基于Xilinx Kintex UltraScale FPGA的FlexRIO模塊介紹

NI FlexRIO是NI公司推出的FPGA應(yīng)用的模塊化產(chǎn)品，基于NI LabVIEW可重配置I/ O（RIO）架構(gòu)的NI FlexRIO在一個(gè)平臺(tái)中集成了高性能模塊化I / O、功能強(qiáng)大的Xilinx FPGA以及基于PC的技術(shù)，是板載處理和實(shí)時(shí)分析應(yīng)用系統(tǒng)的理想之選。借助NI FlexRIO，領(lǐng)域?qū)＜铱梢暂p松解決高性能嵌入式和測(cè)試問(wèn)題，而無(wú)需像以前一樣需要進(jìn)行高成本的自定義硬件開發(fā)。NI FlexRIO架構(gòu)包含三個(gè)部分：NI FlexRIO FPGA模塊、提供高性能模擬和數(shù)字I / O的NI FlexRIO適配器模塊、可重配置PXI系統(tǒng)，所有組件均通過(guò)LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件編程。

圖1：NI FlexRIO設(shè)備是 FPGA模塊和適配器模塊的結(jié)合

近日NI公司在美國(guó)德克薩斯州奧斯汀舉辦了2017年度峰會(huì)，并且推出了新一代FlexRIO PXIe模塊PXIe-7915，它是基于Xilinx Kintex UltraScale FPGA系列器件，NI的設(shè)計(jì)工程師充分利用了Kintex UltraScale FPGA管腳的兼容能力，將FPGA背板的靈活性和可擴(kuò)展性最大化，同時(shí)采用相同的PCB布局，即用戶可以應(yīng)用需要選擇不同規(guī)格的FPGA器件，如Kintex UltraScale KU035、KU040或者KU060。相比之前的FlexRIO模塊，這次的改進(jìn)不僅包含了更多的可編程邏輯資源，同時(shí)也在性能上帶來(lái)了顯著提升：

圖2：新一代NI FlexRIO模塊與之前版本的對(duì)比

除此之外新一代FlexRIO采用高速串行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，這對(duì)于采樣率、帶寬、分辨率和通道數(shù)等指標(biāo)至關(guān)重要。隨著應(yīng)用性能需求的不斷提升，我們可以看到ADC/DAC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換12位4Gsamples/S，甚至16位500Msamples/S技術(shù)的出現(xiàn)，這些技術(shù)指標(biāo)對(duì)于各種應(yīng)用都是非常具有吸引力的，但是底層的通信技術(shù)以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換已經(jīng)從低壓差分信號(hào)（LVDS）接口轉(zhuǎn)向高速串行數(shù)據(jù)接口，例如JESD204B通信協(xié)議。之前的FlexRIO架構(gòu)非常適合傳統(tǒng)的單端或者LVDS數(shù)據(jù)接口，新一代的FlexRIO架構(gòu)則是為行業(yè)內(nèi)最新的高速串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口而設(shè)計(jì)的。

圖3：并行數(shù)字轉(zhuǎn)換與高速串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的兩種方式

LabVIEW 2017支持硬件工程或者IP導(dǎo)出到Xilinx Vivado工具，這樣工程師就可以利用LabVIEW進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)的搭建，然后用Vivado工具進(jìn)行代碼開發(fā)、仿真以及編譯調(diào)試，最后部署到FlexRIO硬件平臺(tái)上。過(guò)去的十年間工程師利用FlexRIO以及LabVIEW工具帶來(lái)的靈活性和高性能進(jìn)行了無(wú)數(shù)產(chǎn)品原型系統(tǒng)的搭建和研究。新一代FlexRIO為行業(yè)內(nèi)新型的應(yīng)用需求提供了最新的硬件和軟件支持。