点对点数据流简介

NI点对点(P2P)数据流技术采用PCI Express，可直接在多个仪器之间点对点传输数据，且无需经过主机处理器或存储器。因此系统中的设备无需额外占用系统资源即可共享信息。特定型号的PXI FPGA模块(用于FlexRIO)、FlexRIO协处理器模块、示波器/数字化仪、任意波形发生器、矢量信号分析仪、矢量信号发生器、矢量信号收发仪、高速串行模块和R系列设备均支持NI P2P技术。

在图1所示的系统中，PXIe-1075机箱中的PXIe-5622数字化仪​使用点对点数据流将数据直接传送​到PXIe-7966R FlexRIO FPGA模块。然后FPGA模块将数据传送至另一个FPGA模块以进行后续处理。由于机箱背板开关​提供与模块所占用插槽的直接连接，因此无需通过主机控制器传送数据或者使用CPU或主机内存等系统资源。

图1.PXIe-5622数字化仪将数据流传输至两个PXI Express FlexRIO FPGA模块

实时频域触发是RF应用中的常见需求。虽然大多数RF仪器在功率​级上触发，但该触发与频率无关。但是，借助LabVIEW FPGA模块的点对点数据流和数据处理技术，您可创建频域触发。在图2所示的应用中，PXIe-5663矢量信号分析仪利用点对点数据流将数据传送​到FlexRIO FPGA模块进行加窗，转化​为​频​域​信号，然后与掩码比较。当数据超过此掩码时，FPGA模块会在PXI背板上产生一个数字触发信号。PXIe-5663接收到此触发信号后，将使用其正态采集存储器来捕获数据记录，包括预触发采样。然后，您可通过NI-RFSA驱动从主机访问该数据记录，以进行其他处理或存储。

图 2.在此应用中，FlexRIO FPGA模块将频域触发信号添加到PXIe-5663矢量信号分析仪

NI-P2P驱动极大简化了点对点数据流的编程。在图3所示的应用中，1号FPGA直接将数据传送至2号FPGA。在LabVIEW FPGA中，简单的点对点读取节点与写入节点为数据交换提供基于先进先出(FIFO)的接口。这些节点类似于DMA和本地FPGA FIFO。在可进行数据交换之前，主机必须通过主机上的NI-RIO和NI-P2P API将1号FPGA的写入数据流连接到2号FPGA的读取数据流（如图3所示）。根据配置，您只需要使用一个或两个VI即可连接点对点数据流，以便进行数据交换。

图3.两个FlexRIO FPGA模块和关联软件之间的点对点数据流

借助NI点对点技术，单个方向的数据流速率可能高达7GB/s。 最大吞吐量取决于数据流模块、机箱以及控制器（如果配置允许）。通常，这些组件速率的最低值可能是P2P的最大可能带宽。

点对点数据传输具有非常低的延迟，但会因系统配置而有所不同。 仅通过FIFO和PCIe总线进行传送数据流时，典型延迟约为2-4μs，但如果由于其他总​线​拥塞，可能会出现数十微秒的偶发性延迟高峰。 当从数字化仪输出​数据​流时，预期延迟通常约为5μs，而当数据​流​传输​到任意波形发生器时，由于板载缓冲，延迟约为10-20μs。

当通过​具有板载信号处理功能的设备（如PXIE-5622数字化仪）传输数据时，则额外的滤波器和其他处理可能会使延迟增加至高达数百微秒。 最后，在评估系统性能时，还必须考虑在FlexRIO FPGA模块上运行的用户代码的延迟。

机箱

所有数据都必须通过机箱才能从一个模块传送到另一个模块，因此机箱对于确定带宽至关重要。机箱背板上的PCI Express开关通过机箱路由数据，并提供可实现点对点数据流的高带宽点对点连接。当模块所占用的多个机箱​插​槽直接​连接​在​同​一个​PCI Express​开关​上​时​（如图4所示），带宽取决于开关。

图4.机箱中的模块布局通过单个PCI Express开关路由所有数据

表1显示了给定机箱中PCI Express开关的最大带宽。此带宽可通过连接到同一开关的任意两个插槽实现，并且以特定速率支持一个开关多个连接。 机箱背板架构和带宽可在其各自的产品规范文档中找到。

控制器

如果P2P数据流系统中的模块均未连接到机箱背板上的同一PCI Express开关，则数据必须经过主机控制器的板载开关或芯片组，而不是经过控制器的CPU或存储器。此配置如图5所示。

图5.机箱中的模块布局通过主机控制器路由数据。

表2列出了给定控制器的PCI Express开关或芯片组的最大带宽。请注意，此数字表示通过特定部分进出控制器的总带宽。如果在这些相同部分上存在多个点对点数据流，则数据​流​必须共享带宽。此外，机箱PCIe的生成和通道数量也会影响最大带宽。以下值假定机箱是控制器PCIe的同代或更新版本。

表2.PXI Express控制器的P2P带宽

模块

如果机箱和控制器配置支持某一​特定​的带宽，PXI Express模块本身可以确定可实现的最大带宽。以下是各种可支持P2P的设备的基准性能和配置详细信息。

PXIe-7976R、PXIe-7975R、PXIe-7972R、PXIe-7971R FlexRIO FPGA模块： 这些PXI Express FlexRIO FPGA模块能够以1.5 GB/s的速率将数据流输入或输出模块。数据流的数量及其带宽由设备上FPGA的配置和编程决定。PXIe-7976使用PCIe Gen 2 x8接口，可以高达3.2GB/s的速率将数据流输入或输出模块。

PXIe-7966R、PXIe-7965R、PXIe-7962R、PXIe-7961R FlexRIO FPGA模块：这些PXI Express FlexRIO FPGA模块能够以超过800 MB/s的速率将数据流输入或输出模块。当​两​个​方向​同时​传输时，FPGA模块可以实现每个方向超过700 MB/s的速率，或超过1.4 GB/s的聚合数据速率。该数据可能包含单个数据流，最多可高达16个独立的数据流，一个数据流对应于设备的一个DMA通道。数据流的数量及其带宽由设备上FPGA的配置和编程决定。

PXIe-5622 IF数字化仪：PXIe-5622是一款速率为150MS/s的16位数字化仪，能以高达300 MB/s的速度生成数据。对于点对点数据流，该数字化仪有一个单独的写入端点，位于与板载内存并联的数据路径上。您可以将采集到的数据写入此端点，以传输至FPGA目标，并通过板载内存将其发送到主机。PXIe-5622的一个关键特征是采用正交数字下变频(DDC)的板载信号处理(OSP)，能以75MS/s或150MB/s的复杂I/Q数据形式提供高达60MHz的IF带宽。在此种模式下，点对点​数据​流​的​采样​隔​行​扫描​选取​样本，​使用​先​I​采样​后Q​采样​的​方法。

图6.使用PXIe-5622 IF数字化仪的点对点数据流

PXIe-5122高分辨率数字化仪：PXIe-5122是一款速率为100MS/s的双通道14位数字化仪，以每通道每流高达200 MB/s的速率生成数据。对于点对点数据流，数字化仪有两个位于与板载内存并联数据路径上的写入端点。您可以将采集的数据写入这些端点，并通过板载内存将其传送到主机。 

图7.使用 PXIe-5122高分辨率数字化仪的点对点数据流

表​3​展示​了​有效的数据流配置示例：

表3.有效的数据流配置

请注意，可配置模块生成数据的速率如果超过PXI Express Gen 1x4总线带宽，可能导致数据溢出。当​采样​全速​运行​（共​800 MB/​s）​时，表3的最后一个配置将达到每流400MB/s的速率。如果再向主机PC发送数据，则速率​会超出总线带宽。降低数字化仪的采样率可防止数据溢出。

点对点数据流采用原始二进制格式传输数据，不包括换算​或校准。归一化系数可通过NI-SCOPE查询并用于校准二进制数据，而无需换算​成​伏特​值。归一化数据符合​以下​规律，以便​您​日​后​解释二进制信息或将其换算​成​伏特​值。

• 最大正二进制值映射到纵​向​值域的最大正向​电压。
• 最大负二进制值映射到纵​向​值域​的最大负向电压。
• 纵​向​值域​被​均匀​划分​以​对应​可能​的​二​进制​值。

注意：即使​用户​指定​了​NI-​SCOPE​的​纵​向​值域​是​±10 V，​最大​和​最小​二​进制​值​仍​为NI-​SCOPE​编​程​的​纵​向​值域（如 ±11 V）。​这样​操作​的​目的​是​为了​捕获​过​冲​电压，​无论​用户​是否​将​值域​设置​为​小​于​过​冲​电压。

或者，您可以查询并应用换算系数，以便在单个步骤中校准和换算数据。详细信息，请参阅高速数字化仪帮助。

• 从RF信号分析仪到FlexRIO FPGA模块的点对点数据传输范例