Brevet FR3099597A1 — publié le 20210205

Description Titre de l'invention : Carte électronique Domaine technique [0001] La présente invention concerne le domaine des cartes électroniques et notamment des cartes électroniques d'acquisition de données comprenant au moins un circuit intégré reprogrammable communément nommé FPGA, signifiant en langage anglo-saxon Field-Programmable Gate Array. État de la technique [0002] La présente invention traite notamment d'une carte électronique d'acquisition de données en haute-définition et le prétraitemcnt en temps réel des données en haute-définition par ladite carte électronique d'acquisition. La carte électronique d'acquisition transmet ensuite ces données prétraitécs à un processeur implanté par exemple dans un même ordinateur que la carte électronique d'acquisition. Le processeur met en oeuvre une application dc traitement et d'utilisation des données pré-traitées. L'évolution de la taille des données, de leur vitesse d'acquisition requiert des disponibilités en termes de ressources dc traitement au niveau processeur de plus en plus importantes. [0003] L'évolution des capacités de traitement des FPGA fait qu'il est maintenant courant de déporter une partie des traitements du processeur sur le FPGA pour délester le processeur dc certains traitements de données. Résumé de l'invention 100041 La présente invention a pour objet une carte électronique d'acquisition de données provenant d'au moins un automate relié à ladite carte électronique. Ladite carte électronique comprend au moins un circuit intégré reprogrammable. Ladite carte électronique comprend au moins deux ports Ethernet d'entrée/sortie de données connectés à un commutateur électronique, l'un des ports Ethernet d'entrée/sortie de données étant un port dit d'acquisition de données connecté à un automate. Lesdites données sont transmises par le commutateur électronique au circuit intégré reprogrammable. Un autre des ports Ethernet d'entrée/sortie de données est un port dit de gestion. 100051 Le circuit intégré reprogrammable peut être apte à paramétrer le commutateur élec- tronique. 100061 Ladite carte électronique peut comprendre plus de deux ports d'entrée/sortie de données dont plus d'un port d'acquisition de données, chaque port d'acquisition de données étant par exemple connecté à un automate. 100071 Le port de gestion peut transmettre directement des données reçues par le com- mutateur électronique à un dispositif externe à ladite carte électronique. 2 100081 Le port de gestion peut être connecté à un système de synchronisation, ledit com- mutateur électronique pouvant alors transmettre des informations de synchronisation à au moins un automate. [0009] Le port de gestion peut recevoir une commande pour au moins un automate connecté sur un port d'entrée/sortit de données, ladite commande étant transmise à l'automate par le commutateur électronique. [0010] Un port d'entrée/sortie de données peut être connecté à un robot recevant des commandes par l'intermédiaire du commutateur électronique. [0011] Au moins un port d'entrée/sortie est connecté à un automate. [0012] Un port d'entrée/sortie de données peut être connecté à une caméra, lesdites données peuvent alors être transmises par la caméra à ladite carte électronique selon un protocole d'interface GigE Vision. [0013] Des données d'entrée peuvent être des données de télémesure. [0014] Par données de télémesure on entend notamment des données fournies par un automate comme un capteur, une caméra. [0015] La présente invention concerne également un ensemble de cartes électroniques selon l'invention, chaque carte électronique de l'ensemble des cartes électroniques étant connectée par son port de gestion au système de synchronisation. [0016] Avantageusement, l'invention permet des traitements de données volumineuses en temps réel. [0017] Un autre des avantages de l'invention est de pouvoir piloter un organe ou dispositif externe à la carte électronique. [0018] Avantageusement, l'invention permet un horodatage simple et rapide des données acquises. Présentation des figures [0019] D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la des- cription détaillée de mises en oeuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des figures annexées suivantes : [0020] [fig.1] La figure 1 représente une carte électronique d'acquisition de données selon l' invention ; [0021] [fig.2] La figure 2 représente des protocoles utilisés pour la transmission de données vidéos ; [0022] [fig.3] La figure 3 représente un système composé de cartes électroniques d'acquisition connectées à un même système de synchronisation. Description détaillée 100231 L'objet de la présente invention est notamment de proposer une carte électronique d'acquisition paramétrable pour différentes applications, offrant en outre des capacités 3 d'acquisition et de prétraitement des données acquises ainsi qu'une interface de contrôle/commande. L'interface de contrôle/commande peut avantageusement être utilisée de différentes manières, chaque utilisation pouvant être paramétrée sur ladite carte électronique. [0024] La présente invention peut s'appliquer dans différents domaines tels que : l'acquisition et le traitement de données vidéos, l'acquisition et le traitement d'autres données, par exemple télémétriques. [0025] La présente invention peut s'appliquer de manière générale à tout type de réseaux de capteurs. Par exemple, l'invention peut s'appliquer au domaine de la télétransmission, permettant ainsi une gestion des capteurs et éventuellement une commande d'un robot en fonction de décisions prise à l'issue d'une analyse par unc application métier propre au domaine ciblé, des données télétransmises. [0026] La description traite, uniquement à titre d'exemple, de la gestion de données vidéo acquises à un haut débit, en utilisant notamment des interfaces répondant au standard GigE Vision. GigE Vision est une marque déposée par Automation Technologies Council. [0027] La figure 1 représente une carte électronique d'acquisition de données 7 selon l'invention. La carte électronique d'acquisition de données 7 comprend un circuit intégré reprogramrnable 2, ou FPGA pour Field Programmable Gate Array en langage anglo-saxon. [0028] La carte électronique 7 selon l'invention comprend un commutateur électronique 3 autrement dénommé Switch. Le commutateur électronique 3 est connecté à des ports Ethernet d'entrée/sortie de données 4, 5. Le commutateur électronique 3 reçoit notamment en entrée des données acquises par des automates comme des capteurs et par exemple des caméras. Il est possible d'envisager jusqu'à huit ports Ethernet connectés au commutateur électronique 3. Sur la figure 1 et pour l'exemple, quatre ports sont représentés. Le commutateur électronique 3 permet de recevoir quatre flux de données différents sur chacun des ports d'entrée de données 4. Pour l'exemple, les flux de données reçus peuvent utiliser un protocole de transmission de données vidéo 20 tel que représenté sur la figure 2. [0029] Le FPGA 2 est adapté à la réception, au décodage et éventuellement à des traitements de données 9 reçues du commutateur électronique 3. [0030] Le FPGA 2 peut notamment permettre à un utilisateur de ladite carte électronique d'acquisition de données 7 de réaliser des prétraitements sur les données qu'il reçoit avant de transmettre les données prétraitées à une unité de traitement 6 ou directement à une base de données, non représentée. [0031] Sur la figure 1, la carte électronique 7 est représentée comme étant intégrée dans un ordinateur 1. Elle peut également être externe audit ordinateur 1. [0032] Sur la figure 1, le FPGA 2 transmet des données à l'unité de traitement 6 via un bus de transfert de données 8 tel un bus PCIe 8, acronyme pour l'expression anglo-saxonne Peripheral Component Interconnect express. [0033] Dans au moins un mode de réalisation alternatif, une ou plusieurs autres unités de traitement 6 peuvent être connectées sur le bus PCIe 8 pour traiter les données transmises par le FPGA 2. [0034] Une unité de traitement 6 telle que représentée sur la figure 1, à titre d'exemple, peut comprendre au moins un processeur ou CPU, pour Central Processing Unit, sur lequel est mis en oeuvre un système d'exploitation ou OS pour Operating System, et un logiciel de pilotage de la carte électronique d'acquisition de données 7. Le logiciel de pilotage implémente une interface de programmation logicielle ou API, pour Application Programing Interface, permettant à une application métier APP d'être mise en oeuvre par l'unité de traitement 6. C'est notamment l'application APP qui exploite et traite les données reçues du FPGA 2. L'unité de traitement 6 peut également comprendre une ou plusieurs hases de données ainsi que des mémoires vives et mortes. [0035] Le commutateur électronique 3 selon l'invention comporte en outre une autre entrée/ sortie de données 5, ou cinquième port 5, connectée à un port Ethernet. [0036] Le cinquième port 5 peut être connecté à un dispositif externe 10 à la carte élec- tronique d'acquisition de données 7. [0037] Le FPGA 2 peut en outre être connecté au commutateur électronique 3 afin de le pa- ramétrer et également de paramétrer l'utilisation du cinquième port 5. [0038] Plusieurs utilisations différentes du cinquième port 5 peuvent être envisagées. Le commutateur électronique 3 dispose de plusieurs registres permettant un paramétrage dudit commutateur électronique 3, par exemple par le FPGA 2, afin de définir le ou les fonctions du commutateur électronique 3, notamment vis-à-vis des données transitant par les différents ports Ethernet 4, 5. [0039] Une première utilisation possible du cinquième port 5 peut être une utilisation de vi- sualisation directe des données reçues par le commutateur électronique 3, c'est-à-dire sans passer par le FPGA 2. Par exemple, un dispositif externe 10 peut dans une telle utilisation être un système de visualisation connecté audit cinquième port 5. Le système de visualisation peut permettre à un utilisateur de visualiser directement l'un ou les flux vidéo reçus. Il est possible, mais non obligatoire, lorsque le cinquième port 5 est utilisé à des fins de visualisation, que la transmission des flux par le commutateur électronique 3 vers le FPGA 2 soit interrompue. [0040] La première utilisation peut s'avérer particulièrement avantageuse dans le cadre d'opérations de maintenance et notamment de contrôle ou vérification du fonctionnement des automates. [0041] Une deuxième utilisation possible du cinquième port 5 peut être à des fins de syn- chronisation des flux de données transmis par le commutateur électronique 3 au FPGA 2. [0042] À cette fin, le cinquième port S est connecté à un système de synchronisation ou une horloge. Les données de synchronisation reçues peuvent être transmises aux automates tels des capteurs, des caméras afin que les automates insèrent dans les données qu'ils transmettent, des informations de synchronisation ou de datation. Une information de synchronisation peut être une date qui permettra à toutes les données d'être datées selon une même référence temporelle. Ceci permet de synchroniser entre elles les données reçues. [0043] Les données peuvent alternativement être transmises dans un délai déterminé, ou à une date précise, donnée par le système de synchronisation. [0044] Le système de synchronisation peut utiliser, pour transmettre les données de synchro- nisation, les protocoles PTP ou NTP qui sont des protocoles Ethernet de synchronisation d'horloges. Le protocole PTP, pour Précision Time Protocol, utilise une source de temps qui peut être le système de synchronisation pour fournir des données de datation. Par exemple le système de synchronisation peut être un GPS pour Global Positioning System, ou une horloge atomique. Le protocole NTP, pour Network Time Protocol, est un protocole qui permet de synchroniser, via un réseau informatique, une horloge locale de systèmes, par exemple des automates, sur une même référence horaire. [0045] Avantageusement, l'utilisation de données synchronisées selon une même référence permet, par exemple, pour des données vidéo provenant de différentes caméras filmant une même scène, de reproduire la scène en trois dimensions. [0046] Il est également possible de synchroniser les flux vidéo afin de réaliser un suivi vidéo d'un objet en déplacement, visible par une seule des caméras à la fois. [0047] Une troisième utilisation du cinquième port 5 peut être une application de commande des automates. Par exemple un dispositif de commande 10 peut être connecté au cinquième port 5 afin de transmettre des commandes à un ou plusieurs des automates connectés aux ports Ethernet 4 par l'intermédiaire dudit commutateur électronique 3. [0048] Par exemple dans le cas où un automate est une caméra, la transmission des données de commande au commutateur électronique 3 s'effectue par l'intermédiaire du cinquième port 5. Ensuite le commutateur électronique 3 transmet les données de commande à la caméra par l'intermédiaire des ports d'entrée/sortie de données 4, il est possible d'utiliser le protocole de contrôle GVCP du protocole GigE Vision. GVCP est l'abréviation de GigE Vision Control Protocol. GVCP est donc un protocole permettant de transmettre des informations de contrôle et de configuration à des caméras. Par exemple il est possible de commander une caméra pour modifier son champ de vision. 6 [0049] Alternativement, il est possible de commander tout type de capteurs en utilisant un protocole ad hoc. [0050] Un autre exemple d'utilisation de l'invention peut être dans le domaine des réseaux de distribution d'énergie, comme le gaz ou l'électricité, ou de distribution d'eau. La présente invention permet notamment de réaliser le prétraitement d'un grand nombre de données fournies en temps réel notamment par des capteurs présents sur le réseau de distribution. Avantageusement un prétraitement des données reçues par la carte électronique 7 selon l'invention permet de transmettre uniquement des données pertinentes par exemple pour la supervision du réseau de distribution en filtrant l'ensemble des données reçues ou éventuellement en les modifiant par un prétraitement. [0051] Avantageusement, la présente invention peut s'appliquer dans le domaine des réseaux de distribution d'énergie et par exemple dans la gestion des clients connectés au réseau de distribution d'énergie. Par exemple il est possible grâce à l'invention de gérer le fait qu'un client passe d'un état « consommateur d'énergie » à un état « producteur d'énergie ». Il est alors possible grâce à la carte électronique selon l'invention de reprogrammer un maillage du réseau de distribution d'énergie en fonction de l'état du client. [0052] Il est également possible que l'un des automates soit un robot et un autre automate soit un capteur. Il est alors possible de commander le robot d'après des données fournies par le capteur, et par le robot, après traitement de l'ensemble desdites données par l'application APP par exemple. [0053] Un exemple d'utilisation d'un tel dispositif est une chaine de fabrication. Des caméras peuvent être placées tout le long de la chaine de fabrication afin de pouvoir contrôler la qualité du produit au cours de sa fabrication. Sur détection d'un défaut dans le produit grâce aux données recueillies par les caméras, il est possible d'envoyer une commande à un robot qui peut être chargé d'extraire le produit défectueux de la chaine de fabrication. [0054] Alternativement, il est possible d'utiliser un tel dispositif à des fins de sécurité, par exemple pour déconnecter ou éteindre une machine si l'on détecte un problème de feu par exemple dans le local dans lequel se situe la machine. [0055] Avantageusement, une telle utilisation permet un temps de réponse très court entre la détection et l'action de l'automate. [0056] La figure 2 représente un protocole 20 qui peut être utilisé pour la transmission de données vidéo. Sur la figure 2 sont notamment représentées différentes couches protocolaires utilisées, en partant des couches protocolaires de bas niveau, c'est-à-dire proches des liaisons de données physiques, comme la première couche de protocole Ethernet ou ETH, pour aller vers des couches applicatives comme la couche Genlcam, marque déposée par European Machine Vision Association. 7 [0057] Une deuxième couche protocolaire suivant la couche Ethernet ETH est la couche protocolaire IP, signifiant Protocole Internet, dédiée aux communications de réseaux informatiques. Le protocole IP permet d'assurer un acheminement de paquets contenant des données, quel que soit le type de données, entre un producteur de données et au moins un consommateur desdites données. [0058] Une troisième couche est une couche UDP pour User Datagram Protocol signifiant protocole de datagrammes utilisateur. Le protocole UDP assure une cncapsulation et une transmission de données sous la forme de datagrammes. Un datagramme comprend un entête, suivi des données elles-mêmes. L'en-tête du datagramme comprend notamment des informations de routage des données, comme les adresses IP de la source et des destinations desdites données. Le protocole UDP permet une transmission très rapide des données. Le protocole UDP est notamment utilisé dans des applications dites temps réel. [0059] Une quatrième couche est une couche applicative qui dans le cas de transmission de données vidéo, utilise un protocole GigE Vision. La couche applicative GenIcam, acronyme de l'expression anglo saxonne Generic Interface for Cameras, est une interface de programmation générique pour des caméras industrielles. L'avantage de cette interface est de permettre de décorréler le protocole GigE Vision de la partie programmation de l'application d'interface par exemple pour une application de visualisations des images vidéo ou de traitements des images vidéo. [0060] La transmission de données du commutateur électronique 3 vers le FPGA 2 peut se faire en utilisant le protocole de transmission GVSP, signifiant GigE Vision Stream Protocol, implémenté dans l'application GenlCam. [0061] La transmission de données de contrôle et de commande à des caméras connectées à ladite carte électronique 1 par le commutateur électronique 3 peut se faire en utilisant les mêmes couches protocolaires que celles représentées sur la figure 2. Le protocole de transmission GVCP, signifiant GigE Vision Control Protocol, implémenté dans l'application GenICam peut être utilisé pour ladite transmission de données de contrôle et de commande de caméras. [0062] La figure 3 représente un système 30 composé de plusieurs cartes électroniques d'acquisition de données 1, 31, 41, 51 connectées à un même système de synchronisation 40, tel que décrit dans le cadre de la deuxième utilisation de la carte électronique d'acquisition de données selon l'invention. Chaque carte électronique d'acquisition de données 1, 31, 41, 51 est connectée par son cinquième port 5, 35, 45, 55 au système de synchronisation 40 afin de synchroniser les automates connectés sur les autres ports 6, 36, 46, 56 de chaque carte électronique d'acquisition de données 1, 31, 41, 51. [0063] Sur la figure 3, seules quatre cartes électroniques d'acquisition de données 1, 31. 41, 8 51 sont représentées, niais le système 30 peut comporter plus de quatre cartes électroniques connectées au même système de synchronisation 40. Il est également possible de connecter plusieurs systèmes 30 entre eux Le nombre de cartes électroniques est principalement limité par le nombre de connexions PCie disponibles sur l'ordinateur connecté au système 30 et qui en reçoit les données. [0064] Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l' invention. 9 REVENDICATIONS[Revendication 1] Carte électronique (7) d'acquisition de données provenant d'au moins un automate relié à ladite cartc électronique, ladite carte électronique (7) comprenant au moins un circuit intégré reprogrammahle (2), caractérisée en cc qu'elle comprend en outre au moins dcux ports Ethernet d'entrée/sortie de données (4, 5) connectés à un commutateur électronique (3), l'un des ports Ethernet d'entrée/sortie de données (4, 5) étant un port dit d'acquisition de données (4) connecté à un automate, lesdites données étant transmises par le commutateur électronique (3) au circuit intégré reprogranumble (2), un autre des ports Ethernet d'entrée/sortie de données étant un port dit de gestion (5). [Revendication 2] Carte électronique (7) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit intégré reprogranumble (2) est apte à paramétrer le commutateur électronique (3). [Revendication 3] Carte électronique selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend plus de deux ports d'entrée/sortie de données (4, 5) dont plus d'un port d'acquisition de données (4), chaque port d'acquisition de données (4) étant connecté à un automate. [Revendication 4] Carte électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, ca- ractérisée en ce que le port de gestion (5) transmet directement des données reçues par le commutateur électronique (3) à un dispositif externe (10) à ladite carte électronique (7). [Revendication 5] Carte électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, ca- ractérisée en ce que le port de gestion (5) est connecté à un système de synchronisation (10), ledit commutateur électronique (3) transmettant des informations de synchronisation à au moins un automate. [Revendication 6] Carte électronique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le port de gestion (5) reçoit une commande pour au moins un automate connecté sur un port d'entrée/sortie de données (4), ladite commande étant transmise à l'automate par le commutateur électronique (3). [Revendication 7] Carte électronique selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'un port d'entrée/sortie de données (4) est connecté à un robot recevant des commandes par l'intermédiaire du commutateur électronique (3). [Revendication 8] Carte électronique selon l'une quelconque des revendications pré- 10 [Revendication 9] cédentes, caractérisé en cc qu'au moins un port d'entrée/sortit (4) est connecté à un capteur. [Revendication 10] Carte électronique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un port d'entrée/sortit de données (4) étant connecté à une caméra, lesdites données sont transmises par la caméra à ladite carte électronique (7) selon un protocole d'interface GigE Vision. [Revendication 11] Carte électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en cc que des données d'entrée sont des données de télémesure. Ensemble de cartes électroniques (30) selon la revendication 5, caractérisé en cc que chaque carte électronique (1, 31, 41, 51) de l'ensemble de cartes électroniques (1, 31, 41, 51) est connectée par son port de gestion (5, 35, 45, 55) au système de synchronisation (40).