Desenvolvendo aplicações com LabVIEW FPGA. Rogério Rodrigues Engenheiro de Marketing Técnico Marcos Cardoso Engenheiro de Vendas

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2 Desenvolvendo aplicações com LabVIEW FPGA Rogério Rodrigues Engenheiro de Marketing Técnico Marcos Cardoso Engenheiro de Vendas

3 Agenda O que são FPGAs e por que eles são úteis? Programando FPGAs Hardware FPGA Aplicações comuns para FPGAs Como aprender mais

4 LabVIEW Real--Time Real LabVIEW FPGA LabVIEW Touch Panel LabVIEW para ADI Blackfin LabVIEW para ARM Tecnologia Embarcada NI LabVIEW Processador de Tempo Real FPGA PDA/HMI Microprocessador Microcontrolador

5 Solução de problemas Microprocessado Flexível e Modular Sequêncial Programável Tempo de execução 12, 24,... Pulsos de clock Eletrônica Discreta Estático Paralelo Projeto Digital Tempo de Execução Propagação do sinal elétrico Confiabilidade d depende d de Altamente t confiável SO, aplicativo e condições de uso FPGA

6 Tecnologia FPGA Interconexões Programáveis Blocos Lógicos Blocos E/S

7 Por que eles são úteis? Paralelismo li Verdadeiro d Possibilidade d de execução paralela e em pipeline Alta Confiabilidade Projetos viramcircuitos personalizados Determinismo Elevado Algoritmos executam a taxas determinísticas de 25 ns (mais rápidos em alguns casos) Reconfiguráveis Criam novas tarefas personalizadas e as alterar as existentes

8 Implementação de Lógica com o FPGA Implementando a Lógica no FPGA: F = {(A+B)CD} E E F Código LabVIEW FPGA A B C D

9 Paralelismo Verdadeiro E F A B C D Z W X Y

10 Alta Confiabilidade e Determinismo Decisão realizada em Software Possibilidade de Falhas UUT ~25 µs de resposta Saídas Hardwa are Siste ema Oper racional Driver API Softw ware de Aplicação Cálculo os

11 Alta Confiabilidade e Determinismo Decisão realizada em Hardware UUT Determinismo Elevado 25 ns* de resposta Saídas Hardwa are Cálculo os Siste ema Oper racional Driver API Softw ware de Aplicação * Resposta mais rápida para clocks de 80 e 120 MHz Maior Confiabilidade

12 Agenda O que são FPGAs e por que eles são úteis? Programando FPGAs Hardware FPGA Aplicações comuns para FPGAs Como aprender mais

13 Necessidade de Hardware de Alto Nível

14 Abstração do Código LabVIEW FPGA Contador E/S Analógica E/S com DMA LabVIEW FPGA VHDL ~4000 linhas

15 Do LabVIEW para o Hardware Tradução Otimização Síntese Bit Stream -Geração de código VHDL -Redução Lógica -Análise -Locais e Rotas -Verificação de Temporização -Geração -Download/Execução

16 d d d l Computador de desenvolvimento DMA Registradores Interface do Host Ler Entradas Código FPGA Análise de Saídas

17 Ponto Flutuante não disponível Deslocamento Dinâmico Deslocamento Dinâmico Deslocamentos Dinâmicos i são caros computacionalmente t Integer Floating point 0.00% 2.00% 4.00% 6.00% 8.00% 10.00% 12.00% 32 bit adder on 1M gate FPGA As operações de ponto fixo evitam o deslocamento dinâmico

18 LabVIEW FPGA IP Aritmética de Inteiros e Ponto Fixo Comparação Booleano Manipulação de Dados

19 LabVIEW FPGA IP Estruturas de Execução Memória Sincronização Temporização Integração E/S

20 IP do LabVIEW FPGA Sistemas Não Lineares Filtros e Análises de Sinal Manipulação de Dados Novo no LabVIEW 8.6 Geração de Sinal Sistemas Lineares

21 IPs do LabVIEW FPGA Geradores Toolkit Digital Filter Design Toolkit Adaptive Filter Design Novo no LabVIEW 8.6

22 Módulo LabVIEW Statechart Interface Serial Periférica (SPI)

23 IP baseado em HDL no LabVIEW FPGA Nó de Interface HDL Integração com linhas em HDL Novo no LabVIEW 8.6 Component Level lip (CLIP) Integração Paralela em HDL

24 LabVIEW FPGA IPNet p ni.com/ipnet Matemática Processamento de Sinais Transferência e Manipulação de Dados RF e Comunicações Protocolos Digitais Aquisição de Dados Geração de Sinais Controle Simulação de Sensores M i de Mais d 100 IPs IP e exemplos l

25 Agenda O que são FPGAs e por que eles são úteis? Programando FPGAs Hardware FPGA Aplicações comuns para FPGAs Como aprender mais

26 O Paradgma dos Diferentes Drivers para Aplicação do Usuário (LabVIEW ou LabVIEW Real Time) API DAQ Aquisição de Dados Driver Tradicional DAQ Driver RIO Aplicação do Usuário (LabVIEW ou LabVIEW Real Time) Interface Definida pelo Usuário API Driver Driver DAQ Interface Definida pelo Usuário LabVIEW FPGA API E/S E/S E/S Definida pelo Usuário Definida pelo Fornecedor

27 A Arquitetura RIO Processador FPGA E/S E/S E/S E/S Personalizada Conectividade Sinal Condicionado ADC

28 Curva de Distribuição RIO Arquitetura Embarcada Padrão, Software do Projeto Padrão E/S E/S Dese empenho do Sistema Processador FPGA Novo! E/S E/S Personalizada Unidades Distribuídas

29 Novo Single Board RIO Processador de Tempo Real FPGA Personalizável Programável com LabVIEW

30 Agenda O que são FPGAs e por que eles são úteis? Programando FPGAs Hardware FPGA Aplicações comuns para FPGAs Como aprender mais

31 Aplicações Comuns Controle de alta velocidade d DAQ inteligente Protocolos de comunicação digital Simulação de sensores Redução de dados e processamento onboard Co processamento

32 Aplicações Comuns Controle de alta velocidade d DAQ Inteligente Protocolos de comunicação digital Simulação de sensores Redução de dados e processamento onboard Co processamento

33 Controle de Alta Velocidade Por volta de 200 khz de taxa

34 Aplicações Comuns Controle de alta velocidade d DAQ Inteligente Protocolos de comunicação digital Simulação de sensores Redução de dados e processamento onboard Co processamento

35 Aquisição de Dados Inteligente Contadores Clocks Temporização Funções de PWM processamento e sincronização Contadores personalizados E/S analógicas integradas personalizadas personalizadas (IP) Trigger Múltiplas analógico taxas personalizado de execução

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37 Aplicações Comuns Controle de alta velocidade d DAQ Inteligente Protocolos de comunicação digital Simulação de sensores Redução de dados e processamento onboard Co processamento

38 Comunicação Digital Exemplo SPI

39 Comunicação Digital Exemplo SPI Máquina de Estados LabVIEW LabVIEW Statecharts

40 Aplicações Comuns Contrle de alta velocidade d DAQ Inteligente Protocolo de comunicação digital Simulação de Sensores Redução de dados e processamento onboard Co processamento

41 Simulação de Sensores e FPGA Hardware totalmente personalizável Vários tipos de sensores Paralelismo Muitos sensores no chip sem interferência Requisitos de temporização estritos Determinístico ou altamente realista Processamento onboard Unidades de engenharia para sinais de sensores Sinais de Sensores

42 Aplicações Comuns Controle de alta velocidade d DAQ inteligente Protocolos de comunicação digital Simulador de sensor Redução de dados e processamento Co processamento

43 Processamento Onboard e Redução de Dados E/S já Inclusas Tensão analógica Comunicações digitais Sinais de sensores Entrada Processamento Codificação/Decodificação filtragem/média Modulação/ demodulação Dizimação Processamento de transmissão de dados Processamento Saída Dado reprocessado DMA Transmissão de dados de entrada para saída sem envolvimento do host DMA para Host Saída

44 Aplicações Comuns Controle de alta velocidade d DAQ inteligente Protocolos de comunicação digital Simulador de sensores Redução de dados e processamento Co processamento

45 Co processamento FPGA Um método para completar as funções do processador primário é diminuir i i as tarefas intensivas i do processador. O coprocessamento do FPGA é útil especialmente para tarefas que possam aproveitar as vantagens do paralelismo do FPGA e das tecnicas de pipelines. Host DMA FPGA DMA Co processamento Pipeline Paralelismo ll Fluxo intenso

46 Agenda O que são FPGAs e por que eles são úteis? Programando FPGAs Hardware FPGA Aplicações comuns para FPGAs Como aprender mais

47 Como aprender mais ni.com/fpga ni.com/embeddedeval

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