自从1997年基于FPGA的可重配置I/O（RIO）产品在NIWeek图形化系统设计会议上首次亮相以来，NI已发布了多种基于NI RIO技术的设备，包括NI R系列、CompactRIO以及PXI Express RIO 中频收发器。RIO技术不仅用于控制应用，强大的FPGA功能大大提高了测试吞吐量，使新的测试成为可能，从而增强了自动化测试系统。同时，现成可用的商业硬件平台以及LabVIEW为FPGA编程带来的简化，也大大降低了系统开发难度和成本。
图1：基于高性能FPGA可以实现高带宽实时频谱分析仪等强大测试仪器
自动化测试应用中的FPGA
开放式的用户可编程FPGA可以用于解决全新的应用挑战。在FPGA测试技术的关键应用领域闭环测试系统中，测试系统必须向被测设备（DUT）提供实时反馈，来模拟真实世界的状态变化，而这就需要使用具有硬件级响应速度的基于FPGA的设备。以RFID标签测试为例，其测试系统必须模拟RFID读卡器，以不超过25 μs的延迟与标签进行协议交互。有些自动化测试系统要求极高的数据处理能力，这也是FPGA的全新应用领域。宽带实时频谱分析仪需要对采集到的数据进行连续傅立叶变换（FFT），如图1所示，只有通过FPGA对信号进行协处理才能满足这些用户自定义分析需求的吞吐量。
除了用于闭环实时测试系统的高速响应和增强测试系统的信号处理能力，通过FPGA还可以实现自定义的协议接口、自定义的触发控制等功能，从而可以进一步提升现有自动化测试系统功能。
表1：三种基于PXI Express的NI FlexRIO FPGA模块参数
基于PXI Express的NI FlexRIO FPGA模块和适配器模块
最新基于PXI Express的NI FlexRIO FPGA模块利用更强大的FPGA、更大的板载内存、增强的同步特性和高性能的数据吞吐量，进一步延伸了自动化测试系统的功能极限。
NI最新发布了基于PXI Express的NI FlexRIO FPGA模块——NI PXIe-7961R、NI PXIe-7962R、NI PXIe-7965R。三款NI FlexRIO FPGA模块集成了针对数字信号处理应用的高性能Xilinx Virtex-5 SXT FPGA与高达512 MB的板载DRAM，详细信息见表1。您可以将它们作为独立协处理器使用，将计算负荷从主处理器移到FPGA上，在主处理器和FPGA之前平衡运算负担，从而取得更优的系统性能。NI同时还发布了多个NI FlexRIO适配器模块，为FPGA提供了灵活的I/O。NI FlexRIO FPGA模块的用户可以结合使用这些提供了高性能模拟或数字I/O的适配器模块，创建基于FPGA的仪器。
图2：全新的基于PXI Express的NI FlexRIO FPGA模块可以与例如NI 5781基带收发器等I/O适配器模块进行交互
Xilinx SXT FPGA整合了高达640个DSP slice，可以用于实现数字滤波器、定制信号处理和FFT逻辑等常见功能。作为FPGA的处理性能的补充，板载DRAM提供了较之于现有的NI PXI-795xR系列NI FlexRIO FPGA模块两倍带宽和四倍容量，将DRAM吞吐量提高到3.2 GB/s，使得结合使用高性能适配器模块对大数据量进行操作成为可能。
这三款NI PXIe-796xR设备不仅是使用PXI Express技术的首批FlexRIO FPGA模块，同时还集成了全新NI-STC3 ASIC，能够在多个FPGA模块之间或是在基于PXI Express的数字化仪和FPGA模块之间直接进行数据流传送（亦称作点对点数据流）。这一功能可避免将大量数据先传送回主处理器，再传给目标板卡，从而可以帮助用户利用高性能NI数字化仪建立基于FPGA的仪器。将设备与NI PXIe-5122数字化仪一起使用，可以将两个通道，以100 MS/s全采样速率或400 MS/s总采样速率传送到PXI Express NI FlexRIO FPGA中。您还可以将NI PXIe-5622中频（IF）数字化仪或NI PXIe-5663矢量信号分析仪的数据，以最大75 MS/s的I/Q速率或300 MS/s的总速率传送到NI FlexRIO FPGA模块进行处理。对于大多数计算要求高的应用而言，您可以将运算量平均到多个FPGA上，以超过800 MB/s的速率从一个FPGA传送到另一个FPGA，或是以每个方向700 MB/s的速率双向（总模块吞吐量超过1.4 GB/s）进行点对点数据传输。
表2：NI和NI联盟合作伙伴提供了多个全新的NI FlexRIO适配器模块
全新的高性能NI FlexRIO FPGA和适配器模块将帮助有测试和产品验证需求的工程师和研究人员轻松构建基于FPGA的系统，快速有效地实现复杂的自定义仪器设备。
作者信息： Ryan Verret，NI信号发生器和FPGA测试产品的产品经理，获得了美国莱斯大学的电气工程学士学位和硕士学位。
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