概要

測(cè)試和測(cè)量系統(tǒng)的主要任務(wù)之一是記錄盡可能多的測(cè)量值。在這種情況下，基于FPGA的解決方案的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來(lái)了，如固有的并行性、極高的帶寬、靈活性、支持多種接口和集成CPU。如果同時(shí)使用FPGA模塊作為基礎(chǔ)，那么額外的硬件設(shè)計(jì)通常會(huì)簡(jiǎn)化為開發(fā)一個(gè)復(fù)雜度低、組件數(shù)量少的簡(jiǎn)單基板。這種方法大大降低了項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)、開發(fā)時(shí)間和成本。

解決方案

所有這些都促使客戶委托Enclustra開發(fā)數(shù)據(jù)記錄器，以升級(jí)現(xiàn)有的測(cè)量系統(tǒng)。為了確保盡可能縮短開發(fā)時(shí)間，瑞蘇盈科的FPGA專家在開發(fā)固件和軟件的同時(shí)，開始開發(fā)基于AMD Zynq UltraScale+的Enclustra Mercury+ XU8 SOM的基板。作為集成在FPGA中的四處理器系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，Linux負(fù)責(zé)讀寫固態(tài)硬盤上的數(shù)據(jù)。Ext4用作日志數(shù)據(jù)的文件系統(tǒng)。由于Mercury+ XU8免費(fèi)提供了Linux板卡支持包 (BSP)，因此很快就決定使用這項(xiàng)技術(shù)。

水星Mercury+ XU8亮點(diǎn)

基于AMD Zynq Ultrascale+ MPSoC XCZU4CG/5EV/7EV

PS端（DDR4 ECC SDRAM）和PL端（DDR4 SDRAM）2個(gè)獨(dú)立的內(nèi)存通道

最高28.8 GByte/sec內(nèi)存帶寬

提供PCIe Gen3x16，PCIe Gen2x4，2xUSB 3.0，2xGigabit Ethernet

多個(gè)型號(hào)可供選擇，提供工業(yè)級(jí)型號(hào)

采用3個(gè)168-pin Hirose FX10連接器，引出236個(gè)用戶I/O

提供Linux BSP和工具鏈

功能強(qiáng)大、身材小巧的FPGA核心板

水星Mercury+ XU8

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另外兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和程序也有助于最大限度地減少開發(fā)時(shí)間和精力。Enclustra總是盡可能使用IP核來(lái)開發(fā)固件，因?yàn)樽罱K不一定要重新開發(fā)，而是要盡可能高效地解決問(wèn)題。測(cè)量數(shù)據(jù)的臨時(shí)存儲(chǔ)，即在寫入固態(tài)硬盤之前，是通過(guò)流緩沖控制器IP核的虛擬FIFO來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該IP核可同時(shí)管理多達(dá)16個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)流，并支持高達(dá)4 GByte的內(nèi)存大小，足以滿足幾乎所有要求。

流緩沖控制器IP核

基于ASP.NET Core的C#軟件可在創(chuàng)紀(jì)錄的時(shí)間內(nèi)將數(shù)據(jù)記錄器集成到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中。通過(guò)使用Web API，數(shù)據(jù)記錄器可由上游系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制。基于ASP.NET MVC和Razor Pages的本地精簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)圖形用戶界面對(duì)啟動(dòng)過(guò)程非常有幫助。

在很短的時(shí)間內(nèi)，一個(gè)帶有兩個(gè)熱插拔外殼的SATA SSD硬盤的系統(tǒng)就實(shí)現(xiàn)了。該系統(tǒng)能以每秒800 MBytes的速度持續(xù)記錄和訪問(wèn)測(cè)量數(shù)據(jù)。FPGA技術(shù)的靈活性還使系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到，M.2外殼中的SATA磁盤日后可以更換為速度更快的NVMe磁盤。