Datenaufzeichnung
Streaming als Daten-Turbo
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
FPGA-Coprozessor und Peer-to-Peer-Streaming
Mit der Produktreihe der FlexRIOModule für PXI Express (Bild 4) hat National Instruments eine Plattform für Messgeräte mit austauschbarer physikalischer Schnittstelle eingeführt. Diese Geräte bestehen aus einer Basiseinheit, die das PXIe-Bus-Interface sowie ein FPGA als zentrale Einheit umfasst, und einem Adapter-Modul, welches A/D-Wandler oder D/A-Wandler, digitale Schnittstellen etc. bereithält. Adapter-Module für Standardaufgaben (Digitizer, High-Speed- Digital-I/O) sind verfügbar, applikationsspezifische Module (Gbit-Ethernet, Multimedia-Schnittstellen, schnelle serielle Gbit-Schnittstellen) sind von NI-Alliance-Partnern verfügbar.
Und mit dem „Adapter Module Development Kit“ können Anwender eigene Adapter-Module für sehr spezielle Aufgaben (z.B. spezielle A/D-Wandler für Hochenergiephysik oder spezielle Schnittstellen z.B. für das Steuern von GSM-Basisstationen über CPRI oder OBSAI) selbst erstellen.
Durch das mit LabVIEW und HDL programmierbare FPGA des FlexRIO-Konzepts können für die Adapter-Module vorbereitete Funktionen genutzt oder eigene implementiert werden. Ein besonderer Anwendungsfall ist die Verwendung der FPGA-Basiseinheit ohne Adapter-Modul zur Verarbeitung von Daten, welche von anderen Instrumenten auf dem PXI-Express- Bus geliefert werden.
Durch die Möglichkeit der Peer-to- Peer-Kommunikation auf dem PXI-Express-Bus können Daten von z.B. einem HF-Analysator oder -Digitizer direkt in ein PXIe-FlexRIO übertragen werden. Hierbei sind Datenraten über 800 Mbyte/s und mehrere parallele Verbindungen möglich. Weiterhin können mehrere FlexRIO-Baugruppen kaskadiert werden, um mehr Rechenleistung zu erreichen.
Anwendungsgebiete für diese Architekturen sind überall dort zu finden, wo hohe Rechenleistung und große Datenmengen anfallen; beispielsweise bei der Berechnung von Spektralanalysen im Signal- Intelligence-Bereich, bei der Erzeugung von komplexen, breitbandigen Signalen wie z.B. HDMIVideosignalen oder Galileo- Navigationssignalen in Echtzeit. Ebenso ist es möglich, Geräte zur Signalerfassung und -ausgabe (z.B. digitale Interfaces, HF-Analysator und -Generator) über Peer-to- Peer-Streaming mit einem NI-FlexRIO-System zu verbinden. Mit diesem Aufbau können z.B. Funksysteme für WLAN, LTE oder Mobilfunk emuliert oder Prototypen für neue Funksysteme oder Standards entwickelt werden.
Letztlich ist festzustellen, dass für Messtechnik-Aufgaben wie das Erfassen von Signalen mit hoher Bandbreite, bei denen kontinuierlich große Datenmengen anfallen, ein Streaming- System auf Basis von PXI-Express und RAID-Systemen sehr gut geeignet ist. Durch den schnellen PXIe-Bus können Signale mit hoher Übertragungsrate bis zu 2 Gbyte/s kontinuierlich erfasst und auf einem RAID abgespeichert werden. Solche RAID-Systeme, basierend auf Standard-Festplatten, erlauben nämlich die erforderlichen hohen Übertragungsraten und bieten große Speichertiefen bei gleichzeitig geringen Kosten und leichter Erweiterbarkeit, sogar auf Solid-State-Disks.
Und das Peer-to-Peer-Streaming erlaubt schließlich das Verbinden von Messgeräten über den PXIe- Bus mit einem FPGA-Coprozessor für leistungsfähige Datenverarbeitung, Signalanalysen oder die Abarbeitung von Kommunikationsprotokollen in Echtzeit.
Über den Autor:
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| Christian Gindorf |
|---|
| studierte Physiktechnik an der Fachhochschule Ostfriesland in Emden. Nach seinem Einstieg als Applications Engineer und Trainer für Programmiersprachen bei National Instruments in München entwickelte er kundenspezifische Testsysteme, war als Business Development Manager für den Bereich HF-Testsysteme tätig und leitet aktuell die Abteilung „Systems Engineering“. |
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