基于高带宽的PXI Express平台 实现高速数据记录
宽为1.6GB/s。然而PXIe-9848其接口为PCIe x4且为Gen 1,因此若要进行连续不断的数据记录时,其产生的数据量最好能低于1GB/s。若将采样率降低至50MS/s,则PXIe-9848能产生800MB/s数据量。由于PXES-2780机箱采用PCIe Gen2规格,因此能够负荷800MB/s的数据量。若要以50MS/s采样率进行10秒长度的采样,则进一步的限制会落在系统内存大小上,以此状况下,需要8GB系统内存。若系统内存无法分配出高达8GB的系统内存供数字化仪使用,则必须缩减采样时间的长度。
接下来,我们再来考虑多张卡片安装于同一系统的状况。若想要达到最多采样通道,那么最多则可以把17张PXIe-9848数字化仪,安装于机箱内,那么此时除了考虑PXI Express控制器的系统带宽外,还要把PXI Express背板上的PCIe连接配置也考虑进去。
我们观察PXES-2780机箱的连接配置,如图四所示,它上面的PCIe switch#1上游有两个x4的连接通道,下游有三个x4连接通道,因此以平均来说,每个下游通道可从上游通道分得约1.33GB/s的带宽(4GB/s ÷ 3 ports)。PCIe switch#2也可用相同的计算方式来换算其下游带宽。至于PCIe switch#3与#4的下游通道约可分别分得222MB/s (1.33GB ÷ 6 ports)及190MB/s (1.33GB/s ÷ 7 ports)的带宽。若每个数字化仪都使用同样的采样率,则带宽瓶颈会出现在位于第10、13~18插槽的数字化仪上。
图五、配置成PCIe x4 link的机箱带宽预估示意图
若我们根据第10、13~18槽的带宽限制,来计算不同采样时间长度所需的系统内存,其结果如下表:
由上表评估结果可知,若以5MS/s采样率进行5秒钟连续采样,17张数字化仪共需系统内存达6.8GB大小。若采样率达10MS/s,则记录时间会缩减至2秒(需5.44GB内存),若仍需要加长记录时间,则数字化仪上的板载内存将可延成某个程度的记录时间。
应用示例二、数据记录至磁盘
激光监控中高速光二极管的信号采集
l 方案需求
客户的应用是有关激光信号监控,需要采集光二极管的信号且需为便携式的设计。只需要采集一个通道,但采样率需高达200MS/s。
l 解决方案
由于客户需要高达200MS/s的单通道采样率,因此以凌华PXIe-9842及便携式的PXI Express机箱PXES-2590为应用组合,以此提供高达400MB/s的数据记录速率。由于需要将数据记录至磁盘,而PXI Express控制器上的磁盘装置一般很难提供高达400MB/s的带宽,即使使用SSD也很难,因此使用外部的RAID存储装置来进行数据存取。我们使用的RAID模块是PXI Express接口且具有4个SATA III界面的SSD。
ü PXI Express系统控制器: 凌华科技PXIe-3975,3U Intel® CoreTM i5-520E 2.4GHz 双核 PXI Express系统控制器
ü PXI Express机箱: 凌华科技PXES-2590,9槽全混和式PXI Express机箱
ü 数字化仪: 凌华科技PXIe-9842,14位200 MS/s采样率的PXI Express数字化仪
ü RAID存储装置: Conduant DM-425
结论
要以PXI Express平台来实现数据记录的应用,需要考虑的不只是模块化仪器本身的条件,更要考虑到PXI Express平台的数据传输带宽。通过本文中所探讨的设计上的细节及应用范例,用户将能有效构建更高性能的测量测试平台、大幅提升开发效率。
关于凌华
凌华科技凭借创新的嵌入式计算解决方案,为测量测试、工业自动化、网络通信、军工、交通、医疗和信息娱乐产业提供智能应用平台(Application Ready Intelligent Platform)。凌华科技为Intel® Internet of Things Solutions联盟高级会员(Premier Member)、PICMG®协会和PC/104协会可参与制定规格的会员,PXI Systems Alliance协会(PXISA)董事会及最高等级会员,AXIe联盟战略会员,VMEbus国际贸易协会(VITA)成员和嵌入式技术标准化组织(SGeT)成员等。凌华科技总部位于台湾,并在台湾和中国大陆设有制造中心,研发与整合事业群则分布在台湾、中国、美国、德国,销售与服务据点更遍布世界各地。凌华科技通过了ISO-9001、ISO-14001、ISO-13485与TL9000认证,为全球客户提供可信赖的产品、快捷的服务和实时支持。
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