美國國家儀器公司Ryan Verret
自從1997年基于FPGA的可重配置I/O（RIO）產品在NIWeek圖形化系統設計會議上首次亮相以來，NI已發布了多種基于NI RIO技術的設備，包括NI R系列、CompactRIO以及PXI Express RIO 中頻收發器。RIO技術不僅用于控制應用，強大的FPGA功能大大提高了測試吞吐量，使新的測試成為可能，從而增強了自動化測試系統。同時，現成可用的商業硬件平臺以及LabVIEW為FPGA編程帶來的簡化，也大大降低了系統開發難度和成本。
圖1：基于高性能FPGA可以實現高帶寬實時頻譜分析儀等強大測試儀器。
自動化測試應用中的FPGA
開放式的用戶可編程FPGA可以用于解決全新的應用挑戰。在FPGA測試技術的關鍵應用領域閉環測試系統中，測試系統必須向被測設備（DUT）提供實時反饋，來模擬真實世界的狀態變化，而這就需要使用具有硬件級響應速度的基于FPGA的設備。以RFID標簽測試為例，其測試系統必須模擬RFID讀卡器，以不超過25 μs的延遲與標簽進行協議交互。有些自動化測試系統要求極高的數據處理能力，這也是FPGA的全新應用領域。寬帶實時頻譜分析儀需要對采集到的數據進行連續傅立葉變換（FFT），如圖1所示，只有通過FPGA對信號進行協處理才能滿足這些用戶自定義分析需求的吞吐量。
除了用于閉環實時測試系統的高速響應和增強測試系統的信號處理能力，通過FPGA還可以實現自定義的協議接口、自定義的觸發控制等功能，從而可以進一步提升現有自動化測試系統功能。
表1：三種基于PXI Express的NI FlexRIO FPGA模塊參數
基于PXI Express的NI FlexRIO FPGA模塊和適配器模塊
最新基于PXI Express的NI FlexRIO FPGA模塊利用更強大的FPGA、更大的板載內存、增強的同步特性和高性能的數據吞吐量，進一步延伸了自動化測試系統的功能極限。
NI最新發布了基于PXI Express的NI FlexRIO FPGA模塊——NI PXIe-7961R、NI PXIe-7962R、NI PXIe-7965R。三款NI FlexRIO FPGA模塊集成了針對數字信號處理應用的高性能Xilinx Virtex-5 SXT FPGA與高達512 MB的板載DRAM，詳細信息見表1。您可以將它們作為獨立協處理器使用，將計算負荷從主處理器移到FPGA上，在主處理器和FPGA之前平衡運算負擔，從而取得更優的系統性能。NI同時還發布了多個NI FlexRIO適配器模塊，為FPGA提供了靈活的I/O。NI FlexRIO FPGA模塊的用戶可以結合使用這些提供了高性能模擬或數字I/O的適配器模塊，創建基于FPGA的儀器。
圖2：全新的基于PXI Express的NI FlexRIO FPGA模塊可以與例如NI 5781基帶收發器等I/O適配器模塊進行交互。
Xilinx SXT FPGA整合了高達640個DSP slice，可以用于實現數字濾波器、定制信號處理和FFT邏輯等常見功能。作為FPGA的處理性能的補充，板載DRAM提供了較之于現有的NI PXI-795xR系列NI FlexRIO FPGA模塊兩倍帶寬和四倍容量，將DRAM吞吐量提高到3.2 GB/s，使得結合使用高性能適配器模塊對大數據量進行操作成為可能。
這三款NI PXIe-796xR設備不僅是使用PXI Express技術的首批FlexRIO FPGA模塊，同時還集成了全新NI-STC3 ASIC，能夠在多個FPGA模塊之間或是在基于PXI Express的數字化儀和FPGA模塊之間直接進行數據流傳送（亦稱作點對點數據流）。這一功能可避免將大量數據先傳送回主處理器，再傳給目標板卡，從而可以幫助用戶利用高性能NI數字化儀建立基于FPGA的儀器。將設備與NI PXIe-5122數字化儀一起使用，可以將兩個通道，以100 MS/s全采樣速率或400 MS/s總采樣速率傳送到PXI Express NI FlexRIO FPGA中。您還可以將NI PXIe-5622中頻（IF）數字化儀或NI PXIe-5663矢量信號分析儀的數據，以最大75 MS/s的I/Q速率或300 MS/s的總速率傳送到NI FlexRIO FPGA模塊進行處理。對于大多數計算要求高的應用而言，您可以將運算量平均到多個FPGA上，以超過800 MB/s的速率從一個FPGA傳送到另一個FPGA，或是以每個方向700 MB/s的速率雙向（總模塊吞吐量超過1.4 GB/s）進行點對點數據傳輸。
表2：NI和NI聯盟合作伙伴提供了多個全新的NI FlexRIO適配器模塊。
全新的高性能NI FlexRIO FPGA和適配器模塊將幫助有測試和產品驗證需求的工程師和研究人員輕松構建基于FPGA的系統，快速有效地實現復雜的自定義儀器設備。
作者信息： Ryan Verret，NI信號發生器和FPGA測試產品的產品經理，獲得了美國萊斯大學的電氣工程學士學位和碩士學位。