自從1997年基于FPGA的可重配置I/O（RIO）產(chǎn)品在NIWeek圖形化系統(tǒng)設(shè)計會議上首次亮相以來，NI已發(fā)布了多種基于NI RIO技術(shù)的設(shè)備，包括NI R系列、CompactRIO以及PXI Express RIO 中頻收發(fā)器。RIO技術(shù)不僅用于控制應(yīng)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(tǒng)。同時，現(xiàn)成可用的商業(yè)硬件平臺以及LabVIEW為FPGA編程帶來的簡化，也大大降低了系統(tǒng)開發(fā)難度和成本。

 圖1：基于高性能FPGA可以實現(xiàn)高帶寬實時頻譜分析儀等強大測試儀器。

      自動化測試應(yīng)用中的FPGA
      開放式的用戶可編程FPGA可以用于解決全新的應(yīng)用挑戰(zhàn)。在FPGA測試技術(shù)的關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域閉環(huán)測試系統(tǒng)中，測試系統(tǒng)必須向被測設(shè)備（DUT）提供實時反饋，來模擬真實世界的狀態(tài)變化，而這就需要使用具有硬件級響應(yīng)速度的基于FPGA的設(shè)備。以RFID標(biāo)簽測試為例，其測試系統(tǒng)必須模擬RFID讀卡器，以不超過25 μs的延遲與標(biāo)簽進(jìn)行協(xié)議交互。有些自動化測試系統(tǒng)要求極高的數(shù)據(jù)處理能力，這也是FPGA的全新應(yīng)用領(lǐng)域。寬帶實時頻譜分析儀需要對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)傅立葉變換（FFT），如圖1所示，只有通過FPGA對信號進(jìn)行協(xié)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(huán)實時測試系統(tǒng)的高速響應(yīng)和增強測試系統(tǒng)的信號處理能力，通過FPGA還可以實現(xiàn)自定義的協(xié)議接口、自定義的觸發(fā)控制等功能，從而可以進(jìn)一步提升現(xiàn)有自動化測試系統(tǒng)功能。

表1：三種基于PXI Express的NI FlexRIO FPGA模塊參數(shù)

      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(nèi)存、增強的同步特性和高性能的數(shù)據(jù)吞吐量，進(jìn)一步延伸了自動化測試系統(tǒng)的功能極限。
      NI最新發(fā)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(shù)字信號處理應(yīng)用的高性能Xilinx Virtex-5 SXT FPGA與高達(dá)512 MB的板載DRAM，詳細(xì)信息見表1。您可以將它們作為獨立協(xié)處理器使用，將計算負(fù)荷從主處理器移到FPGA上，在主處理器和FPGA之前平衡運算負(fù)擔(dān)，從而取得更優(yōu)的系統(tǒng)性能。NI同時還發(fā)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(jié)合使用這些提供了高性能模擬或數(shù)字I/O的適配器模塊，創(chuàng)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(fā)器等I/O適配器模塊進(jìn)行交互。

      Xilinx SXT FPGA整合了高達(dá)640個DSP slice，可以用于實現(xiàn)數(shù)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(xiàn)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(jié)合使用高性能適配器模塊對大數(shù)據(jù)量進(jìn)行操作成為可能。

      這三款NI PXIe-796xR設(shè)備不僅是使用PXI Express技術(shù)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(shù)字化儀和FPGA模塊之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)流傳送（亦稱作點對點數(shù)據(jù)流）。這一功能可避免將大量數(shù)據(jù)先傳送回主處理器，再傳給目標(biāo)板卡，從而可以幫助用戶利用高性能NI數(shù)字化儀建立基于FPGA的儀器。將設(shè)備與NI PXIe-5122數(shù)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(shù)字化儀或NI PXIe-5663矢量信號分析儀的數(shù)據(jù)，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(jìn)行處理。對于大多數(shù)計算要求高的應(yīng)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(jìn)行點對點數(shù)據(jù)傳輸。

 
表2：NI和NI聯(lián)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(chǎn)品驗證需求的工程師和研究人員輕松構(gòu)建基于FPGA的系統(tǒng)，快速有效地實現(xiàn)復(fù)雜的自定義儀器設(shè)備。

作者信息： Ryan Verret，NI信號發(fā)生器和FPGA測試產(chǎn)品的產(chǎn)品經(jīng)理，獲得了美國萊斯大學(xué)的電氣工程學(xué)士學(xué)位和碩士學(xué)位。