FAQs zu Geräten der R-Serie für intelligente Datenerfassung

Was sind die neuen Geräte der R-Serie?

Jedes der vier neuen Datenerfassungs-, Steuer- und Regelmodule der R-Serie lässt sich mit dem NI LabVIEW FPGA Module konfigurieren. Tabelle 1 listet alle Geräte der R-Serie mit den zugehörigen Spezifikationen auf, u. a. simultane Abtastraten an Analogeingängen von 750 kS/s, simultane Abtastraten an Analogausgängen von 1 MS/s und leistungsstarke Virtex-5-FPGA-Chips.

Tab. 1: Geräte der R-Serie für intelligente Datenerfassung, Steuerung und Regelung

Diese Datenerfassungsgeräte beinhalten anwenderdefinierte Onboard-Verarbeitung und bieten umfassende Flexibilität bei Systemtiming und Triggerung. Alle Gerätefunktionen können mithilfe des NI LabVIEW FPGA Module über LabVIEW-Blockdiagramme konfiguriert werden. Die Blockdiagramme werden in der Hardware ausgeführt und ermöglichen dem Anwender somit die direkte und unmittelbare Steuerung aller I/O-Signale des PXI- bzw. PCI-Geräts. Geräte der R-Serie lassen sich mithilfe von LabVIEW FPGA für eine große Auswahl an Anwendungen, die präzise Timing- und Steuerfunktionen erfordern, benutzerdefiniert konfigurieren, u. a.:

• Datenerfassung mit Onboard-Verarbeitung
• Hochgeschwindigkeits-Analog- und diskrete Regelschleifen
• Pulsweitenmodulation (PWM) und Anbindung an Inkrementaldrehgeber
• Benutzerdefinierte digitale Kommunikationsprotokolle
• Benutzerdefinierte Counter mit einer Auflösung von bis zu 64 bit
• Hardwaregetaktete Entscheidungsfindung bei 40 MHz

Weitere Informationen zu Geräten der R-Serie

 Was ist der Unterschied zwischen den neuen Geräten der R-Serie und vorherigen Generationen?

Die neuen Geräte der R-Serie umfassen leistungsstarke Virtex-5-FPGAs, die über verbesserte Funktionen für eine schnellere Codeausführung verfügen. Des Weiteren können die FPGAs mehr LabVIEW-Code aufnehmen als Geräte vorheriger R-Serien-Generationen. Virtex-5-FPGAs besitzen 6-Eingangs-LUTs (Look-Up-Tables) für eine verbesserte Ressourcennutzung und DSP-Slices, welche die Implementierung komplexerer Digitalsignal-Verarbeitungsfunktionen bei schnelleren Taktraten ermöglichen. Die neuen LX30-FPGAs der Virtex-5-Familie sind ca. doppelt so groß wie die FPGAs mit 1 Mio. Gatter der Virtex-II-Familie, während die LX50-FPGAs der Virtex-5-Familie geringfügig größer sind als die FPGAs mit 3 Mio. Gattern der Virtex-II-Familie.

Zusätzlich sind die Module NI PXI-7851R und PXI-7852R in der Lage, auf allen acht Analogeingangskanälen bei 16 bit Auflösung mit einer Rate von 750 kS/s abzutasten. PID-Regelschleifen können nun 3,5-mal so schnell ausgeführt werden, wie mit Geräten vorheriger Generationen und durch die parallele Ausführung von FPGAs müssen mehrere Regelschleifen keine Prozessorbandbreite mehr teilen. Schnellere Analogeingangsraten verbessern zudem die Genauigkeit von Analog-Triggern und die Funktionen für Frequenzmessungen.

Die neuen Geräte der R-Serie erfordern eine neue Version des NI-RIO-Treibers (2.4 oder höher). Sollten Sie über eine ältere Version der Treibersoftware verfügen, können Sie hier ein kostenloses Upgrade herunterladen. 

Wie viele Gatter besitzen die neuen Virtex-5-FPGAs?

Die Anzahl der Gatter war bisher die Grundlage für den Vergleich von FPGA-Chips mit der ASIC-Technologie, allerdings gibt dies keinen wirklichen Aufschluss über die Bestandteile eines FPGAs. Dies ist einer der Gründe, warum Xilinx bei der neuen Virtex-5-Familie auf die Angabe der Gatteranzahl verzichtet. LabVIEW-FPGA-Vergleiche haben gezeigt, dass die neuen LX30-FPGAs der Virtex-5-Familie ca. doppelt so groß wie die FPGAs mit 1 Mio. Gatter der Virtex-II-Familie sind, während die LX50-FPGAs der Virtex-5-Familie geringfügig größer sind als die FPGAs mit 3 Mio. Gattern der Virtex-II-Familie.

Wie wähle ich das passende FPGA für meine Anwendung aus?

Leider ist es sehr schwierig, festzustellen, welche FPGA-Größe für eine Anwendung erforderlich ist. Das LabVIEW FPGA Module und die Treibersoftware NI-RIO ermöglichen die Kompilierung von Blockdiagrammen ohne jegliche Hardware. Deshalb ist es am einfachsten, auszuprobieren, welche Ressourcen benötigt werden.

Die folgende Auflistung dient als grobe Richtlinie für die Auswahl des passenden FPGAs.

Anwendungen mit grundlegenden Timing-, Trigger- und Synchronisationsfunktionen im FPGA benötigen ein kleines FPGA. Anwendungen, die zusätzlich noch Signalverarbeitungsfunktionen (Steuerung/Regelung, digitale Filterung, komplexe analoge Triggerung) beinhalten, benötigen ein größeres FPGA, das mehr Ressourcen zur Verfügung stellt.

Für weitere Informationen zu den Spezifikationen und der Funktionsweise von FPGAs lesen Sie bitte das Whitepaper "Wie funktionieren FPGAs".

 Kann ein mit Virtex-II erstelltes Programm mit Virtex-5-FPGAs ausgeführt werden?

In der Regel sollte ein Programm, das mit einem Virtex-II-FPGA mit 1 Mio. Gatter kompiliert wurde, auch von einem Virtex-5-LX30-FPGA kompiliert werden. Das Gleiche gilt für Virtex-II-FPGAs mit 3 Mio. Gattern und Virtex-5-LX50-FPGAs. Da beide FPGA-Familien jedoch unterschiedlich aufgebaut sind, gibt es keine Garantie, dass die Programme mit beiden Produktfamilien gleich ausgeführt werden können.

Mit dem LabVIEW FPGA Module und dem Treiber NI-RIO können Blockdiagramme ohne jegliche Hardware kompiliert werden. Um Unterstützung für die neuen Geräte der R-Serie mit Virtex-5-FPGAs zu gewährleisten, laden Sie sich hier Ihr kostenloses Treiber-Upgrade herunter.

Was sind die Vorteile von Virtex-5-FPGAs?

Die neue Virtex-5-FPGA-Architektur wurde mithilfe von zeitgesteuerten Schleifen im LabVIEW FPGA Module für eine schnellere Ausführung und größere Effizienz optimiert. Die grundlegenden Bestandteile für digitale Logik im FPGA-Chip werden Slices genannt. Jedes Slice besteht aus Flipflops und LUTs. Virtex-II-FPGAs verfügen über 4-Eingangs-LUTs mit bis zu 16 Kombinationen aus digitalen Logikwerten. Die neuen Virtex-5-FPGAs nutzen 6-Eingangs-LUTs mit bis zu 64 Kombinationen. Dies erhöht die Anzahl der Logikfunktionen pro Slice. Zusätzlich werden die Slices näher aneinander platziert, um die Durchflussverzögerung der Elektronen zu verringern und somit eine schnellere Ausführung zu gewährleisten. Was bedeutet das für LabVIEW-FPGA-Anwendungen? Die zeitgesteuerte Schleife in LabVIEW FPGA nutzt 6-Eingangs-LUTs, um die Ressourcennutzung wesentlich zu verbessern. Dies bedeutet, dass mehr LabVIEW-FPGA-Code in einem Virtex-5-FPGA untergebracht werden kann und mehr Operationen pro Taktrate ausgeführt werden können.

Muss ich über Kenntnisse in VHDL verfügen, um das LabVIEW FPGA Module zu verwenden?

Nein. Mithilfe des LabVIEW FPGA Module lässt sich grafischer Code direkt von LabVIEW in das FPGA eines R-Serien-Geräts synthetisieren. Kenntnisse über die Kompilierung von LabVIEW-Blockdiagrammen in VHDL können durchaus hilfreich sein, es sind jedoch keine Kenntnisse über FPGAs oder VHDL notwendig, um LabVIEW verwenden zu können. LabVIEW eignet sich für Ingenieure, welche die Vorteile der FPGA-Technologie für das Hardwaredesign nutzen möchten, jedoch über wenige Kenntnisse in Low-Level-Hardwarebeschreibungssprachen, wie z. B. VHDL oder Verilog, verfügen.

Erfahren Sie mehr zum NI LabVIEW FPGA Module

Benötige ich das LabVIEW FPGA Module, um Geräte der R-Serie zu programmieren?

Ja, das LabVIEW FPGA Module ist zur Programmierung von Geräten der R-Serie erforderlich. Sollten Sie jedoch über bestehende VHDL-IP-Cores bzw. anderen VHDL-Code verfügen, den Sie weiterhin verwenden möchten, können Sie diesen über den HDL-Schnittstellenknoten in ein LabVIEW-Blockdiagramm integrieren.

Diese Application Note beschreibt, wie VHDL in ein LabVIEW-Blockdiagramm integriert wird.

Wie unterscheidet sich die R-Serie von anderen Datenerfassungsproduktfamilien?

Anstelle eines festgelegten ASICs zur Steuerung der Gerätefunktionen besitzen Module der R-Serie einen benutzerdefinierbaren FPGA-Chip für Onboard-Verarbeitung und flexible I/O-Zugriffe. Die Multifunktionsgeräte der R-Serie für intelligente Datenerfassung umfassen zudem einen dedizierten A/D-Wandler pro Kanal für unabhängige Timing- und Trigger-Funktionen. Dies ermöglicht spezielle Funktionen, wie z. B. unterschiedliche Abtastraten und Triggerung einzelner Kanäle, die normalerweise nicht in Datenerfassungshardware verfügbar sind. Die hardwaregetakteten Digital-I/O-Kanäle der R-Serien-Geräte können als Counter, PWM-Kanäle, flexible Encoder oder Kanäle für digitale Kommunikationsprotokolle festgelegt werden.

Können die Geräte der R-Serie mit NI-DAQmx, NI-DAQmx Base oder dem NI Measurement Hardware DDK programmiert werden?

Alle Geräte der R-Serie nutzen den Treiber NI-RIO und sind nicht mit NI-DAQmx oder NI-DAQmx Base kompatibel. Das NI Measurement Hardware DDK bietet Unterstützung für die Treiberentwicklung über Registerprogrammierung. Sobald eine LabVIEW-FPGA-Anwendung auf ein Gerät der R-Serie kompiliert und heruntergeladen ist, bietet NI MHDDK Anleitungen zur Anbindung der Host-Anwendung an Register am FPGA über den PCI- oder PXI-Bus.

Was sind die Onboard-Signalverarbeitungsfunktionen bei Geräten der R-Serie?

Das LabVIEW FPGA Module beinhaltet eine Palette mit Signalverarbeitungsfunktionen, u. a.:

•  PID-Regelung
•  Butterworth-Filter (Hochpass und Tiefpass)
•  Notch-Filter
•  Analoge Periodenmessungen
•  DC- und RMS-Messungen

Es können problemlos weitere Funktionen, wie z. B. digitale Entprellfilter und Watchdog-Timer, in LabVIEW integriert werden. Weitere Funktionen und Beispiele finden Sie im LabVIEW FPGA IPNet.

 Kann ich die Analogein- bzw. -ausgänge der R-Serien-Geräte simultan abtasten/aktualisieren?

Ja. Alle Multifunktionsgeräte der R-Serie verfügen über dedizierte A/D- und D/A-Wandler für jeden Analogeingangs- und -ausgangskanal. Dies ermöglicht die simultane Abtastung/Aktualisierung aller Kanäle. Die Kanäle können auch mit verschiedenen Raten abgetastet werden. Mithilfe der unabhängigen A/D-Wandler kann jeder Kanal des Geräts mit der maximalen Abtastrate (bis zu 750 kS/s) gesampelt werden. Die unabhängigen D/A-Wandler können so programmiert werden, dass sie Analogausgangskanäle mit Raten bis zu 1 MS/s aktualisieren.

Das LabVIEW-Blockdiagramm in Abb. 1 zeigt, wie einfach eine simultane Abtastung/Aktualisierung der Analogein- und -ausgänge der R-Serien-FPGAs implementiert werden kann. Durch den Einsatz eines Analogeingangs-I/O-Knotens in LabVIEW FPGA, der alle acht Kanäle der PCI-7833R-Karte in der selben While-Schleife liest, ist das Programm in der Lage, alle acht Kanäle simultan mit 200 kS/s abzutasten. Die untere Schleife wird mithilfe des Analogausgangs-I/O-Knotens parallel ausgeführt und aktualisiert alle acht Analogausgangskanäle mit 1 MS/s.

Abb. 1: Simultane Abtastung/Aktualisierung der Analogein- und -ausgänge mit Geräten der R-Serie und LabVIEW FPGA 

 Was sind weitere Funktionen von LabVIEW FPGA?

LabVIEW FPGA eignet sich für zahlreiche Anwendungen, die benutzerdefinierte Hardware erfordern. Nachfolgend finden Sie eine kurze Liste mit Tasks, die mithilfe von LabVIEW FPGA und Geräten der R-Serie implementiert werden können:

• Signalverarbeitungsfunktionen wie z. B. Filter und FFT (Fast Fourier Transformation)
• Digitale Kommunikationsprotokolle
• Hochgeschwindigkeits-Analog- und diskrete Regelschleifen
• Benutzerdefinierte Motorsteuerung
• Analog- und Digitalsignalerzeugung

Eine ausführliche Liste der LabVIEW-FPGA-Funktionen und -Beispiele finden Sie im LabVIEW FPGA IPNet.