ausreichend	Exzellent	None	1394b	USB 3.0
Standard-Kamerasteuerung	Ja - IIDC	Ja - GigE Vision	Nein	In progress - USB3 Vision	Ja - Camera Link	Kein USB 2.0…
CPU-Verwendung	Gering	Mittel	Hoch	Gering	Mittel	1394b	USB 3.0
Gesamtkosten*	Mittel	Mittel	Gering	Gering	Hoch	USB 2.0	USB 3.0

*Framegrabber + Kabel+ Stromversorgung

 

Die maximale Kabellänge ist im USB 3.0 Standard nicht explizit festgelegt. Der Standard beschreibt allerdings das Verhältnis von Kabeldurchmesser zu maximaler Kabellänge, um die Anforderungen bezüglich Spannungsabfall und Dämpfung zu erfüllen. So kann ein Kabel durchaus bis zu 5,3 Meter lang sein und immer noch die Anforderungen  für USB 3.0 erfüllen. USB 3.0 Hubs und Repeater sind bereits in Produktion und werden von  Firmen wie Diamond und IOI angeboten. Firmen wie Newnex arbeiten an Lösungen für Kabel mit Signalkorrektur sowie an optischen Lösungen um größere Distanzen zu überbrücken. Point Grey bietet ein getestetes 3-Meter-Kabel mit einem verriegelbaren Micro-B-Stecker an  und arbeitet bereits an geeigneten längeren Kabeln.

USB 3.0 funktioniert in vielerlei Hinsicht ähnlich wie FireWire, eine der populärsten digitalen Schnittstellen der Branche. Wie FireWire liefert auch USB 3.0 sowohl Strom als auch Daten über ein einziges Kabel. Die verbesserte Leistung mit 4,5 W Stromabgabe (in Zukunft auf 7,5 W erhöht) ist für die heutigen Bildsensoren mit hohen Bildraten sehr gut geeignet. Schraubengesicherte USB 3.0 Stecker und hoch flexible Schleppkabel werden derzeit entwickelt.

USB 3.0 unterstützt auch direkten Speicherzugriff (DMA), womit Daten vom Hauptspeicher gelesen oder in den Hauptspeicher geschrieben werden können, ohne den Weg über die CPU zu gehen. Asynchrone Benachrichtigung ersetzt den Polling-Mechanismus von USB 2.0, wodurch die Prozessorauslastung weiter reduziert wird

In einem Netzwerk können theoretisch 255 Einheiten angeschlossen werden, in der Praxis wird die Anzahl jedoch vom Host-Controller bestimmt. Heute verfügbare Host-Controller unterstützen bis zu 30 Geräte (Hubs werden als Gerät mitgezählt). Point Grey führt Langzeittests mit 24 Kameras durch, die  über  3 Hostadapter und sechs Hubs mit jeweils 4 Ports an einen PC angeschlossen sind

USB 3.0 ist nach wie vor ein Host-basiertes Geräteprotokoll, verwendet aber eine Unicast-Dual-Simplex-Datenschnittstelle, mit der Daten gleichzeitig in beide Richtungen übertragen werden können. Des Weiteren verwendet USB 3.0 asynchrone Benachrichtigung, die es einem Gerät ermöglicht, dem Host mitzuteilen, dass es für den Datentransfer bereit ist. Dies reduziert die Systembelastung und CPU-Auslastung beträchtlich im Vergleich zum Polling-Mechanismus bei USB 2.0. Eine Vielzahl weiterer Protokollverbesserungen, wie z. B. Streamingsupport für Bulk-Transfers sowie eine effizientere Token-/Daten-Handshake-Sequenz verbessern die Systemeffizienz und reduzieren den Stromverbrauch.

Im Allgemeinen wird die CPU-Auslastung geringer sein als bei USB 2.0 und GigE und eher der von FireWire entsprechen. In einem Streaming-Test erzeugten  zwei Flea3 Kameras, die an eine gemeinsame Point Grey U3-PCIE2-2P01 Gen 2.0 PCIe Karte angeschlossen waren, erfolgreich Bilddaten mit insgesamt mehr als 280 MByte/s. Die Bilder wurden verarbeitet und auf einem Monitor dargestellt. Der Intel i7 PC, auf dem der Test durchgeführt wurde, lief unter Windows 7, die CPU-Auslastung lag zwischen 1 und 2 %.

Thunderbolt ist eine neue Hochgeschwindigkeits-Schnittstellentechnologie, die eine Bandbreite von ungefähr 10 Gbit/s bietet und DisplayPort und PCI Express (PCIe) Schnittstellen kombiniert. Es ist noch nicht klar, ob es für Thunderbolt eine Zukunft als digitale Schnittstellentechnologie für industrielle Kameras geben wird. Es ist klar, dass USB 3.0 im Konsumentenbereich sehr schnell allgegenwärtig und eine der vorherrschenden Schnittstellen in der Visionsbranche sein wird.

Klicken Sie hier für eine detaillierte Untersuchung von Thunderbolt und einen Vergleich mit USB 3.0.

Point Grey's USB 3.0 Produkte sind eine brachenführende Innovation und bieten ein exzellentes Preis-Leistungsverhältnis. Eine zuverlässige Bildgebung aus einer Hand, schnelle Übertragunsraten und eine einfache Handhabung sind nur einige Vorteile der USB 3.0 Produkte von Point Grey.

Die ultrakompakte Flea3 FL3-U3 misst nur 29 x 29 x 30mm und bietet eine Vielzahl an kostengünstigen CMOS Bildsensoren mit hoher Geschwindigkeit in einem Bereich von 1,3 bis 3,2 Megapixeln. Im Unterschied zu anderen Herstellern haben wir unsere eigene Link-Layer-IP für USB 3.0 entwickelt, die in einem FPGA implementiert wurde. Die vollständige Kontrolle über die Kerntechnologie gibt uns die Flexibilität, zu entscheiden, welche Funktionen entwickelt werden und in welchen Zeitabständen Firmware-Updates veröffentlicht werden, ohne auf Drittanbieter von Chips angewiesen zu sein.

Alle USB 3.0 Kameras von Point Grey verfügen über eine schraubengesicherte Verbindung, die das Risiko einer ungewollten Trennung der Verbindung minimiert. Zu den weiteren einzigartigen Funktionen, die die Zuverlässigkeit von USB 3.0 erhöhen, zählen ein 32 MByte-Bildspeicher für die erneute Übertragung von Bildern; Überwachung von Leistung, Temperatur und Status der Kamera sowie die Möglichkeit, Firmware-Updates im Feld durchzuführen.

Point Grey hat unzählige Tests durchgeführt, um die Geschwindigkeit und die Zuverlässigkeit der Bildgebung zu gewährleisten. Dazu zählen:

• Langzeit-Streamingtests, die an 7 Tagen in der Woche rund um die Uhr durchgeführt werden, damit auch schwer reproduzierbare Fehler gefunden werden können.
• Entwicklungs-Revisionstests, bei denen z. B. 2 Kameras mit 1.920 x 1.080 bei 60 fps mindestens 3 Tage im Dauertest laufen und dabei pro Test mehr als 31 Millionen Bilder aufnehmen.
• Tausende von Tests, bei denen Kameras angeschlossen und wieder entfernt werden.
• Kabeltests unter Verwendung des Hochgeschwindigkeits-Verbindungstesters von Quantum Parametrics.

Die Modelle der Serie Flea3 FL3-U3-13S2 basieren auf Monochrom- und Farbversionen des Sony® IMX035, einem qualitativ hochwertigen CMOS Sensor, der Bilder mit 1,3 Megapixel (1.328 x 1.024) bei 120 FPS liefern kann. Die FL3-U3-32S2 basiert auf dem Sony® IMX036, der Bilder mit 3,2 Megapixel (2.080 x 1.552) bei 60 FPS liefern kann. Beide Sensoren nutzen Sonys Exmor™ Technologie, die die Geschwindigkeit von CMOS Sensoren mit Bildsensortechnologien höchster Qualität aus der CCD-Entwicklung kombiniert. Die beiden Sensoren unterstützen HD 720p bzw. 1.080p.

Point Grey wird die Produktreihe Flea3 auch weiterhin mit neuen Modellen auf Basis des VITA1300 Sensors von ON Semiconductor (zuvor Cypress), einem 1,3 Megapixel 1/2 Zoll CMOS mit globalem Shutter und einer Bildrate von 150 FPS, ausbauen.

Point Grey bietet eine Low-Profile PCI Express Gen 2.0 USB 3.0 Karte an. Zu den Vorteilen der Point Grey Karte zählen unter anderem:

• Zwei SuperSpeed USB Anschlüsse
• Interner Stromanschluss
• Sowohl Standard als auch Low-Profile Montageplatten
• Datenübertragungsraten von 5 Gbit/s

In der Karte ist ein erweiterbarer Chip mit Host-Controller-Interface Fresco Logic FL1009 (xHCI) verbaut, der gegenüber anderen verfügbaren Chipsets eine deutliche Leistungsverbesserung bietet. Für verbesserte Streamingperformance und erweiterte Bus-Diagnostik kann optional der low-level USB 3.0 xHCI-Treiber von Point Grey auf der Karte eingesetzt werden. In Szenarien mit limitierter Bildrate erreicht unsere Karte eine höhere Rate verarbeiteter Bilder als andere verfügbare Karten. Point Grey minimiert die Abhängigkeit von Chipset- und Betriebssystemanbietern beim Lösen von Problemen bzw. beim Erhalten von Unterstützung für Treiber. Jede der von uns gefertigen Karten wird vor dem Versand eingehend getestet.

Klicken Sie hier  für eine Zusammenfassung der von Point Grey empfohlenen Hardwarekonfigurationen. Point Grey bietet eine Reihe von geeignetem USB 3.0 Zubehör.

Ja, eine Point Grey USB 3.0 Kamera kann an einem USB 2.0-Bus angeschlossen werden und mit der Geschwindigkeit von USB 2.0 betrieben werden. Die Kamera muss in diesem Fall den Kameratreiber PGRUSBCAM verwenden, der zusammen dem FlyCapture SDK kostenlos von unserer Webseite heruntergeladen werden kann. Point Greys low-level-Treiber PGRXHCI unterstützt derzeit kein USB 2.0.

Benutzern, die ihre eigenen Anwendungen für ihre Point Grey FireWire oder USB 2.0 Kameras unter Verwendung unseres FlyCapture SDKs entwickelt haben, wird der Umstieg auf USB 3.0 relativ leicht fallen. Das FlyCapture SDK ist ein kostenloses Softwarepaket zur Bildaufnahme und Steuerung von digitalen Point Grey Kameras. Das vereinfachte und objektorientierte Interface des SDKs ist so konzipiert, dass Softwareentwickler Anwendungen schneller und einfacher programmieren können. Die Hardwareabstraktionsschicht (HAL) ermöglicht die nahtlose Verbindung sämtlicher Point Grey Kameras der Modelle FireWire, USB 2.0, USB 3.0 oder GigE Vision an das Hostsystem. Eine gemeinsame Programmierschnittstelle (API) ermöglicht es ,eine USB 3.0 Kamera mit minimalem Aufwand in bestehende Software zu integrieren.

Zurzeit synchronisieren Point Grey Kameras die Belichtung nicht automatisch mit anderen Kameras auf dem gleichen USB 3.0 Bus, so wie man es von Point Grey FireWire Kameras gewohnt ist. Um eine Synchronisierung zu erreichen, müssen die Kameras extern getriggert werden. Die Kameras können sowohl über Hardware (ein externes elektrisches Signal) als auch über Software (ein Softwarebefehl an die Kamera) getriggert werden. Beachten Sie bitte, dass die maximale Rate, bei der die Kameras getriggert werden können, geringer sein kann als die maximale Bildwiederholrate im Free-Running Modus

Die Flea3 Kameras von Point Grey verwenden Bulk-Transfer (garantierte Übertragung) statt isochronem Transfer (garantierte Bandbreite).

Nein, die Flea3 verwenden dasselbe IIDC v1.32 Kamerasteuerungsprotokoll wie alle anderen FireWire und USB Kameras von Point Grey.