Блог около NI Flexrio обеспечивает точную синхронизацию для высокопроизводительного сбора данных

Сталкивались ли вы когда-нибудь с проблемой синхронизации нескольких высокопроизводительных плат сбора данных в сложных приложениях? Когда система, состоящая из двух цифровых преобразователей PXIe-5785 FlexRIO, требует точной координации для удовлетворения строгих требований к обработке данных в реальном времени, обеспечение точности синхронизации становится первостепенным. В этой статье рассматривается, как технология NI-TCLK может оптимизировать механизм синхронизации цифровых преобразователей PXIe-5785 для достижения эффективных рабочих процессов сбора и обработки данных.

Проблема: Интеграция потоков данных в многоплатформенных системах

Многие передовые приложения для тестирования, измерений и обработки сигналов требуют совместной работы нескольких устройств сбора данных для захвата более широких полос пропускания сигналов или более высоких частот дискретизации. На примере цифрового преобразователя PXIe-5785, когда две карты работают параллельно, им требуется строгая синхронизация для обеспечения временной согласованности собранных данных.

Типичный сценарий применения включает два цифровых преобразователя PXIe-5785, работающих в конфигурации "IO SocketData Clock", выполняющих расчеты цифрового понижающего преобразования (DDC), а затем передающих данные через P2P FIFO на карту сопроцессора PXIe-7915. Сопроцессор завершает последующие вычисления перед отправкой результатов в хост-систему. Этот рабочий процесс подчеркивает критическую необходимость синхронизации — даже незначительные отклонения тактовой частоты могут привести к несоответствию данных, ставя под угрозу точность анализа.

NI-TCLK: Решение для точной синхронизации

Технология NI-TCLK (NI Timing and Synchronization) обеспечивает надежную основу для синхронизации платформ PXI, позволяя высокоточно выравнивать время между устройствами. Для цифровых преобразователей PXIe-5785 технология NI-TCLK гарантирует, что несколько карт используют общий опорный тактовый сигнал, одновременно точно синхронизируя их индивидуальные тактовые сигналы дискретизации. Это обеспечивает точность синхронизации до наносекунд даже между независимо работающими цифровыми преобразователями.

Техническая реализация: Интеграция STREAM, DRAM и FPGA

Анализ примерного кода NI для PXIe-5785 выявляет роли интерфейсов STREAM и компонентов DRAM (динамической оперативной памяти). Хотя эти элементы не требуются специально для реализации NI-TCLK, они облегчают общий конвейер сбора, обработки и хранения данных:

• STREAM: В сценариях многоплатформенной синхронизации интерфейсы STREAM эффективно передают собранные данные с цифровых преобразователей на FPGA, а затем через P2P FIFO на сопроцессоры. NI-TCLK обеспечивает временное выравнивание этих потоков данных, позволяя беспрепятственно обрабатывать их.
• DRAM: Выступая в качестве буферов данных на FPGA, DRAM временно хранит данные высокоскоростного сбора, когда пропускная способность последующей обработки временно недостаточна. Синхронизация NI-TCLK поддерживает хронологический порядок буферизованных данных.

Интеграция NI-TCLK в FPGA

Ключ к реализации синхронизации NI-TCLK заключается в интеграции сигналов TCLK в проекты FPGA. Обычно это включает инстанцирование IP-ядра TCLK от NI в коде FPGA и его подключение к тактовому сигналу дискретизации цифрового преобразователя и логике сбора данных.

Хост-система (работающая под управлением LabVIEW или другого программного обеспечения NI) настраивает и инициирует синхронизацию TCLK, в то время как IP-ядро TCLK FPGA получает команды синхронизации и реагирует на них, настраивая внутренние тактовые сигналы и сигналы запуска для достижения точного выравнивания. Важно отметить, что не весь примерный код FPGA напрямую реализует синхронизацию TCLK — такие компоненты, как расчеты DDC и P2P FIFO, представляют собой логику, специфичную для приложения, которая выигрывает от процесса синхронизации, но не управляет им.

Рекомендации по реализации

Инженерам, реализующим синхронизацию PXIe-5785 с помощью NI-TCLK, рекомендуется учитывать следующие лучшие практики:

• Тщательно изучите архитектуру TCLK, включая конфигурации ведущий/ведомый, распределение тактовых сигналов и механизмы синхронизации триггеров.
• Изучите примерный код FlexRIO Digitizer и TCLK от NI, чтобы выявить ключевые шаблоны реализации.
• Применяйте модульный дизайн FPGA, отделяя логику синхронизации TCLK от модулей сбора и обработки данных.
• Проверьте правильность настройки параметров TCLK в программном обеспечении хоста, включая режим синхронизации, источник тактового сигнала и сигналы запуска.

Правильное применение технологии NI-TCLK позволяет пользователям в полной мере использовать возможности цифровых преобразователей PXIe-5785 FlexRIO, создавая высокосинхронизированные, надежные системы сбора данных, которые повышают точность измерений и ускоряют процессы исследований и разработок.