"借助FPGA技術(shù)和LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，ST Kinetics開發(fā)了一種LVDS數(shù)據(jù)總線，用于實(shí)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。"- Wai Hlaing Thet, ST Kinetics

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(gè)處理子系統(tǒng)鐘的FPGA傳輸?shù)搅硪粋€(gè)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(jì)和實(shí)現(xiàn)了LVDS數(shù)據(jù)總線來將射頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、連續(xù)地從一個(gè)處理子系統(tǒng)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析和信號(hào)處理。

現(xiàn)今，使用FPGA技術(shù)進(jìn)行射頻數(shù)據(jù)信號(hào)處理已經(jīng)非常普遍，因?yàn)樵摷夹g(shù)可實(shí)現(xiàn)高速計(jì)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(huì)跨多個(gè)處理子系統(tǒng)進(jìn)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(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)解決方案，以促進(jìn)多通道寬帶RF系統(tǒng)的處理子系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)處理子系統(tǒng)之間的大型RF數(shù)據(jù)共享。

圖1. 基于多通道寬帶RF系統(tǒng)架構(gòu)的LVDS數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)

LVDS數(shù)據(jù)總線與10 G網(wǎng)絡(luò)和共享內(nèi)存的比較

10 G網(wǎng)絡(luò)或共享內(nèi)存也可以用于實(shí)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(luò)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(jì)算機(jī)。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(jì)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(gè)麻煩。因此，CPU和內(nèi)存資源可以用來執(zhí)行其他計(jì)算任務(wù)。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(biāo)準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)高射頻信號(hào)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(shí)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(jī)箱配置中。每個(gè)PXI Express系統(tǒng)形成一個(gè)單獨(dú)的處理系統(tǒng)，其中部署了一組FlexRIO設(shè)備以及相應(yīng)的LVDS FPGA接口模塊。兩個(gè)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(jìn)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(shí)時(shí)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)處理子系統(tǒng)。由于不需要將數(shù)據(jù)路由到主計(jì)算機(jī)上，專用LVDS數(shù)據(jù)總線非常適用于多機(jī)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(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性。

圖2. 基于LVDS數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)傳輸序列，具有數(shù)據(jù)完整性檢查功能

RF數(shù)據(jù)可經(jīng)由LVDS數(shù)據(jù)總線連續(xù)、實(shí)時(shí)地傳輸。在每個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，LVDS數(shù)據(jù)總線經(jīng)驗(yàn)證可使用預(yù)先定義的數(shù)據(jù)模式確保數(shù)據(jù)完整性。這些預(yù)定義的數(shù)據(jù)模式可用作為L(zhǎng)VDS數(shù)據(jù)總線的自診斷。接著傳輸?shù)氖荝F數(shù)據(jù)標(biāo)題和RF數(shù)據(jù)內(nèi)容。然后，系統(tǒng)使用奇偶校驗(yàn)位校驗(yàn)和算法來保證數(shù)據(jù)的完整性。在每個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，根據(jù)所傳送的射頻數(shù)據(jù)產(chǎn)生的校驗(yàn)值會(huì)進(jìn)行反復(fù)核對(duì)，以驗(yàn)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(cè)到。

結(jié)論

借助FPGA技術(shù)和LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，ST Kinetics開發(fā)了一種LVDS數(shù)據(jù)總線，用于實(shí)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(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析和處理。

系統(tǒng)架構(gòu)具有高度可擴(kuò)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。

作者:Thet Wa. Hlaing - ST Kinetics