Einführung zu erweiterten Instrumententreibern für FPGA-basierte Messgeräte

Überblick

Die erweiterten Instrumententreiber für FPGA-basierte Messgeräte vereinen die herausragende Flexibilität eines offenen FPGAs mit der Kompatibilität von Standardmessgerätetreibern. Anwender profitieren also von den Vorteilen beider Seiten, und die Benutzerfreundlichkeit sorgt dafür, dass immer mehr Prüfingenieure die Leistung von FPGAs nutzen können.

Softwaredesignter Vektorsignal-Transceiver

NI stellte auf der NIWeek 2012 das weltweit erste softwaredesignte Messgerät vor, den Vektorsignal-Transceiver (VST) NI PXIe-5644R. Ein zweiter VST, NI PXIe-5645R, der eine Basisband-I/O-Schnittstelle umfasst, wurde kurz danach auf den Markt gebracht. Neben der geringen Größe und der hohen Leistung der RF-Hardware zeichnete sich der VST besonders dadurch aus, dass Endnutzer den FPGA des Geräts über die Systemdesignsoftware NI LabVIEW programmieren können (siehe Abbildung 1). Damit bietet der VST eine weitaus größere Flexibilität als herstellerdefinierte Messgeräte und erfüllt Anwendungsanforderungen mithilfe zusätzlicher FPGA-basierter Verarbeitung und Steuerung.

 

Abb. 1: Vergleich des VST-Softwaredesigns mit herkömmlichen Ansätzen

 

NI erweiterte später die Messgerätetreiber NI-RFSA und NI-RFSG um VST-Hardwaresupport, damit ein Maximum an Kompatibilität zu bestehenden Anwendungen sowie Mobilfunk- und Wireless-Messsoftware erzielt wird. Damit dieser Support für Messgerätetreiber möglich ist, war ein festgelegter, vorkompilierter FPGA erforderlich. So gelang ein guter Kompromiss zwischen optimaler Kompatibilität durch NI-RFSA- und NI-RFSG-Programmierung und optimaler Flexibilität für den Entwurf vollständig benutzerdefinierter Messgeräte im LabVIEW FPGA Module.

 

Einführung zu erweiterten Instrumententreibern für FPGA-basierte Messgeräte

NI führt nun erweiterte Instrumententreiber für FPGA-basierte Messgeräte ein, mit deren Hilfe Anwender die FPGA-Fähigkeiten des VSTs in LabVIEW anpassen können. Der volle Funktionsumfang der Programmierschnittstellen der Messgerätetreiber bleibt dabei erhalten (siehe Abbildung 2).

 

Abb. 2:Die erweiterten Instrumententreiber für FPGA-basierte Messgeräte vereinen die herausragende Flexibilität eines offenen FPGAs mit der Kompatibilität von Standardmessgerätetreibern. Anwender profitieren bei hoher Benutzerfreundlichkeit von den Vorteilen beider Seiten.

 

Eine Abstraktionsschicht im FPGA-Quellcode implementiert die FPGA-Standardfunktionen, welche die Programmierschnittstelle von NI-RFSA bzw. NI-RFSG erfordert, und stellt die entsprechenden Steuerungs- und Datensignale bereit, die zur Erweiterung automatisierter Testanwendungen nötig sind. Prüfingenieure können anwendungsspezifisches FPGA-IP zum Basisdesign des VST-FPGAs hinzufügen und dieses IP (Intellectual Property) anschließend unabhängig von den Hostprogrammen parallel zu Aufrufen der NI-RFSA- bzw. NI-RFSG-Programmierschnittstelle steuern (siehe Abbildung 3).

 

Abb. 3: Anwendungsspezifisches FPGA-IP, das dem grundlegenden Design des VST-FPGAs hinzugefügt wurde, kann von Host-Programmen parallel zu Aufrufen der NI-RFSA- bzw. NI-RFSG-Programmierschnittstelle gesteuert werden.

 

Dank dieser Architektur sind eine Reihe anwendungsspezifischer Erweiterungen möglich, welche die Parallelität, die Steuerung mit niedriger Latenz und die Verarbeitungsleistung des VST-FPGAs nutzen. Zu diesen FPGA-Erweiterungen gehören anwenderdefinierte und/oder neuartige Messgerätefunktionen, z. B. Frequenzmaskentrigger, bessere Systemintegration durch hardwaregetaktete Steuerung von Prüflingen und die deterministische Triggerung anderer Messgeräte, erhöhter Prüfdurchsatz durch schnellere Messungen und Verarbeitung dank FPGAs und sogar Regelungs- oder protokollbasierte Tests, bei denen die Messhardware in Echtzeit auf den Prüfling reagiert.

 

Beispiel für einen einfachen benutzerdefinierten Trigger

Ein Anwender möchte einen Trigger implementieren, der die Datenerfassung erst bei einem Signal vom Prüfling beginnt. Abbildung 4 zeigt, wie erweiterte Instrumententreiber für FPGA-basierte Messgeräte und LabVIEW FPGA die Komplexität einer solchen Änderung am FPGA zum großen Teil abstrahieren.

 

Abb. 4: Beispielmodifikation der Eingangsschleife des NI-RFSA in LabVIEW FPGA für die Implementierung anwenderdefinierter Triggerung von einem Prüfling.

 

In Abbildung 4 wird über einen LabVIEW-FPGA-I/O-Knoten einfach auf ein Digitalsignal vom Prüfling zugegriffen. Dieses wird mit dem standardmäßigen Referenztrigger kombiniert, der über das FPGA-basierte Trigger-VI des NI-RFSA zur Verfügung steht. Die Einfachheit dieser Modifikation beweist, dass Anwender beim Verwenden von erweiterten Instrumententreibern für FPGA-basierte Messgeräte nicht unbedingt Einblick in die gesamte Firmware und Treiberarchitektur haben müssen, um solche Änderungen am FPGA vorzunehmen.

 

Vorkompilierte FPGAs von National Instruments

Der Anwender kann unter ni.com/vstgetting-started/d bereits kompilierte FPGA-Systeme herunterladen, die erweiterte Instrumententreiber für FPGA-basierte Messgeräte nutzen. Dazu zählen die erforderlichen Hostbeispiele sowie Anwendungs-IP, die zeigen, wie FPGA-Erweiterungen in gängigen Anwendungen eingesetzt werden können.

Unter ni.com/beta ist auch eine Anmeldung für das Instrument Driver FPGA Extensions Early Access Program möglich, sodass Anwender eigene maßgeschneiderte VSTs erstellen können, die zu NI-RFSA und NI-RFSG kompatibel sind. Auf ni.com steht bereits Anwendungs-IP zur Verfügung. Alternativ können Anwender eigenes IP erstellen, um benutzerdefinierte, softwaredesignte Messgeräte zu entwerfen, die auf die automatisierte Testanwendung zugeschnitten sind.

 

Nächste Schritte

  • Vorkompilierte erweiterte Instrumententreiber für FPGA-basierte Messgeräte können unter ni.com/vst/getting-started/d/ heruntergeladen werden.
  • Weitere Informationen über die Verwendung erweiterter Instrumententreiber für FPGA-basierte Messgeräte
  • Hittite Microwave verringert Prüfkosten für RFICs und verbessert Testgeschwindigkeit mithilfe erweiterter Instrumententreiber für FPGA-basierte Messgeräte. Kundenlösung ansehen
  • Melden Sie sich unter ni.com/beta für das Early Access Program an.

 

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