Crie sem limitações: Inclua o poder dos FPGAs programados pelo usuário em suas aplicações de teste

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2 Crie sem limitações: Inclua o poder dos FPGAs programados pelo usuário em suas aplicações de teste Renan Azevedo Engenheiro de Produto, Sistemas de medição e teste National Instruments

3 Agenda O que é um instrumento projetado por software? Por que utilizar instrumentação projetada por software? Novos instrumentos projetados por software Instrumento projetado por software Software Próximos passos 3

4 O que é um instrumento projetado por software?

5 O que é um instrumento projetado por software? Instrumento modular típico Instrumento projetado por software Processador Processador Software FPGA Hardware Firmwar e FPGA fixo Funcionalidades prontas para uso com as melhorias no FPGA Arquitetura idêntica de hardware e qualidade de medição 5

6 Funcionalidades prontas para uso + Melhorias no FPGA E/S Calibração DSP Trigger Aquisição Sincronização Aprimoramentos específicos da aplicação 6

7 A abordagem da NI Nós a chamamos de arquitetura LabVIEW de E/S Reconfiguráveis (RIO). E/S analógicas Processador de tempo real ou Baseado em PC FPGA E/S digitais E/S especializadas E/S customizadas Protocolos de barramento Ambiente gráfico de programação LabVIEW altamente produtivo para a programação de hosts, FPGA, E/S e interfaces de barramento 7

8 Tecnologia FPGA Blocos de memória Armazena conjuntos ou valores de dados na RAM definida pelo usuário Blocos de lógica configurável (CLBs) Implementam a lógica usando flip-flops e LUTs Multiplicadores e DSPs Implementam o processamento de sinais usando circuitos de multiplicador e de multiplicador acumulado Blocos de E/S Tenha acesso direto às E/S digitais e analógicas Interconexões programáveis Roteamento de sinais por meio da matriz FPGA 8

9 Programe com o LabVIEW FPGA Elementos de programação conhecidos do LabVIEW Desenvolva, simule, depure, compile e implemente com o LabVIEW Integre IP externas ao FPGA Recursos de alto desempenho Funções matemáticas de alta produtividade Controle avançado da temporização com os Single Cycle Timed-Loops Acesso aos núcleos DSP otimizados Acesso a E/S e periféricos API simples para E/S do painel frontal Transmissão em ampla largura no PCI Express para o Host ou outros dispositivos PXI Acesso aleatório à leitura/gravação de DRAM 9

10 Por que a instrumentação projetada por software? e Novos instrumentos projetados por software

11 Por que usar FPGAs em instrumentos? Processamento de alta produtividade Inerentemente paralelo Taxa de clock mais alta Pipeline específico do algoritmo Tomada de decisões com baixa latência Lógica customizada em um único ciclo de clock Determinismo completo Projeto implementado em um circuito customizado Lógica reprogramável 11 O projeto pode ser atualizado enquanto o sistema estiver sendo executado

12 Os FPGAs programáveis pelo usuário dos instrumentos projetados por software permitem: 1. Medições e geração de estímulos no FPGA 2. Teste de malha-fechada ou Protocol-Aware 3. Trigger customizado e redução de dados 4. Execução de teste determinístico e controle do DUT 5. Características de específicas aplicações ou DUT Maior produtividade nos testes Reutilização de hardware e adequação ao futuro Custo total de teste mais baixo Testes novos e inovadores 12

13 De tempo real e contínuo DUT 1. Medições e geração de estímulos no FPGA Maior produtividade nos testes Reutilização de hardware e adequação ao futuro Custo total de teste mais baixo 13 Testes novos e inovadores

14 Gerador vetorial de sinais de 26,5 GHz Especificações PXIe-5668 Faixa de frequência Análise BW Ruído de fase (Típico, a 10 khz de deslocamento) Ruído de fundo TOI 20 Hz a 26,5 GHz 320 MHz abaixo de 3,6 GHz 765 MHz acima de 3,6 GHz -129 dbc/hz a 1 GHz <-145 dbm/hz (26 GHz) >+20 dbm (26 GHz) Novos recursos Slots 7 Kintex-7 410T FPGA programável com LabVIEW 14

15 Digitalizador IF reconfigurável de 2 GHz Especificações PXIe-5624R Taxa de amostragem Resolução de ADC 2 GS/s 12 bits Largura de banda analógica Novos recursos Slots 1 2 GHz Kintex-7 410T FPGA programável com LabVIEW Interfaces de barramento PCI Express x8 Gen 2 (> 3 GB/s) 15

16 Análise de espectro em tempo real Recursos Persistência sem falhas, espectrograma e estatísticas de rastreamento (retenção máx., retenção mín., média) calculados em FPGA Capacidade de processar até 2 M FFTs/s usando FFTs sobrepostas e com janelas Acionamento da máscara de frequência em tempo real 100% de probabilidade de interceptação (POI) com opções mínimas de duração: 1 µs ou >15 µs Fonte disponível mediante solicitação 16

17 Demonstração: análise de espectro em tempo real PXIe-5668R VSA + PXIe-7976R FlexRIO em PXIe-1085 Pode usar outros analisadores RF com recursos P2P Até 800 MHz de largura de banda RF (3 GB/s) 3 GB/s 17

18 [Demo Video]

19 Lógica específica do protocolo DUT 2. Teste de malha-fechada ou Protocol- Aware Maior produtividade nos testes Reutilização de hardware e adequação ao futuro Custo total de teste mais baixo 19 Testes novos e inovadores

20 Instrumentos seriais de alta velocidade Especificações PXIe-6591R e PXIe-6592R PXIe-6591R Interface serial de alta velocidade Conector RAM FPGA Até 12,5 Gbps Até 8 vias TX e RX SFP+ ou Mini-SAS HD 2 GB / 10.6 GB/s Kintex-7 410T FPGA programável com LabVIEW Interfaces de barramento PCI Express x8 Gen 2 (> 3 GB/s) Disponível no fim de 2014 PXIe-6592R Exemplos de: JESD204B Xilinx Aurora Serial RapidIO 10 Gigabit Ethernet CPRI 20 FlexRIO-like controle VHDL dos Xilinx MGTs

21 Demonstração: Teste de Protocol-Aware Protocolo serial de alta velocidade implementado no FPGA Capacidade de adaptar-se às implementações customizadas de protocolo Não é preciso sintetizar os vetores do protocolo no processador Geração de estímulos no FPGA Protocolo JESD204B no FPGA JESD DAC Estímulo 8 vias a 8 Gbps 23

22 Demonstração: Hardware de teste DAC Analógico JESD204B 24

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24 Captura seletiva de dados DUT 3. Trigger customizado e redução de dados Maior produtividade nos testes Reutilização de hardware e adequação ao futuro Custo total de teste mais baixo 27 Testes novos e inovadores

25 8 canais, Osciloscópio reconfigurável de 250 MHz Especificações PXIe-5171R Canais ADC Largura de banda analógica Faixas de entrada ENOB (número efetivo de bits) RAM 8 (amostragem simultânea) 250 MS/s, 14 bits 250 MHz Filtro selecionável de 100 MHz 0,2 V pp a 5 V pp > 11 (preliminar) 1,5 GBit FPGA Nº de slots 1 Kintex-7 410T FPGA programável com LabVIEW Interfaces de barramento PCI Express x8 Gen 2 (> 3 GB/s) 28

26 Detecte eventos com mais rapidez e deterministicamente Apenas alguns eventos são capturados Período de aquisição Tempo de inatividade Aquisição e processamento contínuos sem tempo de inatividade, permitindo a captura de todos os eventos 29

27 Demonstração: Trigger da máscara no domínio do tempo Adquira os sinais (falha) em um determinado envelope 30

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29 Controle digital do DUT Instrumentação do sistema de testes DUT 4. Execução de teste determinístico e controle do DUT Maior produtividade nos testes Reutilização de hardware e adequação ao futuro Custo total de teste mais baixo 32 Testes novos e inovadores

30 Transceptor vetorial de sinais da largura de banda 6 GHz, 200 MHz Especificações PXIe-5646R Configuração Faixa de frequência Taxa de amostragem Largura de banda Recursos Novos recursos VSA e VSG com LOs independentes 24 linhas de DIO 65 MHz a 6 GHz 250 MS/s 200 MHz Virtex-6 LX240T FPGA programável com o LabVIEW Modo de sintonia rápida: < 400 μs Suporte a 802,11 ac 160 MHz Suporte para LTE avançado 33

31 Demonstração: Controle e sequenciamento de testes de um dispositivo sob teste utilizando VST 64 modos do DUT ACPR, CHP, EVM em todos os pontos 34

32 [Demo Video]

33 Sequenciamento de testes Sequenciamento de testes baseado em software Sequenciamento de testes baseado em hardware Sequenciamento de testes baseado em hardware com CPU adicional 37

34 DUT DUT DUT 5. DUT ou características específicas da aplicação Maior produtividade nos testes Reutilização de hardware e adequação ao futuro Custo total de teste mais baixo 40 Testes novos e inovadores

35 Múltiplas características DUT A Serial RapidIO 1 via 3,125 Gbps DUT B Serial RapidIO 4 vias 6,25 Gbps 41

36 Os FPGAs programáveis pelo usuário dos instrumentos projetados por software permitem: 1. Medições e geração de estímulos no FPGA 2. Teste de malha-fechada ou Protocol-Aware 3. Trigger customizado e redução de dados 4. Execução de teste determinístico e controle do DUT 5. Características de específicas aplicações ou DUT Maior produtividade nos testes Reutilização de hardware e adequação ao futuro Custo total de teste mais baixo Testes novos e inovadores 42

37 Instrumento projetado por software. Software

38 Máxima flexibilidade Compatibilidade máxima Opções de programação de instrumentos projetados por software Drivers de instrumento Modelo de programação padrão do setor Funcionalidade pronta para uso Extensões do driver de instrumento FPGA Modelo de programação padrão do setor Funcionalidade pronta para uso Melhorias específicas da aplicação FPGA Exemplos de projetos do LabVIEW e bibliotecas de projetos de instrumento Variedade de modelos arquitetônicos Customização do processador de ponta a ponta e dos recursos FPGA 44

39 Drivers de instrumentos Principal vantagem: Abstração de Hardware APIs para a programação de instrumentos simplificados o API LabVIEW o APIs C/C++ e.net Portabilidade de código o Versões para todos os drivers o Em todos os dispositivos de hardware o Em todos os fornecedores (IviScope, IviDMM) API LabVIEW RFSA da NI Os drivers de instrumento da NI incluem: Configuração do NI MAX Painéis frontais virtuais (Soft front panels - SFPs) para uso interativo Exemplos de programas que põem em prática todas as funcionalidades da API Ajuda e documentação da API NI-RFSA Soft Front Panel 45

40 Extensões do driver de instrumento FPGA Processador de tempo real ou baseado em PC FPGA E/S analógicas E/S digitais E/S especializadas E/S customizadas Protocolos de barramento A compatibilidade dos drivers de instrumentos padrão da indústria A flexibilidade da arquitetura do LabVIEW RIO Extensões do driver de instrumento FPGA 46

41 Extensões do driver de instrumento FPGA Controlador embarcado (CPU) Aplicação Host API do driver de instrumento API da aplicação de IP PCI Express Host FPGA Definido pelo fornecedor Específico da aplicação PCI Express IP do FPGA para drivers de instrumento Dados, Triggers, status do dispositivo IP da aplicação VI específico da aplicação FPGA Instrumento projetado por software (VST) 47

42 Extensões do driver de instrumento FPGA Host FPGA Drivers de instrumento VIs do FPGA para drivers de instrumento VIs do Host específicos da aplicação VIs específicos da aplicação FPGA 48

43 Arquitetura do instrumento projetado por software Aplicação do usuário Interface do Host Instrumento Projeto Bibliotecas Host Config. e Calibração Aquisição de formas de onda Geração de formas de onda Sinc. Trigger FPGA 49

44 Bibliotecas de projetos de instrumentos O VI possui bordas mais espessas e um código de cores Incluídas em um pacote de Host e FPGA *.lvlib Localizada no caminho [LabVIEW Dir]\instr.lib\ "De propriedade" da NI, mas principalmente de código aberto Os VIs são bloqueados para evitar a edição acidental Paletas de Host e FPGA SubVI típico Projeto de instrumentos Biblioteca de VI Host FPGA 50

45 Exemplos de projetos do LabVIEW para instrumentos projetados por software Totalmente flexíveis, criados nas bibliotecas de projetos de instrumentos Instrumentação Implementa o acionamento e a gravação múltipla de aquisições e geração. Fornece uma percepção familiarizada dos drivers de instrumentos tradicionais no host. Streaming Executa transmissões básicas em tempo real, do host ou para o host Serve como ponto de partida para implementar DSP de tempo real e reorganizar a transmissão de dados entre os loops, FPGAs e o processamento de host. 51

46 Exemplo de projeto de Streaming Exemplo de VST Host FPGA Aplicação do usuário Streaming de VST Exemplo de projeto Sinc. do trigger Config. de entr. RF e Calc. DSP Config. com base na placa DSP Config. de saída RF e Calc. Hardware de RF ADC DAC Instrumento Projeto Bibliotecas Ent. RF Saída RF 53

47 Exemplo de projeto baseado na gravação Exemplo de VST Host FPGA Aplicação do usuário VSA / VSG simples Exemplo de projeto Sinc. do trigger Config. de entr. RF e Calc. DSP Aquis. de gravaç. múlt. Config. com base na placa Seq. de formato de onda DSP Config. de saída RF e Calc. Hardware de RF ADC DAC Instrumento Projeto Bibliotecas Ent. RF Saída RF 54

48 Modelo de instrumento Drivers de instrumento Extensões do driver de instrumento FPGA Exemplos de projetos do LabVIEW e bibliotecas de projetos de instrumento Transceptores vetoriais de sinais PXIe-5644R PXIe-5645R PXIe-5646R NI-RFSA / NI-RFSG / NI-RFmx Use bitfiles do site ou customize o desenvolvimento por meio de um programa de acesso antecipado Bibliotecas de projetos de instrumentos do NI LabVIEW 2014 para Transceptores vetoriais de sinais 14.0 Osciloscópios PXIe-5170R PXIe-5171R NI-SCOPE planejado Planejado Bibliotecas de projetos de instrumentos do NI LabVIEW 2014 para os Oscilloscopes 14.0 Digitalizadores IF PXIe-5624R X X Bibliotecas de projetos de instrumentos do NI LabVIEW 2014 para os IF Digitizers 14.0 Analisador vetorial de sinais PXIe-5668R NI-RFSA / NI-RFmx Use bitfiles do site ou customize o desenvolvimento por meio de um programa de acesso antecipado Bibliotecas de projetos de instrumentos do NI LabVIEW 2014 para Vector Signal Analyzers 14.0 Instrumentos seriais de alta velocidade PXIe-6591R PXIe-6592R X X Bibliotecas de projetos de instrumentos do NI LabVIEW 2014 para os High Speed Serial Instruments 14.0

49 IP e exemplos

50 Modelo de uso de IP baseado em componentes Integrado Exemplos de projetos Independente Exemplos de projetos Extensões de FPGA Aplicação Host API do instrumento Host FPGA Biblioteca de projetos de instrumentos Biblioteca de projetos de instrumentos IP da aplicação IP da aplicação VI FPGA Bibliotecas de projetos de instrumentos específicos da aplicação 57

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52 VI Package Manager Resolução da dependência automática Atualizações automáticas Experiência simplificada de instalação Dependência 65

53 Próximos passos /software-designed-instruments Conteúdo técnico /software-designed-instruments/getting-started Exemplos e IP da aplicação Treinamento de alta produtividade LabVIEW FPGA Link Guia do desenvolvedor de alto desempenho no LabVIEW FPGA Link Alliance Partners /alliance Especialidade FPGA da LabVIEW 66