多通道寬帶射頻系統(tǒng)中海量射頻數(shù)據(jù)共享
挑戰(zhàn):
需要具有高帶寬和可靠性的數(shù)據(jù)總線來將原始RF數(shù)據(jù)或經(jīng)處理的RF數(shù)據(jù)從一個處理子系統(tǒng)鐘的FPGA傳輸?shù)搅硪粋�子系統(tǒng)的FPGA上。
解決方案:
使用FlexRIO FPGA模塊和LVDS數(shù)字接口模塊部署解決方案。ST Kinetic設(shè)計和實現(xiàn)了LVDS數(shù)據(jù)總線來將射頻數(shù)據(jù)實時、連續(xù)地從一個處理子系統(tǒng)傳輸?shù)搅硪粋�子系統(tǒng)進行實時監(jiān)測、分析和信號處理。
現(xiàn)今，使用FPGA技術(shù)進行射頻數(shù)據(jù)信號處理已經(jīng)非常普遍，因為該技術(shù)可實現(xiàn)高速計算能力。通常情況下，處理大量RF數(shù)據(jù)需要部署的FGPA資源越來越多。因此，F(xiàn)PGA模塊會跨多個處理子系統(tǒng)進行部署。借助FlexRIO FPGA模塊和LVDS數(shù)字接口模塊，ST Kinetics成功地設(shè)計并實現(xiàn)了一個解決方案，以促進多通道寬帶RF系統(tǒng)的處理子系統(tǒng)之間的實時數(shù)據(jù)傳輸。圖1顯示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用于開發(fā)LVDS數(shù)據(jù)總線，繼而實現(xiàn)處理子系統(tǒng)之間的大型RF數(shù)據(jù)共享。
LVDS數(shù)據(jù)總線與10 G網(wǎng)絡和共享內(nèi)存的比較
10 G網(wǎng)絡或共享內(nèi)存也可以用于實現(xiàn)處理子系統(tǒng)之間的大量射頻數(shù)據(jù)傳輸。但是，10 G網(wǎng)絡和共享內(nèi)存需要在將數(shù)據(jù)傳輸至其他處理子系統(tǒng)之前將數(shù)據(jù)路由到主計算機。因此，通過10 G網(wǎng)或共享內(nèi)存連續(xù)傳輸大量RF數(shù)據(jù)需要非常大的計算資源開銷（CPU處理能力和內(nèi)存）。
基于專用LVDS數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)共享可避免這個麻煩。因此，CPU和內(nèi)存資源可以用來執(zhí)行其他計算任務。換而言之，基于LVDS數(shù)據(jù)總線的RF數(shù)據(jù)共享在在資源使用方面更加高效。
LVDS數(shù)據(jù)總線是高速數(shù)據(jù)通信的通用接口標準。實現(xiàn)高射頻信號處理可靠性需要LVDS數(shù)據(jù)總線具有數(shù)據(jù)完整性。ST Kinetics成功開發(fā)了所需的智能算法，保證了LVDS數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)完整性。
實現(xiàn)
在本案例分析中，該解決方案部署到基于PXI Express系統(tǒng)的雙機箱配置中。每個PXI Express系統(tǒng)形成一個單獨的處理系統(tǒng)，其中部署了一組FlexRIO設(shè)備以及相應的LVDS FPGA接口模塊。兩個處理子系統(tǒng)通過兩條LVDS電纜互連。
ST Kinetics智能算法部署到FlexRIO FPGA模塊上進行RF數(shù)據(jù)采集。除了LVDS接口模塊和FPGA上的專用數(shù)據(jù)傳輸算法，F(xiàn)lexRIO模塊還提供了LVDS數(shù)據(jù)總線。
RF數(shù)據(jù)可以通過這一條LVDS數(shù)據(jù)總線實時傳輸?shù)搅硪粋�處理子系統(tǒng)。由于不需要將數(shù)據(jù)路由到主計算機上，專用LVDS數(shù)據(jù)總線非常適用于多機箱配置。
圖2顯示的是部署到FGPA上的一種特殊數(shù)據(jù)傳輸算法，用于確保有效的高速數(shù)據(jù)傳輸，同時保持數(shù)據(jù)的完整性。
RF數(shù)據(jù)可經(jīng)由LVDS數(shù)據(jù)總線連續(xù)、實時地傳輸。在每個時間間隔內(nèi)，LVDS數(shù)據(jù)總線經(jīng)驗證可使用預先定義的數(shù)據(jù)模式確保數(shù)據(jù)完整性。這些預定義的數(shù)據(jù)模式可用作為LVDS數(shù)據(jù)總線的自診斷。接著傳輸?shù)氖荝F數(shù)據(jù)標題和RF數(shù)據(jù)內(nèi)容。然后，系統(tǒng)使用奇偶校驗位校驗和算法來保證數(shù)據(jù)的完整性。在每個時間間隔內(nèi)，根據(jù)所傳送的射頻數(shù)據(jù)產(chǎn)生的校驗值會進行反復核對，以驗證數(shù)據(jù)的完整性。因而，數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)損壞可立即檢測到。
結(jié)論
借助FPGA技術(shù)和LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計方法，ST Kinetics開發(fā)了一種LVDS數(shù)據(jù)總線，用于實現(xiàn)多通道寬帶射頻系統(tǒng)處理子系統(tǒng)之間的大型射頻數(shù)據(jù)共享，從而將RF數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿刑幚碜酉到y(tǒng)中進行實時監(jiān)測、分析和處理。
系統(tǒng)架構(gòu)具有高度可擴展性，以滿足需要更高數(shù)據(jù)傳輸速率的其他處理子系統(tǒng)的需求。
