NI FlexRIO - Tecnologia e Aplicações

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NI FlexRIO - Tecnologia e

Aplicações

Mike Munhato

Marketing Técnico André Oliveira

Gerente de Vendas

(3)

Agenda

•

O que é FPGA e por que ele é tão útil?

•

Vantagens do FPGA em sistemas de teste

•

Plataforma NI FlexRIO

• Arquitetura do sistema • Módulos adaptadores • Streaming ponto a ponto

•

Vantagens do FPGA em aplicações embarcadas

(4)

Tecnologia FPGA

Blocos E/S Interconexões programáveis Blocos Lógicos

(5)

Implementação da lógica no FPGA

A B C D F E

Implementando uma lógica no FPGA: F = {(A+B)CD}  E Código LabVIEW FPGA

(6)

Testes elétricos atualmente

Funcionalidade fixa - triggers e

gravações

Aquisição, transferência, paradigma do pós-processamento

Malha aberta, dados de resposta a

estímulo

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Aprimoramento de testes com FPGA

•

Alta confiabilidade

— projetos implementados em

hardware

•

Baixa latência

— execução de algoritmos em taxas

determinísticas

•

Reconfigurável

— criação de testes para aplicações

específicas

•

Alto desempenho

— a capacidade computacional

proporciona novas possibilidades para medição e

velocidade no processamento de dados

•

Paralelismo real

— possibilita a execução de tarefas

paralelas e pipelining, reduzindo o tempo de teste

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Métodos de teste baseados em FPGA

Triggering e

aquisição

personalizados

Real-Time, medições contínuas

Malha fechada

e teste

dinâmico

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Vantagens dos testes baseados em FPGA

Triggering e

aquisição

personalizados

Real-Time, medições contínuas

Malha

fechada e

teste

dinâmico

Emulação de protocolo

Altas taxas de transferência de dados Custo reduzido

Cobertura de testes mais completa Maior confiabilidade nas medições

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Vantagens dos testes baseados em FPGA

Triggering e

aquisição

personalizados

Real-Time, medições contínuas

Malha fechada

e teste

dinâmico

Emulação de protocolo

Reduza/elimine hardware personalizado Customizável pelo usuário

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Vantagens dos testes baseados em FPGA

Triggering e

aquisição

personalizados

Real-Time, medições contínuas

Malha fechada

e teste

dinâmico

Emulação de protocolo

DUT/protocolo de ensaio

Reduza a necessidade de desenvolvimento para teste Reduza/elimine hardware personalizado

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Vantagens dos testes baseados em FPGA

Triggering e

aquisição

personalizados

Real-Time, medições contínuas

Malha

Fechada e

teste

dinâmico

Emulação de protocolo

Reduza a necessidade de desenvolvimento para teste Teste em condições reais de operação

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Um protocolo digital simples: I

2 _C

Circuito Integrado SDA SCL Gerador de Padrões Analisador de Lógica Abordagem tradicional

• Estímulo estático e respostas esperadas

• Dificuldade na implementação de múltiplos domínios de clock

010ZZ01

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Um protocolo digital simples: I

2 _C

Circuito Integrado SDA SCL Protocol-Aware

Tester

Abordagem por protocolos de ensaio

Endereço, dado, endereço, receptor

Dados de Resposta

• Inteligência integrada ao testador • Suporta ciclos de espera

• Fácil de cruzar domínios de clock

• Teste com comandos de alto nível • Cenário real

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Interface Digital I

2

C

Triggering e aquisição personalizados

Real-Time, medições contínuas

Malha fechada e teste dinâmico

Emulação de protocolo Interface DUT

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Arquitetura do sistema NI FlexRIO

• Sincronização • Clock/triggers • Potência/resfriamento • Streaming de dados Plataforma PXI NI FlexRIO FPGA Module

• Virtex-5 FPGA

• 132 linhas de E/S digitais •Até 512 MB de DRAM

NI FlexRIO Adapter Module

• E/S Intercambiáveis • Analógico ou digital

• NI FlexRIO Adapter Module Development Kit (MDK)

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Módulos PXI NI FlexRIO FPGA

• _{Virtex-5 FPGA}

• LX30, LX50, LX85, LX110

• _{Acesso direto às E/S FPGA}

• 132 single-ended ou 66 pares diferenciais • _{400 Mbps single-ended} • _{1 Gbps diferencial} • _{128 MB onboard DRAM} • 2 bancos 64 MB • 800 MB/s por banco

• Necessita módulo adaptador para

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Módulos PXI NI FlexRIO FPGA

• _{Virtex-5 FPGA}

• LX30, LX50, LX85, LX110

• _{Acesso direto às E/S FPGA}

• 132 single-ended ou 66 pares diferenciais • _{400 Mbps single-ended} • _{1 Gbps diferencial} • _{128 MB onboard DRAM} • 2 bancos 64 MB • 800 MB/s por banco

• Necessita módulo adaptador para

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Módulos adaptadores NI FlexRIO

Digital Analógico 100 MHz SE DIO Camera Link 200 MHz LVDS DIO 200 MHz SE/LVDS DIO RS-485/422 2 ch. 100 MS/s, 14-bit AI/16-bit AO 32 ch. 50 MS/s, 12-bit AI 4 ch. 250 MS/s, 14-bit AI 16 ch. 50 MS/s, 14-bit AI 500 MHz LVDS DIO 2 ch. 250 MS/s, 16-bit AI 2 ch. 40 MS/s, 12-bit AI 2 ch. 80 MS/s, 14-bit AI 2 ch. 120 MS/s, 16-bit AI 4 ch. 120 MS/s, 16-bit AI

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Módulos NI FlexRIO de parceiros

100 MHz PPMU Camera Link e Gigabit Ethernet Multigigabit óptico Dual Gigabit Ethernet Video e automotivo

(21)

NI FlexRIO Adapter Module Development Kit (MDK)

• Arquivos CAD (para esboço de PCB)

• Desenhos detalhados

• Documentação de hardware

• _{Descrições de pinos e opções de alimentação}

• _{Documentação de software}

• _{Desenvolvimento de Component-Level IP} (CLIP)

• _{Utilização de módulos adaptadores no LabVIEW FPGA} • _{Protocolo de identificação}

• Arquivos de exemplo: TBC, VHDL, UCF, e XML

• Módulo adapator para encapsulamentos de metal

(22)

Arquitetura ponto-a-ponto NI FlexRIO

• >800 MB/s sentido único

(23)

Exemplo de aplicação:

Trigger no domínio da frequência

Peer-to-Peer Stream

NI-RFSA Data

(24)

Trigger no domínio da frequência

Emulação de protocolo

Trigger no domínio da frequência

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(28)

Exemplo prático de teste:

(29)

Módulo FPGA NI FlexRIO NI 5734

Arquitetura do sistema - Demo

Acq & Avg DUT

DUT DUT

Acq & Avg

Acq & Avg Acq & Avg ADC ADC ADC ADC DUT Ser iali ze C hannels Triggering

DIO Digital DUT Control Unit

FFT SFDR SNR SINAD Host PXI Express Bus Sinal de estímulo

(30)

Demo 1: Paralelismo, processamento

inline, sistema de teste

(31)

Emulação de protocolo

(32)

Customização de instrumento

Malha fechada e teste dinâmico Emulação de protocolo Média no domínio da frequência Sequenciamento de testes via hardware Interface DUT Trigger no domínio da frequência Classificação de eventos Medição de espectro Trigger booleano combinacional Janela de domínio do tempo Filtragem inline Controle DUT Modulação RF automática protocolo digital dinâmico

(33)

NI FlexRIO para aplicações

embarcadas

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Desenvolvimento de hardware personalizado

Pesquisa •Definição das características •Partes críticas Desenvolvimento • PCB • Core IP • Mecânica • Driver • IP da aplicação Qualificação •Especificações •Funcionalidade •Confiabilidade •Conformidade Produção •Montagem •Teste Manutenção •Rendimento da produção •RMA •EOLs

Agenda de desenvolvimento e variáveis de custo

• Complexidade do projeto

• Restrições externas de projeto

• Exigências de desempenho e confiabilidade • Tecnologias Novas x Maduras

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•PCB: 2.5-5 meses •Esquemático: 1 mês •Layout: 1 mês

•Pedidos e execução: 2 semanas

•Os passos podem se tornar mais longos de acordo com a complexidade do projeto Pesquisa •Definição das características •Partes criticas Desenvolvimento • PCB • Core IP • Mecânica • Driver • IP da aplicação Qualificação •Especificações •Funcionalidade •Confiabilidade •Conformidade Produção •Montagem •Teste Manutenção •Rendimento da produção •RMA •EOLs

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Pesquisa •Definição das características •Partes criticas Desenvolvimento • PCB • Core IP • Mecânica • Driver • IP da aplicação Qualificação •Especificações •Funcionalidade •Confiabilidade •Conformidade Produção •Montagem •Teste Manutenção •Rendimento da Produção •RMA •EOLs

Core IP/Interfaces (pode haver grande variação no cronograma do projeto dependendo de sua complexidade) • Interface de barramento • DRAM • Conversores • Interfaces de controle • Streaming ponto-a-ponto

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IP Core e interfaces

•

Exemplo DRAM — 200 MHz, DDR2, x32 extensão do

dado

• _{Layout (mencionado como parte do projeto da PCB): 1 mês} • Verificação de pinout e refino da temporização no FPGA: 2 a 4

semanas

• _{Integridade de sinal: 2 semanas}

• Taxa de erro de bit/teste de borda: 2 semanas • _{Total: 3 meses}

• Se as coisas não correrem bem, multiplique por 2 ou mais

• Caso a situação fique realmente ruim, poderá ser necessária

revisão do esquema da PCB (voltar ao início)

•

Etapas semelhantes para interface de barramento,

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Testes de validação e verificação

• Teste de conformidade (CE, segurança) • Teste de temperatura

• Integridade de sinal

• Teste de repetibilidade de medições sobre lotes de tamanhos maiores

• Condições extremas (sobre-tensão, teste de tolerância, e outros) Pesquisa •Definição das características •Partes Criticas Desenvolvimento • PCB • Core IP • Mecânica • Driver • IP da aplicação Qualificação •Especificações •Funcionalidade •Confiabilidade •Conformidade Produção •Montagem •Teste Manutenção •Rendimento da Produção •RMA •EOLs

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O valor National Instruments

•

Com o hardware modular FPGA e a plataforma PXI, a NI

deixa para trás a maioria das dificuldades impostas por

um projeto de hardware personalizado

•

Você pode encurtar seu cronograma de

desenvolvimento e desenvolver de maneira eficiente

sistemas flexíveis, escaláveis e customizáveis.

•

Para que esse tempo de desenvolvimento extra pode

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Firmware da Aplicação • DSP

• Protocolos digitais • Algoritmos de medição • Redução de dados • Log de eventos e análise • Triggers

•Sequenciamento de hardware

• Controle de baixa latência

Pesquisa •Definição das características •Partes criticas Desenvolvimento • PCB • Core IP • Mecânica • Driver • IP da aplicação Qualificação •Especificações •Funcionalidade •Confiabilidade •Conformidade Produção •Montagem •Teste Manutenção •Rendimento da Produção •RMA •EOLs

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A abordagem de desenvolvimento tradicional

Desenvolvimento do algoritmo Simulações do algoritmo Prototipagem Hardware/Especialista em HDL Domínio/Especialista em algoritmo

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A abordagem de desenvolvimento tradicional

Domínio/Especialista na Aplicação • Ponto flutuante • Desenvolvimento do algoritmo • Simulação do algoritmo • Especificação do projeto Hardware/ Especialista em HDL • VHDL, Verilog, ponto-fixo • _{Tradução da especificação de} projeto para o hardware

• _{Implementação em dispositivo}

específico

• _{Ponto-fixo, overflows}

• _{Escrever código HDL}

• _{Desenvolver bancada de teste} • Executar simulações (enviar

resultados para o especialista do projeto)

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O valor da programação gráfica para FPGA

Como nós pensamos:

Como programamos:

Source: Wikipedia

(44)

Demo 2: Down Converter Digital

(45)

Conclusões

•

O NI FlexRIO torna possível o aumento das capacidades

e a redução do tempo de desenvolvimento para uma

variedade de aplicações embarcadas e de teste de alto

desempenho

•