Häufig gestellte Fragen zu NI FlexRIO

Was ist NI FlexRIO?

NI FlexRIO ist die neueste Produktfamilie von National Instruments, die sich die FPGA-Technologie zu Nutze macht. Sie bietet flexible, benutzerdefinierbare I/O für LabVIEW FPGA zur Erstellung leistungsstarker, rekonfigurierbarer Messgeräte. NI FlexRIO bietet ein offenes, benutzerdefinierbares Front-End für den Signalanschluss und eignet sich somit für Prüf- und Embedded-Systeme. Es ist möglich, spezifische A/D-Wandler, Digitalpuffer, Anschlüsse und sogar eine bestimmte Kanalanzahl zu implementieren, die mit einem LabVIEW-FPGA-Zielgerät zusammenarbeiten.

 

Abbildung 1: NI-FlexRIO-Systeme bestehen aus einem Adapter- und einem PXI-FPGA-Modul, die für LabVIEW-FPGA-Anwendungen benutzerdefiniert angepasst werden können.

Woraus besteht ein NI-FlexRIO-System?

Ein NI-FlexRIO-System besteht aus zwei Komponenten: einem FPGA-Modul und einem Adaptermodul.

Das NI-FlexRIO-FPGA-Modul basiert auf der PXI-Plattform und umfasst ein Virtex-5-FPGA von Xilinx mit einem Onboard-Speicher von bis zu 128 MB. Die FPGA-Anwendung wird mithilfe von LabVIEW FPGA grafisch programmiert und zur Onboard-Verarbeitung mit benutzerdefinierten Timing- und Trigger-Funktionen eingesetzt. Die PXI-Plattform bietet zudem Hochgeschwindigkeits-Daten-Streaming- und Synchronisationsfunktionen. Tabelle 1 zeigt die zur Zeit erhältlichen FPGA-Module für NI FlexRIO.

Adaptermodule für NI FlexRIO werden zur Festlegung der physikalischen I/O eines NI-FlexRIO-Systems eingesetzt. Sie sind austauschbar und können benutzerdefiniert konfiguriert werden. Es sind verschiedene Adaptermodule von National Instruments und Drittanbietern erhältlich. Des Weiteren können Anwender mithilfe des Adapter Module Development Kits (MDK) und anderer Entwicklungswerkzeuge eigene Adaptermodule erstellen.

NI-FlexRIO-FPGA- Module	FPGA	Universelle I/O	Onboard-Speicher (DRAM)	Preise
NI PXI-7951R	Virtex-5 LX30	66 differenzielle 132 Single-ended	0 MB	€ 2749
NI PXI-7952R	Virtex-5 LX50	66 differenzielle 132 Single-ended	128 MB	€ 3699
NI PXI-7953R	Virtex-5 LX85	66 differenzielle 132 Single-ended	128 MB	€ 5049
NI PXI-7954R	Virtex-5 LX110	66 differenzielle 132 Single-ended	128 MB	€ 6399

Tabelle 1: FPGA-Module für NI FlexRIO verfügen über Virtex-5-FPGAs und einen Onboard-Speicher von bis zu 128 MB für anspruchsvolle Anwendungen.

Kann das NI-FlexRIO-FPGA-Modul ohne ein NI-FlexRIO-Adaptermodul eingesetzt werden?

Wenn Sie das NI-FlexRIO-System für die Ein- und Ausgabe von Signalen einsetzen wollen, müssen Sie ein NI-FlexRIO-Adaptermodul einsetzen, das an das Front-End des NI-FlexRIO-FPGA-Moduls angeschlossen ist. Die PXI-FPGA-Module ermöglichen Anwendern über einen Kartensockel direkten Zugriff auf die Pins des FPGAs und sorgen somit für eine hohe Signalintegrität für leistungsstarke Anwendungen. Die FPGA-Pins benötigen eine Schutzbeschaltung vor den externen Anschlüssen, da sie ohne weitere Signalkonditionierung ungeschützt offen liegen. Schon aus diesem Grund ist es notwendig, ein Adaptermodul zum Schutz des FPGAs einzusetzen. In den meisten Fällen enthält ein Adaptermodul zusätzlich anwendungsspezifische Schaltungen zur Konditionierung der FPGA-Pins. Ein Bespiel hierfür ist die Hochgeschwindigkeits-Digitalkommunikation. Die FPGA-Pins sind zwar in der Lage, Daten mit einer Geschwindigkeit von 400 Mbit/s zu übertragen, allerdings kann diese Datenrate nicht direkt von einem externen Prüfling genutzt werden. Das Adaptermodul NI 6581 umfasst Digitalpuffer, die Signale mit verschiedenen Spannungspegeln über passende Digitalanschlüsse erzeugen und erfassen können. Durch diese Puffer wird die Taktrate auf 100 MHz reduziert, während die Datenübertragung robuster gestaltet und gleichzeitig das FPGA geschützt wird.

Welche NI-FlexRIO-Adaptermodule sind zur Zeit erhältlich?

Es sind drei I/O-Adaptermoduloptionen für NI FlexRIO verfügbar.

National Instruments bietet Adaptermodule für spezifische Anwendungen, die eine optimale Softwareintegration in das LabVIEW FPGA Module und den Treiber NI-RIO gewährleisten. Das erste NI-Adaptermodul ist das NI 6581 mit Digital-I/O bis 100 MHz und wählbaren Spannungspegeln.

Adaptermodule für NI FlexRIO werden auch von Drittanbietern entwickelt. Weitere Informationen zur Verfügbarkeit entnehmen Sie bitte der Seite zu den Adaptermodulen von Drittanbietern.

Sollten Sie für Ihre spezielle Anwendungsanforderung kein Adaptermodul finden, können Sie Ihr eigenes Modul entwerfen und bauen. Hierfür steht Ihnen das NI FlexRIO Adapter Module Development Kit (MDK) zur Verfügung. Die Erstellung eigener Adaptermodule erfordert jedoch Erfahrungen in der VHDL-Entwicklung und im Leiterplattenentwurf. Verschiedene Alliance Partner von National Instruments bieten zudem Design- und Integrationsdienstleistungen an. Weitere Informationen hierzu finden Sie auf der Seite zu Modulen von Drittanbietern.

Was ist im NI FlexRIO Adapter Module Development Kit (MDK) enthalten?

Das NI FlexRIO Adapter MDK wurde für Anwender konzipiert, die ihre eigenen NI-FlexRIO-Adaptermodule entwickeln wollen. Das MDK bietet eine vollständige Dokumentation elektrischer und mechanischer Designdetails, einschließlich CAD-Dateien für Leiterplatten sowie Metallgehäuse. Sie können diese Muster bei der Entwicklung eigener Schaltungen nutzen. Des Weiteren ist es möglich, beim Leiterplattendesign fast jede CAD-Software zu Hilfe zu nehmen. Nachdem die Leiterplatte hergestellt wurde, können Sie sie mit Komponenten bestücken und die mechanischen Anschlüsse anbringen, welche die Systemanbindung so einfach wie möglich gestalten. Für die Erstellung gesockelter CLIP-Knoten (Component Level Intellectual Property) sind Erfahrungen in der VHDL-Entwicklung erforderlich. VHDL-Entwicklung ist notwendig, um die benutzerdefinierten I/O korrekt im LabVIEW-FPGA-Projekt darzustellen.

Weitere Informationen zu den Bestandteilen des NI FlexRIO Adapter MDK

 

 

Abbildung 2: Das NI FlexRIO Adapter MDK bietet alle notwendigen Informationen für die Erstellung benutzerdefinierter Adaptermodule für anspruchsvolle Anwendungen.

 

Muss das NI LabVIEW FPGA Module verwendet werden?

Ja. NI FlexRIO erfordert den Einsatz des LabVIEW FPGA Modules zur Anbindung der I/O und Kompilierung der FPGA-Anwendung. Im Gegensatz zu anderer Datenerfassungs- und modularer Messgerätehardware verfügt NI FlexRIO nicht über eine Treiber-API mit vielen Funktionen. Die Treibersoftware NI-RIO nutzt die I/O-Knoten zur grafischen Anbindung der Ein- und Ausgänge auf Hardwareebene. Es ist zudem notwendig, eine Host-Computeranwendung zur Kommunikation mit der FPGA-Anwendung zu entwickeln.
 

Was ist LabVIEW FPGA?

Das NI LabVIEW FPGA Module unterstützt Sie bei der Programmierung eines FPGAs mithilfe eines LabVIEW-Blockdiagramms. Das Modul nutzt Techniken zur Codeerzeugung, um die grafische Programmierung auf die FPGA-Hardware zu synthetisieren. Der Blockdiagrammansatz eignet sich für die intuitive Darstellung der im FPGA inhärenten Parallelität. Sie können dieses Modul mit kommerzieller Standardhardware kombinieren, um FPGA-basierte Mess-, Steuer- und Regelhardware zu erstellen, auch wenn Sie nicht über Kenntnisse in der HDL-Codeentwicklung verfügen.

• Unterstützung für Hardwareziele einschließlich PCI/PXI-Karten und modularen Stand-alone-Systemen
• Mehr als 100 FPGA-IP-Blöcke für schnelle Anwendungsentwicklung
• Integrierter I/O-DMA-Datentransfer (Direct Memory Access) zur schnelleren Kommunikation mit dem Host-System
• Erstellung von Logikfunktionen, die mit Taktraten von 40 MHz, 80 MHz oder schneller ausgeführt werden können
• Verwaltung von Speichern, FIFOs, Taktgeneratoren und I/O im LabVIEW-Projekt
• Assistenten für Schnellstart
   

Sind Kenntnisse in VHDL notwendig, um mit NI FlexRIO zu arbeiten?

Wenn Sie ein Adaptermodul von National Instruments verwenden, benötigen Sie keinerlei Erfahrungen in der Programmierung mit VHDL oder anderen Hardwarebeschreibungssprachen. Die gesamte FPGA-Programmierung wird grafisch mithilfe des NI LabVIEW FPGA Module und der Treibersoftware NI-RIO realisiert. Sollten Sie ein Adaptermodul eines Drittanbieters verwenden, ist es möglich, dass keine benutzerdefinierten LabVIEW-FPGA-I/O-Knoten zur Verfügung stehen. Verfügt das Modul über einen gesockelten CLIP-Knoten, unterscheidet sich das Adaptermodul nur geringfügig von der NI-Lösung. Für benutzerdefinierte Adaptermodule muss mithilfe von VHDL und einer XML-Datei ein gesockelter CLIP-Knoten erstellt werden, damit die benutzerdefinierten I/O im LabVIEW-FPGA-Projekt korrekt dargestellt werden.

 

Abbildung 3: Das FPGA in NI FlexRIO nutzt den CLIP-Knoten zur Integration von Dritthersteller-IP-Cores und für die Kommunikation mit dem Adaptermodul. 

 

Ist es möglich, IP-von Drittanbietern (VHDL oder Verilog) in FlexRIO-Anwendungen zu integrieren?

Bisher war es möglich, HDL-Code in das LabVIEW-Diagramm zu integrieren, um bestehende IP zusammen mit dem LabVIEW-Code auszuführen. Im LabVIEW 8.6 FPGA Module ermöglicht die CLIP-Technologie die Integration von Drittanbieter-IP, die parallel zum LabVIEW-Diagramm ausgeführt wird. Das bedeutet, dass Drittanbieter-IP-Cores in NI FlexRIO eingesetzt werden können.

Was sind die Vorteile der FPGA-Technologie?

Nachfolgend finden Sie eine Auflistung der fünf größten Vorteile der FPGA-Technologie:

1. Leistungsfähigkeit
2. Kürzere Markteinführungszeiten
3. Kosten
4. Zuverlässigkeit
5. Langzeiteinsatz

Nähere Informationen zu diesen Vorteilen finden Sie in dem Artikel Einführung in die FPGA-Technologie: Die 5 größten Vorteile.

Was sind die Vorteile von Virtex-5-FPGAs?

Die Virtex-5-FPGA-Architektur ermöglicht die schnelle und effiziente Ausführung zeitgesteuerter Schleifen im LabVIEW FPGA Module. Die grundlegenden Bestandteile für digitale Logik im FPGA-Chip werden Slices genannt. Jedes Slice besteht aus Flipflops und Look-Up-Tables (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 Laufzeitverzögerung 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.

Weitere Informationen zu Virtex-5-FPGAs entnehmen Sie bitte dem Whitepaper Vorteile der Virtex-5-FPGAs von Xilinx.

Weiterführende Links

• Preise und Spezifikationen der NI FlexRIO FPGA Module für PXI
• Erfahren Sie mehr über verfügbare NI-FlexRIO-Adaptermodule
• NI LabVIEW FPGA
• Intelligente Datenerfassungsgeräte der R-Serie