端到端網(wǎng)絡(luò)流的介紹
NI端到端網(wǎng)絡(luò)(P2P)流技術(shù)使用PCI Express接口在多個(gè)設(shè)備之間直接，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，而不必通過(guò)主處理器或存儲(chǔ)器。這可使同一個(gè)系統(tǒng)中的設(shè)備共享信息而不必占用其它的系統(tǒng)資源。NI P2P技術(shù)被以下設(shè)備支持：PXI Express NI FlexRIO現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)模塊(NI PXIe-7961R, PXIe-7962R, and PXIe-7965R)，PXI Express數(shù)字化儀和矢量信號(hào)分析儀，包括NI PXIe-5122，PXIe-5622和 PXIe-5663。
在圖1所描述的系統(tǒng)中，在NI PXIe-1075機(jī)箱中插入的NI PXIe-5622數(shù)字轉(zhuǎn)換器使用端到端網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流直接將數(shù)據(jù)傳送到NI PXIe-7965R NI FlexRIO FPGA模塊。然后FPGA模塊作為附加過(guò)程將數(shù)據(jù)傳送到另一個(gè)FPGA模塊。由于機(jī)箱背板開關(guān)提供與模塊所在插槽的直接連接，您不需要通過(guò)主控制器或進(jìn) 入系統(tǒng)資源傳送數(shù)據(jù)，例如CPU和主存儲(chǔ)器。
 
圖 1. 一個(gè) NI PXIe-5622 數(shù)字轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)流傳送到兩個(gè) PXI Express NI FlexRIO FPGA模塊.
應(yīng)用實(shí)例
RF應(yīng)用中一種常見的需求是實(shí)時(shí)頻域觸發(fā)。當(dāng)大部分的RF設(shè)備在一個(gè)功率級(jí)上觸發(fā)時(shí)，這種觸發(fā)與頻率無(wú)關(guān)。然而，使用NI LabVIEW FPGA模塊的端到端網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流和處理技術(shù)，您可以建立一個(gè)頻域觸發(fā)。圖2所描述的應(yīng)用中，NI PXIe-5663矢量信號(hào)分析儀使用端到端網(wǎng)絡(luò)流將數(shù)據(jù)傳送到NI FlexRIO FPGA模塊，這里開有窗口，將其轉(zhuǎn)化為頻域信號(hào)，然后與掩碼比較。當(dāng)數(shù)據(jù)超過(guò)掩碼時(shí)，F(xiàn)PGA模塊在PXI背板產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字觸發(fā)信號(hào)。一旦 NI PXIe-5663收到這個(gè)觸發(fā)信號(hào)，它使用它的標(biāo)準(zhǔn)采集存貯器來(lái)捕獲一個(gè)數(shù)據(jù)記錄，包含預(yù)觸發(fā)采樣。然后您可以通過(guò)NI-RFSA驅(qū)動(dòng)從主機(jī)讀取 這個(gè)記錄用于其它的處理或存儲(chǔ)。
 
圖2. 在此應(yīng)用中， NI FlexRIO FPGA模塊給 NI PXIe-5663 矢量信號(hào)分析儀一個(gè)頻域觸發(fā)信號(hào).
編程端到端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
編寫端到端網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流被NI-P2P驅(qū)動(dòng)極大的簡(jiǎn)化了。在圖3描述的應(yīng)用中，1號(hào)FPGA直接在LabVIEW FPGA中傳送數(shù)據(jù)給2號(hào)FPGA，簡(jiǎn)單的端到端網(wǎng)絡(luò)讀寫節(jié)點(diǎn)為數(shù)據(jù)交換提供先進(jìn)先出的接口。這些節(jié)點(diǎn)類似于DMA 和本地FPGA FIFO。在數(shù)據(jù)交換成為可能之前，主機(jī)必須通過(guò)其NI-RIO和NI-P2P API將1號(hào)FPGA的寫入數(shù)據(jù)流和2號(hào)FPGA的讀取連接起來(lái)（如圖3所示）。取決于配置，您只需要一個(gè)或兩個(gè)VI來(lái)連接端到端網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流，以便于數(shù)據(jù) 交換的進(jìn)行。
 
圖3. 在Two NI FlexRIO FPGA 模塊和相關(guān)軟件之間的端到端網(wǎng)絡(luò)流
基準(zhǔn)端到端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
采用NI端到端網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，超過(guò)800 MB/s的數(shù)據(jù)流速率成為可能。最大處理量取決于數(shù)據(jù)流模塊，機(jī)箱，配置是否許可，以及控制器。一般來(lái)說(shuō)，最低數(shù)據(jù)速率是P2P的最大可能帶寬。
底板
所有數(shù)據(jù)必須通過(guò)機(jī)箱從一個(gè)模塊流向另一個(gè)模塊，所以機(jī)箱在確定性的帶寬中扮演至關(guān)重要的角色。機(jī)箱背板的PCI Express開關(guān)提供了數(shù)據(jù)通過(guò)機(jī)箱的路徑，同時(shí)，也提供了實(shí)現(xiàn)端到端網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的高帶寬的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。當(dāng)模塊在機(jī)箱插槽上，直接與相同的PCI Express開關(guān)相連時(shí)，如圖4所示，帶寬取決于開關(guān)。
 
圖4. 機(jī)箱上的模塊安置使所有的數(shù)據(jù)經(jīng)由一個(gè) PCI Express 開關(guān).
表1顯示了一個(gè)給定機(jī)箱上PCI Express開關(guān)的最大帶寬。連接到相同開關(guān)的任意兩個(gè)插槽的通過(guò)帶寬都可以實(shí)現(xiàn)，并且在給定的速率內(nèi)支持一個(gè)開關(guān)的多重連接。
 
機(jī)箱 插槽 最大端到端網(wǎng)絡(luò)速率
NI PXIe-1075 All >800 MB/s
NI PXIe-1082Q All >800 MB/s
NI PXIe-1065 7, 8 Dependent on controller
NI PXIe-1065 9-14 Just under 800 MB/s
NI PXIe-1062Q 3-5 Dependent on controller

表1. PXI Express機(jī)箱 P2P帶寬
控制器
當(dāng)一個(gè)P2P流系統(tǒng)的模塊并不都是連接到一個(gè)機(jī)箱背板上的相同PCI Express開關(guān)時(shí)，數(shù)據(jù)必須通過(guò)主機(jī)控制器的板載開關(guān)或芯片，但不必通過(guò)其CPU或存儲(chǔ)器。配置如圖5所示。
 
圖5. 機(jī)箱上的模塊安置使數(shù)據(jù)通過(guò)主機(jī)控制器.
表2列出了一個(gè)給定控制器的PCI Express 開關(guān)或芯片的最大帶寬。需要注意的是這些數(shù)字表示進(jìn)出控制器某一部分的集合帶寬。如果多個(gè)端到端網(wǎng)絡(luò)流存在于這些相同的部分，它們必需共享帶寬。
 
控制器 開關(guān)之間的最大速率 備注
NI PXIe-8130 >600 MB/s 受芯片限制
NI PXIe-8106 >800 MB/s 不支持第四連接 (NI PXIe-1075 和 NI PXIe-1082機(jī)箱 最右邊開關(guān)的引入/引出)
NI PXIe-8105 接近 800 MB/s 受開關(guān)限制
NI PXIe-8101/02/08 不支持 開關(guān)后面的P2P仍然工作
NI PXIe-8370 接近 800 MB/s 受開關(guān)限制
NI PXIe-8375 >800 MB/s 

圖2. PXI Express 控制器的 P2P帶寬
模塊
只有機(jī)箱和控制器配置提供一定的帶寬，PXI Express模塊本身才能決定最大可實(shí)現(xiàn)帶寬。下面是各種具有P2P功能裝置的基準(zhǔn)和配置細(xì)節(jié)。
NI PXIe-7965R, PXIe-7962R, PXIe-7961R NI FlexRIO FPGA 模塊: 這些PXI Express NI FlexRIO FPGA模塊具有超過(guò)800 MB/s的數(shù)據(jù)IO速率。當(dāng)兩個(gè)方向同時(shí)傳輸，F(xiàn)PGA模塊能達(dá)到單方向超過(guò)700 MB/s的速率，或超過(guò)1.4 GB/s的集合數(shù)據(jù)速率。數(shù)據(jù)可能包含一個(gè)單獨(dú)的流，或者多達(dá)16個(gè)獨(dú)立的流，每一個(gè)流對(duì)應(yīng)裝置的一個(gè)DMA通道。數(shù)據(jù)流的數(shù)目和它們的帶寬由裝置內(nèi) FPGA的配置和編程決定。
NI PXIe-5622 IF 數(shù)字轉(zhuǎn)換器: NI PXIe-5622是一種150 MS/s, 16-bit的數(shù)字轉(zhuǎn)換器，能產(chǎn)生多達(dá)300 MB/s的數(shù)據(jù)。對(duì)于端到端網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流來(lái)說(shuō)，數(shù)字轉(zhuǎn)換器有一個(gè)單獨(dú)的寫入端點(diǎn)，位于板載存儲(chǔ)器的并行數(shù)據(jù)通路上。您可以將采集到的數(shù)據(jù)寫入這個(gè)端點(diǎn)從而傳 輸?shù)?strong>FPGA目標(biāo)，并將它通過(guò)板載存儲(chǔ)器送到主機(jī)。NI PXIe-5622的重要特征是采用正交數(shù)字下變頻(DDC)的板載信號(hào)處理(OSP)，能以 75 MS/s或 250 MB/s的復(fù)合I/Q數(shù)據(jù)形式提供多達(dá)60 MHz的IF帶寬。在這種模式下，端到端網(wǎng)絡(luò)流的采樣隔行掃描選取樣本，采用先I采樣后 Q采樣的方法。
 
圖6.  采用 NI PXIe-5622 IF數(shù)字轉(zhuǎn)換器的端到端網(wǎng)絡(luò)流
端到端網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流以原始的二進(jìn)制傳輸，不包括縮放和校準(zhǔn)。歸一化的系數(shù)可以被NI-SCOPE查詢并用來(lái)校準(zhǔn)二進(jìn)制數(shù)據(jù)而不必縮放成伏特。歸一化的數(shù)據(jù)符合隨后的規(guī)范，所以您可以以后翻譯這些二進(jìn)制信息或?qū)⑵淇s放成伏特。
• 最大的正二進(jìn)制值對(duì)應(yīng)垂直幅度的最大正向電壓。
• 最大的負(fù)二進(jìn)制值對(duì)應(yīng)垂直幅度的最大反向電壓。
• 垂直幅度被均勻劃分以對(duì)應(yīng)可能的二進(jìn)制值。
或者，您可以在一個(gè)單獨(dú)的步驟查詢并應(yīng)用縮放系數(shù)來(lái)校準(zhǔn)和縮放數(shù)據(jù)。請(qǐng)參考高速數(shù)字轉(zhuǎn)換器幫助獲得更多細(xì)節(jié)。
NI PXIe-5122 高分辨率數(shù)字轉(zhuǎn)換器: The NI PXIe-5122是一種100 MS/s，雙通道，14-bit的數(shù)字轉(zhuǎn)換器，能產(chǎn)生多達(dá)每路每流200 MB/s的數(shù)據(jù)。對(duì)于端到端網(wǎng)絡(luò)流，數(shù)字轉(zhuǎn)換器具有兩個(gè)寫入端點(diǎn)，位于板載存儲(chǔ)器的并行數(shù)據(jù)支路。您可以將采集的數(shù)據(jù)寫入這些端點(diǎn)，并將其通過(guò)板載存儲(chǔ)器 傳送到主機(jī)。
 
圖7. 采用NI PXIe-5122高分辨率數(shù)字轉(zhuǎn)換器的端到端網(wǎng)絡(luò)流
表3展示了有效的流配置實(shí)例

 
表3. 有效的流配置
請(qǐng)注意，配置模塊來(lái)生成數(shù)據(jù)的速率如果超過(guò)了PXI Express x4總線的帶寬，有可能引起數(shù)據(jù)溢出。例如，當(dāng)采樣全速運(yùn)行(共800 MB/s)時(shí)表3的最后配置表能導(dǎo)致每流400 MB/s的速率。如果您還將數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)PC，您將超出總線帶寬。降低數(shù)字轉(zhuǎn)換器的采樣率能避免數(shù)據(jù)溢出。
端到端網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流以原始的二進(jìn)制傳輸，不包括縮放和校準(zhǔn)。歸一化的系數(shù)可以被NI-SCOPE查詢并用來(lái)校準(zhǔn)二進(jìn)制數(shù)據(jù)而不必縮放成伏特。歸一化的數(shù)據(jù)符合隨后的規(guī)范，所以您可以以后翻譯這些二進(jìn)制信息或?qū)⑵淇s放成伏特。
• 最大的正二進(jìn)制值對(duì)應(yīng)垂直幅度的最大正向電壓。
• 最大的負(fù)二進(jìn)制值對(duì)應(yīng)垂直幅度的最大反向電壓。
• 垂直幅度被均勻劃分以對(duì)應(yīng)可能的二進(jìn)制值。
或者，您可以在一個(gè)單獨(dú)的步驟查詢并應(yīng)用縮放系數(shù)來(lái)校準(zhǔn)和縮放數(shù)據(jù)。請(qǐng)參考高速數(shù)字轉(zhuǎn)換器幫助獲得更多細(xì)節(jié)。