Úspěšná symbióza softwaru a hardwaru pro zpracování obrazu

 

Po dvou letech spekulací o možnostech použití vestavných systémů s vícejádrovými procesory se objevují první reálné projek­ty, kde se uplatňuje jejich potenciál. Napří­klad společnost Asentics využívá vícejádro­vé průmyslové servery od firmy Kontron pro svůj softwarový multiagentní systém Pulsoft Director, který je součástí systému zpracová­ní obrazu Videolab.

Co je to softwarový agent a jaké jsou jeho přednosti? Softwarový agent je programová entita, jejíž chování je do jisté míry autonom­ní. Jeho posláním je vykonávat úkoly zadané uživatelem. Uživatel přitom nepotřebuje vě­dět, jak agent úkoly plní, jen mu zadá úkol a o zbytek už se agent postará sám. Uživatel­ské rozhraní agentu je zpravidla velmi jedno­duché a intuitivní. Uživatel může v jednom multiagentním systému zadat několik úkolů různým agentům. Softwarové agenty spolu komunikují, aby společně dosáhly určených cílů. Komunikace mezi agenty je zcela auto­nomní a nevyžaduje žádný zásah uživatele. Takovýto multiagentní systém může být vel­mi užitečný např. pro složitější úlohy zpraco­vání obrazových dat, jaké se vyskytují při in­spekci povrchů, kde je třeba paralelně využít několik metod rozpoznání obrazů.

 

Softwarové agenty umožňují uživateli re­lativně jednoduše vykonávat správu složitých systémů. To je velká výhoda nejen při počá­teční implementaci systémů, ale také tehdy, když na počátku nejsou dobře známy všech­ny okrajové podmínky a nastavení systé­mu je zapotřebí v průběhu jeho činnosti modifikovat. Příkladem může být prá­vě systém pro zpracování obrazových dat v průmys­lu, který je třeba často při­způsobovat pro různé dru­hy kontrolovaných součás­tek a dílů (obr. 1).

 

Pomocí softwarových agentů je snadné softwa­rovou úlohu rozšířit – pro­stě se přidají další agenty. To lze dokonce i v průbě­hu činnosti systému, s vy­užitím síťového připoje­ní, paměti USB nebo CD. Nově nainstalovaný agent se snadno začlení do exis­tující úlohy a systém zpracování obrazu má okamžitě přístup ke všem jeho funkcím. Kon­figurace systému, jeho modifikace v průbě­hu činnosti a rozšiřování funkcí a výkonu systému jsou velmi snad­né a celý systém je díky tomu mimořádně flexibil­ní. Možnost pracovat v síti umožňuje použít agenty od firmy Asentics též pro distribuované úlohy.

 

Softwarové agenty ne­jsou dobré jen k usnad­nění správy a konfigura­ce systému, ale umožňují také zpracovávat několik úloh současně. Koncepce COM (Component Object Model) a .NET tvoří zá­klad architektury agentů (objektový přístup) a je­jich dynamických interak­cí (komunikace mezi pro­cesy). Agenty založené na COM mohou být realizovány v podobě ob­jektů knihovny DLL stejně jako v podobě spustitelných programů. Protože jsou nezá­vislé na programovacím jazyku, je možné do nich začlenit zdrojové programy navrže­né jinými výrobci, a to i dodatečně. Snadno a rychle tak lze do agentů vykonávajících al­goritmus zpracování obrazu implementovat různá vylepšení.

V návrhovém okně Pulsoft Director má uživatel k dispozici knihovnu obsahující jas­ný a logicky uspořádaný přehled agentů zahr­nujících všechny relevantní metody analýzy obrazu (na obr. 2 vlevo). Agenty mají vstu­py a výstupy pro výměnu informací s dalšími agenty. Pomocí funkce drag and drop v gra­fickém editoru (na pozadí uprostřed a vlevo) jsou agenty spojovány do sítě. Díky tomu je možné i složité úlohy snadno editovat a rozši­řovat. Pro zjednodušení sítě agentů je možné části sítě sdružit do makroagentů. Tyto mak­roagenty mohou být pojmenovány a uloženy do knihovny pro opakované použití.

 

Každý agent lze snadno konfigurovat. Ke konfiguračnímu dialogu (na obr. 2 v popře­dí uprostřed) se uživatel dostane dvojklikem na ikonu agentu. Stejně to platí i pro makro­agenty. Informace o agentech, jež jsou sou­částí makroagentu, mohou být také zobraze­ny pomocí srozumitelného dialogového okna.

Multiagentní systém Pulsoft Director vy­užívá funkci multiprocessing operačního systému Windows. Díky tomu je možné využívat všechny přednosti multiproceso­rového hardwaru bez nutnosti jakéhokoliv konfiguračního zásahu ze strany uživatele. Vestavěný nástroj Profiler (na obr. 2 dole) graficky znázorňuje zatížení systému jednot­livými agenty. Vzhledem k tomu, že agenty jsou schopny práce v síti a systém umožňu­je spravovat distribuované procesy na něko­lika serverech, je konfigurace systému vel­mi flexibilní.

 

Asentics využívá jako hardware pro své multiagentní systémy průmyslové serve­ry KISS od firmy Kontron, protože nejlé­pe splňují požadavky kladené touto úlohou. Servery firmy Kontron jsou založeny na standardních modulárních komponentách a sortimentu desek CPU s různým výkonem. Díky tomu lze vytvořit sestavy „na míru“ nejrůznějším úlohám. Společnost Kontron dodává kompletní hardwarové systémy s in­dividuální konfigurací během několika pra­covních dnů, což firmě Asentics velmi po­máhá při plánování projektů.

Modularita serverů KISS (Kontron Industrial Silent Server; obr. 3) začíná už u je­jich šasi o rozměrech od 1U do 4U, i ve zkrá­cené verzi (KISS-4U Short a KISS-2U Short), jejíž hloubka zástavby je redukována a kte­rá je vhodná tam, kde je třeba na zadní stra­ně serveru větší prostor pro připojení kabelů nebo doplňkových komponent. Servery KISS využívají běžné desky pro vestavné počítače podle standardů ATX, Flex-ATX a mini-ITX. Rozměrově úsporné je řešení ze základní des­kou CPU a odpovídající sběrnicovou deskou podle standardů PICMG 1.0 a PICMG 1.3. Nová konfigurace PICMG 1.3 je obzvlášť flexibilní: k dispozici je množství různých možností rozšíření – od PCIe nebo kombi­nací PCI/PCIe až po konfigurace s využitím sběrnice ISA. To je zvláště zajímavé tam, kde je třeba starší, specifické řešení zavést do no­vého systému, aby nebyla znehodnocena do něj vložená investice.

 

Servery KISS lze doplnit kartami podle standardů ISA, PCI, PCIx a PCIe.

 

Fyzické provedení serverů KISS je velmi odlišné od provedení běžných, méně odol­ných kancelářských serverů. Už jen pohle­dem na čelní stranu serveru každý pozná, že jde o robustní server určený pro spolehlivý provoz v nepříznivém prostředí. Co platí pro mechanické provedení krytu, platí i po desky elektroniky a paměťová média. Servery jsou odolné proti vibracím a rázům, přičemž jed­notlivé komponenty jsou dobře dostupné pro případný servis.

Velká spolehlivost serverů KISS v nepře­tržitém provozu byla pro firmu Asentics jed­ním z klíčových faktorů výběru. Když systém zpracování obrazu selže, stroje a výrobní lin­ky je nutné zastavit. Servery KISS mají střed­ní dobu do poruchy MTBF 50 000 h, a proto o nich lze právem hovořit jako o velmi spo­lehlivých serverech.

 

Dalším rozhodujícím faktorem pro fir­mu Asentics byla dlouhodobá dostupnost. Lze konstatovat, že komponenty od firmy Kontron jsou natolik spolehlivé, že zpravi­dla po celou dobu života serveru nepotře­bují výměnu; přesto mohou být poškoze­ny – např. nesprávnou údržbou, přepětím po úderu blesku nebo nevhodnou montá­ží v extrémně prašném prostředí. Desky od firmy Kontron jsou dostupné minimálně pět až sedm let. To umožňuje, aby byl systém opraven pomocí stejných komponent, bez nutnosti nových kvalifikačních testů systé­mu po výměně vadné desky.

 

Pro evropské zákazníky je výhodná také skutečnost, že počítačové desky se pro ně vy­rábějí v Echingu nedaleko Mnichova, a díky tomu je k nim poskytován technický servis v takovém rozsahu, jaký asijští výrobci, byť mají vlastní zastoupení v Evropě, nemohou zajistit. Podobný výrobní závod v San Diegu v USA má stejně krátké dodací lhůty a zajiš­ťuje stejný servis severoamerickým zákazní­kům. Vzhledem k tomu, že Kontron je členem Intel Embedded and Communications Allian­ce se statutem Premium Member (s tímto sta­tutem je to jediný výrobce z Evropy a USA), jsou desky od firmy Kontron vždy dostupné s nejnovějšími procesory a čipovými sadami. Například nové desky standardu PICMG 1.3 od firmy Kontron byly na trh uvedeny sou­časně se sadami čipů Intel Q35 GMCH, kte­ré jsou v nich obsaženy.

Velmi tiché (do 35 dB) servery KISS PCI 760 mohou obsahovat množství různých procesorů od jednojádrových, přes dvoujá­drové až po špičkové procesory Intel Core2 Quad Q6700 s frekvencí 2,66 GHz. Vysoký výpočetní výkon doplňuje systémová sběr­nice s frekvencí 1 333 MHz a až 8 GB dvou­kanálové paměti DDR2 RAM. Kromě vel­kého výpočetního výkonu mají tyto servery vestavěn systém Intel Active Management Technology (Intel AMT) 3.0 pro správu na dálku, který usnadňuje jejich údržbu. Správ­ci systémů mohou prostřednictvím Intel AMT 3.0 na dálku instalovat nový operační systém nebo nastavovat parametry systému BIOS, aniž by k tomu museli využívat jaký­koliv další hardware. Když operační systém zkolabuje, správce může spustit diagnostiku a restarovat jej po síti. Stejně snadná je in­stalace nových verzí softwaru, bezpečnost­ních záplat a servisních balíčků po síti z cent­rálního počítače. Bez­pečnost softwaru a dat zajišťuje vestavěný mo­dul Trusted Platform Module – TPM 1.2. Díky tomu jsou serve­ry KISS PCI 760 vhod­né zvlášť tam, kde se využívají distribuova­né průmyslové servery v rámu (rack) umístě­né na relativně obtíž­ně přístupných místech a v nepříznivých pod­mínkách. Kromě sys­témů zpracování obra­zu to mohou být např. systémy řízení dopra­vy, systémy řízení dis­tribučních sítí plynu, vody nebo elektřiny, mýtné systémy, systémy sledování znečiš­tění prostředí atd.

Zákazníci požadují stále rychlejší testová­ní polotovarů a hotových výrobků, protože to urychluje celý výrobní proces. Systém zpra­cování obrazu od firmy Asentics může zpra­covat obraz dvourozměrné textury do 150 ms. Například při výrobě desek plošných spojů tak lze zkontrolovat až 400 desek za minutu.

 

Navíc údaje pořizované kamerami při kon­trole povrchů jsou stále komplexnější. Dnes už lze snímat i trojrozměrné textury s rozli­šením v řádu nanometrů. Jinou výpočetně náročnou úlohou je detailní analýza barev nebo vyhledávání typických vzorů v textu­ře povrchu.

 

Narůstají také požadavky na dokumentaci. Požaduje se, aby všechna data o kvalitě vý­robků byla spolehlivě ukládána. K tomu je třeba dostatečná kapacita paměťových médií. Nutné je také jejich zabezpečení proti ztrá­tě dat nebo neoprávněné manipulaci s nimi.

 

Rovněž integrace jednodušších systémů do jednoho výkonného hardwarového cel­ku zjednodušuje správu systému a umožňu­je data lépe zabezpečit.

Překlad a úprava redakce.

 

Obr. 1. Příklad testované součásti: čip, který řídí aktivaci airbagu v automobilu

Obr. 2. Návrhové okno systému Pulsoft Director: uprostřed otevřené dialogové okno standardního agentu, na pozadí je síť agentů, vlevo knihovna a dole nástroj Profiler, který zobrazuje dobu činnosti jednotlivých agentů