El blog ACERCA DE NI Flexrio logra sincronización de precisión para la adquisición de datos de alto rendimiento

¿Alguna vez se ha enfrentado al desafío de sincronizar múltiples tarjetas de adquisición de datos de alto rendimiento en aplicaciones complejas? Cuando un sistema compuesto por dos digitalizadores PXIe-5785 FlexRIO requiere una coordinación precisa para cumplir con las estrictas demandas de procesamiento de datos en tiempo real, garantizar la precisión de la sincronización se vuelve primordial. Este artículo explora cómo la tecnología NI-TCLK puede optimizar el mecanismo de sincronización de los digitalizadores PXIe-5785 para lograr flujos de trabajo eficientes de adquisición y procesamiento de datos.

El Desafío: Integración de Flujos de Datos en Sistemas Multitarjeta

Muchas aplicaciones avanzadas de medición de pruebas y procesamiento de señales requieren que múltiples dispositivos de adquisición de datos trabajen en concierto, capturando anchos de banda de señal más amplios o tasas de muestreo más altas. Tomando como ejemplo el digitalizador PXIe-5785, cuando dos tarjetas operan en paralelo, requieren una sincronización estricta para garantizar la consistencia temporal de los datos adquiridos.

Un escenario de aplicación típico implica dos digitalizadores PXIe-5785 operando bajo la configuración "IO SocketData Clock", realizando cálculos de Conversión Digital Descendente (DDC) y luego transmitiendo datos a través de P2P FIFO a una tarjeta coprocesadora PXIe-7915. El coprocesador completa los cálculos posteriores antes de enviar los resultados al sistema host. Este flujo de trabajo subraya la necesidad crítica de sincronización; incluso desviaciones menores del reloj pueden causar desalineación de datos, comprometiendo la precisión analítica.

NI-TCLK: La Solución de Sincronización de Precisión

La tecnología NI-TCLK (NI Timing and Synchronization) proporciona un marco de sincronización robusto para plataformas PXI, permitiendo una alineación de tiempo de alta precisión entre dispositivos. Para los digitalizadores PXIe-5785, NI-TCLK garantiza que múltiples tarjetas compartan un reloj de referencia común mientras sincronizan con precisión sus relojes de muestreo individuales. Esto logra una precisión de sincronización subnanosegundo incluso entre digitalizadores que operan de forma independiente.

Implementación Técnica: Integración de STREAM, DRAM y FPGA

El examen del código de ejemplo de NI para PXIe-5785 revela los roles de las interfaces STREAM y los componentes de DRAM (Memoria de Acceso Aleatorio Dinámico). Si bien estos elementos no son específicamente necesarios para la implementación de NI-TCLK, facilitan el pipeline general de adquisición, procesamiento y almacenamiento de datos:

• STREAM: En escenarios de sincronización multitarjeta, las interfaces STREAM transfieren eficientemente los datos adquiridos de los digitalizadores a las FPGAs, y luego a través de P2P FIFO a los coprocesadores. NI-TCLK garantiza la alineación temporal de estos flujos de datos, permitiendo un procesamiento sin interrupciones.
• DRAM: Sirviendo como búferes de datos en las FPGAs, la DRAM almacena temporalmente datos de adquisición de alta velocidad cuando la capacidad de procesamiento posterior es temporalmente insuficiente. La sincronización NI-TCLK mantiene el orden cronológico de los datos almacenados en búfer.

Integración de NI-TCLK en FPGA

La clave para implementar la sincronización NI-TCLK radica en integrar las señales TCLK en los diseños de FPGA. Esto generalmente implica instanciar el núcleo IP TCLK de NI dentro del código de la FPGA y conectarlo al reloj de muestreo del digitalizador y a la lógica de adquisición de datos.

El sistema host (ejecutando LabVIEW u otro software de NI) configura e inicia la sincronización TCLK, mientras que el núcleo IP TCLK de la FPGA recibe y responde a los comandos de sincronización, ajustando los relojes internos y las señales de disparo para lograr una alineación de precisión. Cabe destacar que no todo el código de ejemplo de FPGA implementa directamente la sincronización TCLK; componentes como los cálculos DDC y P2P FIFO representan lógica específica de la aplicación que se beneficia del proceso de sincronización, pero no lo controla.

Recomendaciones de Implementación

Para los ingenieros que implementan la sincronización PXIe-5785 con NI-TCLK, consideren estas mejores prácticas:

• Comprender a fondo la arquitectura TCLK, incluidas las configuraciones maestro/esclavo, la distribución de reloj y los mecanismos de sincronización de disparadores.
• Estudiar el código de ejemplo de NI FlexRIO Digitizer y TCLK para identificar patrones de implementación clave.
• Adoptar un diseño de FPGA modular, separando la lógica de sincronización TCLK de los módulos de adquisición y procesamiento de datos.
• Verificar la configuración adecuada del software host de los parámetros TCLK, incluido el modo de sincronización, la fuente de reloj y las señales de disparo.

La aplicación adecuada de la tecnología NI-TCLK permite a los usuarios aprovechar al máximo las capacidades de los digitalizadores PXIe-5785 FlexRIO, construyendo sistemas de adquisición de datos altamente sincronizados y confiables que mejoran la precisión de las mediciones y aceleran los procesos de investigación y desarrollo.