Einführung in Peer-To-Peer (P2P) Datenstreaming mit NI FlexRIO

Transkript

1 Einführung in Peer-To-Peer (P2P) Datenstreaming mit NI FlexRIO Dipl.-Ing. (FH) Christoph Landmann, M.Sc. Regional Product Engineer Automated Test National Instruments Germany GmbH

2 Agenda Was ist Peer-To-Peer (P2P) Datenstreaming? Peer-To-Peer Streaming Endgeräte für PXIe Modulare Messgeräte FPGA-basierte Messgeräte - NI FlexRIO Konfiguration von P2P-Datenstreams und Programmierung mit LabVIEW/LabVIEW FPGA Restriktive Eigenschaften von Chassis, Controller und Modulen Beispiel Demo: Realisierung eines Frequenzbereichstriggers durch P2P Streaming und Echtzeit FFT

3 Was ist Peer-To-Peer (P2P) Datenstreaming? Generische Eigenschaften der P2P-Datenstreaming Technologie Direkter Datentransfer zwischen modularen Messgeräten der PXI Express (PCIe) Plattform Datentransferraten > 800 MByte/s (unidirektional), > 700 MByte/s (simultan, bidirektional) möglich Latenz typischerweise < 10 µs Bis zu 16 parallele Streams möglich (geräteabhängig!) Keine Host-Interaktion notwendig (nur Konfiguration) Systembus, Chipsatz, Prozessor und RAM werden nicht belastet

4 Was ist Peer-To-Peer Datenstreaming? Peer-To-Peer Datenstreaming in der Architektur eines PXI Express (PXIe) Chassis

5 Peer-To-Peer Datenstreaming Endgeräte (1) Modulare Messgeräte mit P2P-Unterstützung (VSA, IF-Digitizer, Digitizer) PXIe-5122 Digitizer 2 Kanäle, 14-bit, 100 MS/s 100 MHz analoge Bandbreite Streamingrate: 400 MB/s PXIe-5663 Vector Signal Analyzer (VSA) 10 MHz bis 6.6 GHz 16-bit, 150 MS/s 50 MHz bandwidth Streamingrate: 250 MB/s PXIe-5622 IF Digitizer 16-bit, 150 MS/s MHz Bandbreite 60 MHz Bandbreite (DDC) Streamingrate: 300 MB/s

6 Peer-To-Peer Datenstreaming Endgeräte (2) Modulare Messgeräte mit P2P-Unterstützung (VSG, Arbitrary Waveform Generator) Coming soon PXIe-5450/51 Arbitrary Waveform Generator 2 Kanäle, 16-bit, 400 MS/s 145 MHz Bandbreite Streamingrate: 800 MB/s PXIe-5663 Vector Signal Generator (VSG) 85 MHz bis 6.6 GHz 16-bit, 400 MS/s Bandbreite > 100 MHz Streamingrate: 800 MB/s

7 Peer-To-Peer Datenstreaming Endgeräte (3) FPGA-basierte Messgeräte mit P2P-Unterstützung (NI FlexRIO) Xilinx Virtex-5 FPGAs LX30, LX50, LX85, LX110 (PXI) und SX50T, SX95T (PXIe 796xR P2P Support!) Bis zu 512 MB DDR2 DRAM Direkter FPGA I/O-Zugriff (Max. I/O-Pin Performance!) 132/66 GPIO Kanäle

8 Peer-To-Peer Datenstreaming Endgeräte (3) NI FlexRIO Adaptermodule (FAMs) Definition der physikalischen FPGA-I/O Austauschbar und automatische Erkennung (EEPROM) Benutzerdefinierte Anschlusstechnik Adapter Module Development Kit (FlexRIO MDK)

9 Peer-To-Peer Datenstreaming Endgeräte (3) Architektur FPGA-basierter Messgeräte mit P2P-Unterstützung (NI FlexRIO) FlexRIO Adapter Modul (FAM) FlexRIO FPGA Karte Host-PC H/W Frontend Konnektierung GPIO Versorgung, Steuerung, Daten GPIO I/O-Module Manager I/O-Module Socketed CLIP + User CLIP + FPGA VI Virtex-5 FPGA PXI-Bus- Komm. + Board IP PCI(e) DMA, Interrupt, PXI Triggers, P2P Streams PCI(e) I/O Modul CLIP HDL FPGA IP Host Programm LabVIEW & 3 rd party IP

10 Peer-To-Peer Datenstreaming Endgeräte (3) Architektur FPGA-basierter Messgeräte mit P2P-Unterstützung (NI FlexRIO) FlexRIO Adapter Modul (FAM) FlexRIO FPGA Karte Host-PC PCI(e) DMA, Interrupt, PXI Triggers P2P Streams, PCI(e) I/O Modul CLIP HDL FPGA IP Host Programm LabVIEW & 3 rd party IP

11 Programmierung von P2P-Datenstreams LabVIEW FPGA Projektkonfiguration für P2P Streaming zwischen FlexRIO FPGA Modulen Target Scoped FIFO Host Target/Target Host DMA FIFO P2P Reader/Writer FIFO (FlexRIO only!) FPGA Reader VI Your code in here! Your code in here! FPGA Writer VI

12 Programmierung von P2P-Datenstreams Host VI Konfiguration für P2P Streaming zwischen FlexRIO FPGA Modulen Host VI definiert unidirektionalen Stream, erzeugt Link zwischen FPGA Reader/Writer Endpoints FPGA Writer Your code in here! FPGA Reader Get P2P Reader/Writer FIFO References Create Link and Enable P2P Stream Disable P2P Stream and destroy link

13 Programmierung von P2P-Datenstreams Host VI Konfiguration für P2P Streaming zwischen FlexRIO FPGA Module und RFSA Host VI erzeugt Link zwischen FPGA Reader und Modular Instruments (RFSA) Writer Endpoints Modular Instruments Writer (RFSA) Do something! Your code in here! FPGA Reader Get P2P Reader FIFO Reference and writer handle Create Link and Enable P2P Stream Disable P2P Stream and destroy link

14 Programmierung von P2P-Datenstreams Host VI Konfiguration für P2P Streaming zwischen FlexRIO FPGA Module und RFSG Host VI erzeugt Link zwischen FPGA Writer und Modular Instruments (RFSG) Reader Endpoints FPGA Writer Coming soon Your code in here! Modular Instruments Reader (RFSG) Get P2P Writer FIFO Reference and reader handle Create Link and Enable P2P Stream Disable P2P Stream and destroy link

15 Optimierung von P2P-Datenstreamraten Restriktive Eigenschaften von Chassis und PCIe-Bussegmenten

16 Optimierung von P2P-Datenstreamraten Restriktive Eigenschaften von PCIe-Bussegmenten

17 Optimierung von P2P-Datenstreamraten Restriktive Eigenschaften von PXIe-Chassis Chassis Steckplatz Maximale P2P Transferrate NI PXIe-1075 Alle Über 800 MByte/s NI PXIe-1082Q Alle Über 800 MByte/s NI PXIe , 8 Abhängig vom Controller NI PXIe Knapp unter 800 MByte/s NI PXIe-1062Q 3-5 Abhängig vom Controller

18 Optimierung von P2P-Datenstreamraten Restriktive Eigenschaften von PXIe-Controllern Controller NI PXIe-8133 Max. Trasferrate zwischen PCIe- Switches Über 800 MByte/s Anmerkungen NI PXIe-8130 Über 600 MByte/s Begrenzt durch Chipsatz NI PXIe-8106 Über 800 MByte/s 4. Link nicht unterstützt (Zu/Vom Switch rechts im NI PXIe-1075 und NI PXIe-1082 Chassis) NI PXIe-8105 Unter 800 MByte/s Begrenzt durch PCIe-Switch NI PXIe-8101 / 02 / 08 Nicht unterstützt P2P zwischen PCIe-Bussegmenten funktioniert NI PXIe-8370 Unter 800 MByte/s Begrenzt durch PCIe-Switch NI PXIe-8375 Über 800 MByte/s

19 FPGA-Technologie und P2P-Streaming Anwendungsgebiete

20 Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo Demo: Peer-To-Peer Streaming Realisierung eines Frequenzbereichstriggers durch P2P Streaming und Echtzeit FFT

21 Das ist Peer-To-Peer (P2P) Datenstreaming! Generische Eigenschaften der P2P-Datenstreaming Technologie Direkter Datentransfer zwischen modularen Messgeräten der PXI Express (PCIe) Plattform Datentransferraten > 800 MByte/s (unidirektional), > 700 MByte/s (simultan, bidirektional) möglich Latenz typischerweise < 10 µs Bis zu 16 parallele Streams möglich (geräteabhängig!) Keine Host-Interaktion notwendig (nur Konfiguration) Systembus, Chipsatz, Prozessor und RAM werden nicht belastet