Komponenten eines FlexRIO-Systems mit modularer I/O

Überblick

Die FlexRIO-Produktlinie bietet leistungsstarke I/O und leistungsstarke benutzerprogrammierbare FPGAs in kommerziellen Standardlösungen. FlexRIO-Adaptermodule bieten Analog-I/O bis zu 3 GS/s, Digital-I/O bis zu 1 Gbit / s und RF bis zu 4,4 GHz, während FlexRIO-FPGA-Module Virtex-5- oder Kintex-7-FPGA-Module in PXI-, PXI-Express- und eigenständige Formfaktoren enthalten. FlexRIO-FPGA-Module können mit LabVIEW programmiert werden und bieten eine integrierte Umgebung für grafische Programmierung, Simulation, Fehlerbehandlung und Bereitstellung.

Inhalt

Abbildung 1: FlexRIO kombiniert benutzerprogrammierbare FPGA-Module mit leistungsstarken I/O.

 

FlexRIO FPGA Module

FlexRIO-FPGA-Module verfügen über Kintex-7-FPGAs in PXI-, PXIe- und eigenständige Formfaktoren. Jedes FPGA-Modul weist dedizierte Schnittstellen für Daten-Streaming, I/O, DRAM sowie erweiterte Taktung und Triggerung auf. PXI-Express-FlexRIO-FPGA-Module werden per PCIe-Gen 2-Technologie an die PXIe-Backplane angeschlossen und liefern Datenraten von bis zu 3,2 GB/s. Der eigenständige Controller für FlexRIO nutzt eine serielle Hochgeschwindigkeitstechnologie, die Daten-Streaming von bis zu 2,5 GB/s ermöglicht. 

 

Abbildung 2: Der eigenständige Controller für FlexRIO hat sowohl einen Kintex-7-FPGA- als auch einen Dual-Core-ARM-Prozessor in einem kleinen, für die Nutzung auf anderen Systemen optimierten Formfaktor.

 

Die Adaptermodulschnittstelle unterstützt von NI erstellte benutzerdefinierte Adaptermodule. Sie besteht aus 132 universellen Digital-I/O-Kanälen, die direkt mit den FPGA-Pins verbunden sind, und verfügt zudem über Schaltungen für die Stromversorgung, Taktung sowie weitere ergänzende Schaltungen. Diese 132 GPIO-Kanäle können für die massebezogene Ausführung mit Raten von bis zu 400 Mbit/s bzw. für die differenzielle Ausführung mit Raten von bis zu 1 Gbit/s bei einer maximalen I/O-Bandbreite von 66 Gbit/s (8,25 GB/s) konfiguriert werden. Alle Leitungen werden mit Leiterbahnen mit geregelter Impedanz und abgestimmter Länge geroutet, wobei differenzielle Leitungspaare zusammen geroutet werden. 

Abbildung 3: FlexRIO-FPGA-Module in PXI unterstützen Peer-to-Peer-Datenstreaming.

 

FlexRIO-FPGA-Module können auch Peer-to-Peer-Datenstreaming (P2P) mit anderen Module durchführen, wenn diese Module Streaming unterstützen, so beispielsweise der Vektorsignalanalysator PXIe-5668R. So ist es möglich, Daten zwischen mehreren Modulen mit Raten von 3,2 GB/s per Streaming zu übertragen, ohne dass Daten über das Host-Chipset geroutet werden müssen. P2P ermöglicht die benutzerdefinierte Triggerung von Zeit- und Frequenzbereichen und die Echtzeitsignalverarbeitung für Instrumente, die sonst eine CPU für die weitere Verarbeitung benötigen würden. Es werden bis zu 16 P2P-Streams unterstützt, wodurch die komplexe Kommunikation zwischen mehreren FPGAs vereinfacht wird, ohne dabei die CPU-Ressourcen des Hosts zu belasten. Weitere Informationen zu dieser Technologie und eine Liste der Geräte, die Streaming unterstützen, erhalten Sie im Whitepaper „An Introduction to Peer-to-Peer Data Streaming“

 

In Tabelle 1 werden die unterschiedlichen Bus-, FPGA- und Speicheroptionen der FlexRIO-FPGA-Module aufgelistet.

 

Model Bus/Formfaktor FPGA FPGA-Slices FPGA-DSP-Slices FPGA-Speicher (Block-RAM) Moduleigener Speicher (DRAM)
NI 7935R Eigenständig Kintex-7 K410T 63.550 1540 28.620 kbit 2 GB
NI 7932R Eigenständig Kintex-7 K325T 50.950 840 16.020 2 GB
NI 7931R Eigenständig Kintex-7 K325T 50.950 840 16.020 2 GB
PXIe-7976R PXI
Express
Kintex-7
K410T
63.550 1540 28.620 kbit 2 GB
PXIe-7975R PXI
Express
Kintex-7
K410T
63.550 1540 28.620 kbit 2 GB
PXIe-7972R PXI
Express
Kintex-7
K325T
50.950 840 16.020 kbit 2 GB
PXIe-7971R PXI
Express
Kintex-7
K325T
50.950 840 16.020 kbit 0 GB
PXIe-7966R PXI
Express
Virtex-5 SX95T -2 14.720 640 8784 kbit 512 MB
PXIe-7965R PXI
Express
Virtex-5 SX95T 14.720 640 8784 kbit 512 MB
PXIe-7962R PXI
Express
Virtex-5 SX50T 8160 288 4752 kbit 512 MB
PXIe-7961R PXI
Express
Virtex-5 SX50T 8160 288 4752 kbit 0 MB
PXI-7954R PXI Virtex-5 LX110 17.280 64 4608 kbit 128 MB
PXI-7953R PXI Virtex-5 LX85 12.960 48 3456 kbit 128 MB
PXI-7952R PXI Virtex-5 LX50 7200 48 1728 kbit 128 MB
PXI-7951R PXI Virtex-5 LX30 4800 32 1152 kbit 0 MB

 

Tabelle 1: Vergleich der FlexRIO-FPGA-Module

 

FlexRIO-Adaptermodule

Adaptermodule legen die physikalischen Ein- und Ausgänge (I/O) eines FlexRIO-Systems fest und bilden über einen Kartensockel die Schnittstelle zum FlexRIO-FPGA-Modul. Adaptermodule für eine Reihe verschiedener Anwendungen werden von National Instruments, NI Alliance Partnern und Drittanbietern zur Verfügung gestellt. Wenn ein benutzerdefiniertes Adaptermodul benötigt wird, kann mithilfe des FlexRIO Adapter Module Development Kit (MDK) i. d. R. ein eigenes Modul erstellt werden. 

 Abbildung 4: NI, National Instruments Alliance Partner und Drittanbieter bieten Adaptermodule für FlexRIO-FPGA-Module an.

 

FlexRIO-Adaptermodule von National Instruments

FlexRIO-Adaptermodule von National Instruments bieten universelle I/O, die an die jeweiligen Anwendungsanforderungen angepasst werden können, ohne dass eigene Hardware erstellt werden muss. Sie umfassen eine einfache FPGA-basierte Programmierschnittstelle, die keinerlei Kenntnisse in der HDL-Programmierung erfordert, sowie LabVIEW-FPGA-Beispielanwendungen für einen schnellen Einstieg. Zu einer Liste aller FlexRIO-Adaptermodule.

 

FlexRIO-Adaptermodule von Drittanbietern

Adaptermodule von Drittanbietern für FlexRIO erweitern das I/O-Angebot der Produktfamilie und vergrößern den Anwendungsbereich von LabVIEW FPGA. Die Module sind gewöhnlich sowohl benutzer- als auch anwendungsspezifisch.

 

Benutzerdefinierte FlexRIO-Adapter-Module-Entwicklung

Mithilfe des FlexRIO Adapter Module Development Kit (MDK) können Sie Ihr eigenes FlexRIO-Adaptermodul erstellen, das genau Ihren individuellen Anwendungsanforderungen entspricht. Dieser Vorgang erfordert Überlegungen zum elektrischen, mechanischen, analogen, digitalen, Firmware- und Software-Design. Neben der oben beschriebenen Schnittstelle werden NI-FlexRIO-Adaptermodule mit 6 W versorgt, verfügen über einen Onboard-EEPROM für die Selbstidentifizierung und weisen die nachfolgend in Tabelle 2 aufgelisteten Standards auf. Mehr zum NI FlexRIO Adapter Module Development Kit.

 

 Abbildung 5: Das FlexRIO Module Development Kit enthält CAD-Dateien, Zeichnungen, Hardware- und Softwaredokumentation, Gehäuse und eine Entwurfsprüfung durch die FlexRIO F&E.

 

 

  1,2 V 1,5 V 1,8 V 2,5 V 3,3 V
LVTTL

LVCMOS

LVDS

 

Tabelle 2. Von FlexRIO-Adaptermodulen unterstützte I/O-Standards