NI点对点数据流技术在FPGA模块的实例

1. 点对点数据流介绍

NI点对点数据流(P2P)技术使用PCI Express接口在多个设备之间直接，点对点传输，而不必通过主处理器或存储器。这可使同一个系统中的设备共享信息而不必占用其它的系统资源。以下设备可支持NI P2P技术：PXI Express NI FlexRIO现场可编程门阵列(FPGA)模块(NI PXIe-7961R、PXIe-7962R、PXIe-7965R、PXIe-7966R和PXIe-7975R)，PXI Express数字化仪和矢量信号分析仪，包括PXIe-5644R、PXIe-5645R、PXIe-5122、 PXIe-5160、 PXIe-5162、 PXIe-5622和PXIe-5663。

在图1所描述的系统中，在NI PXIe-1075机箱中的NI PXIe-5622数字化仪使用点对点数据流直接将数据传送到NI PXIe-7965R NI FlexRIO FPGA模块。然后FPGA模块将数据传送到另一个FPGA模块用作额外的处理。由于机箱背板开关提供与模块所在插槽的直接连接，您不需要通过主控制器或进入系统资源，例如CPU和主存储器来传送数据。

 

图 1. NI PXIe-5622 数字化仪将数据流传输到两个 PXI Express NI FlexRIO FPGA模块.

2. 应用实例

RF应用中一种常见的需求是实时频域触发。尽管大部分RF设备在一个功率级上触发，但这种实时频域触发与频率并没有关系。但是，借助NI LabVIEW FPGA模块的点对点数据流和数据处理技术，您可以建立一个频域触发。图2所描述的应用中，NI PXIe-5663矢量信号分析仪使用点对点数据流将数据传送到NI FlexRIO FPGA模块进行加窗，然后转化为频域信号，并与频谱模板比较。当数据超过模板时，FPGA模块在PXI背板产生一个数字触发信号。NI PXIe-5663收到这个触发信号后，便开始捕获数据记录，包含预触发采样，并将数据存储在分析仪的标准采集内存中。然后您可以通过NI-RFSA驱动从主机访问该数据记录用于进行其它处理或存储。

 

图2. 在此应用中， NI FlexRIO FPGA模块向 NI PXIe-5663 矢量信号分析仪发出一个频域触发信号.

3. 点对点系统的编程

NI-P2P驱动极大简化了点对点数据流的编程。在图3描述的应用中，1号FPGA直接将数据传送给2号FPGA。在LabVIEW FPGA中，点对点数据读取和写入节点为数据交换提供先进先出(FIFO)的接口。这些节点类似于DMA 和本地FPGA FIFO。在数据交换之前，主机必须通过NI-RIO和NI-P2P API将1号FPGA的写入数据流和2号FPGA的读取连接起来（如图3所示）。您可根据配置使用一个或两个VI来连接点对点数据流，进行数据交换。

 

图3. 两个 NI FlexRIO FPGA 模块和相关软件之间的点对点数据流

4. 点对点系统基准测试

NI点对点技术实现了单个方向超过 1.6 GB/s的数据流速率。最大吞吐量取决于数据流模块、机箱以及（如果配置支持）控制器。一般来说，这些组件速率的最低值是P2P的最大可能带宽。

点对点数据传输具有非常低的延迟，但会取决于系统配置。如果仅通过FIFO和PCIe总线传输数据，典型的延迟大约为2-4微秒。但是如果由于其他业务造成总线拥塞，这一延迟偶尔会达到几十微秒的量级。当从数字化仪输出数据流，延迟通常为5微秒，如果将数据流传输到任意波形发生器，由于板载缓冲，延迟大约为10-20微秒。

如果通过具有板载信号处理功能的设备进行数据传输（使用NI PXIe-5622数字化仪），则额外的滤波和其他处理可能会使延迟达到数百微秒。最后，对系统性能进行评估时，还必须考虑NI FlexRIO FPGA模块上运行的用户代码的延迟。

机箱
所有数据必须通过机箱从一个模块流向另一个模块，所以机箱对于确定带宽非常重要。机箱背板的PCI Express开关通过机箱路由数据，同时，也提供了实现点对点数据流的高带宽点对点连接。当模块所占用的多个插槽是连接在同一个PCI Express开关上时（如图4所示）带宽取决于开关。

 

图4. 机箱上的模块布局路由所有数据通过同一个 PCI Express 开关。

表1显示了给定机箱的PCI Express开关的最大带宽。该带宽可通过任意两个连接到相同开关的插槽实现，而且在特定速率下可支持一个开关多个连接。