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Fünf ungewöhnliche Anwendungen für Datenerfassungsgeräte

FPGAs revolutionieren die Messdatenerfassung

16. Mai 2014, 16:31 Uhr | Brandon Treece, Product Manager for Embedded Systems, National Instruments

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Integrierte Signalverarbeitung / Anwendung Cal-Bay Systems

Ein typisches ASIC-basiertes Datenerfassungsgerät erfasst die Werte und leitet sie zur Verarbeitung, Mathematik und Analyse an einen Prozessor weiter. Verarbeitungsschritte wie Kodierung, Dekodierung, Filterung, Mittelwertbildung, Modulationsformate, Dezimierung und FFT können die CPU stark belasten. Bei einer Anwendung, die durch die CPU-Bandbreite eingeschränkt wird, lässt sich die CPU-Auslastung reduzieren und ein höherer Gesamtdurchsatz erreichen, indem ein Teil der Verarbeitungsleistung an den FPGA oder die Hardware der R-Serie ausgelagert wird.

Eine gängige Strategie ist, die Parallelität eines FPGAs für die Vorverarbeitung paralleler Daten zu nutzen. So können Entscheidungen schnell getroffen oder der kleinere Satz verarbeiteter Daten kann für weitere Analyse und Speicherung an die CPU weitergegeben werden. Bei der integrierten Verarbeitung hingegen können Entscheidungen und Berechnungen umgehend auf dem FPGA erfolgen, wodurch die Effizienz insgesamt steigt. Geräte der R-Serie eignen sich auch für verarbeitungsintensive Anwendungen, wo Tasks, die die CPU stark auslasten, an den FPGA abgegeben werden. In diesem Fall werden die Daten direkt vom Host-Computer übertragen, auf dem FPGA verarbeitet und wieder zurückgeleitet.

Aus der Praxis

Cal-Bay Systems sollte ein System zur Schwingungsüberwachung und -analyse um die Erfassung von Drehzahlsignalen erweitern. Nach der Erfassung wurden Schwingungsdaten zur Analyse, Anzeige und Protokollierung auf einen PC mit Dual-Prozessoren übertragen. Weil die Software mehrere Schwingungskanäle analysierte, war die hohe Prozessorauslastung problematisch. Mithilfe der R-Serie und LabVIEW FPGA lagerten die Ingenieure die zusätzliche Verarbeitung, die für die Tachometersignale nötig war, an den FPGA aus. Die Hardware ließ sich nahtlos in das bestehende PXI-basierende Datenerfassungssystem mit hoher Kanalanzahl integrieren, so dass man keine externe Verarbeitungshardware brauchte. Zudem musste der für die Schwingungsanalyse verantwortliche PC nicht mit der softwarebasierten Verarbeitung der Drehzahlsignale belastet werden, weil alle Berechnungen auf dem Gerät der R-Serie stattfanden.