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Messtechnik
PXI
Bilder: National Instruments
Multicore-CPUs für verteilte Verarbeitung
Anwendungen aus den Bereichen SIGINT und echtzeitfähiges
Hochleistungsrechnen, für die Daten inline oder in Echtzeit verarbeitet
werden, müssen typischerweise über komplexe Datenverarbeitungsfunktionen
verfügen, um den Datenfluss bewältigen zu
können. Außerdem wird bei diesen Anwendungen die Verarbeitungslast
mithilfe einer Kommunikationsschnittstelle, die eine hohe
Bandbreite und geringe Latenz bietet, auf mehrere separate Verarbeitungsknoten
verteilt. Für einige verteilte Verarbeitungssysteme
reichen auch FPGAs und einzelne digitale Signalverarbeitungssysteme
aus. Doch für bestimmte Anwendungen muss bestehendes
x86-basiertes Software-IP genutzt werden oder die Berechnungen
in Gleitkomma- statt in Festkommawerten angegeben werden. In
solchen Fällen bietet PXImc die Möglichkeit, verteilte Verarbeitungssysteme
zu erstellen, die die aktuellen, auf Multicore-CPU
basierenden PCs als externe Rechenknoten nutzen. Dies bezieht
sich nicht nur auf die zuvor aufgeführten Anforderungen, sondern
bietet auch ein System mit kürzeren Entwicklungs- und Fehlerbehebungszeiten
im Vergleich zu Systemen, die FPGA und benutzerdefinierte
digitale Signalverarbeitungssysteme nutzen.
Bild 4: Beispielkonfiguration für ein leistungsfähiges, hybrides Mess- und
Prüfsystem auf Grundlage von PXImc.
PCI Express
Link
Generation
Theoretical
Unidirecional
Transfer Rates
Theoretical
Bidirecional
Transfer Rates
x4 Gen 1 1 GB/s 1 GB/s x2
x16 Gen 1 4 GB/s 4 GB/s x2
x4 Gen 2 2 GB/s 2 GB/s x2
x16 Gen 2 8 GB/s 8 GB/s x2
Tabelle 1: Theoretische Bandbreite verschiedener PCI-Express-Verbindungen.
Bild 5 (links): Beispiel eines verteilten Verarbeitungssystems, das auf
einem PXI-Express-System und PXImc-Schnittstellenkarten basiert.
Bild 6 (rechts): Mit PXImc lassen sich in PXI-Systemen mehrere
Peripherieverarbeitungsmodule an ein Chassis anschließen.
Bild 5 zeigt eine der möglichen Konfigurationen für verteilte Verarbeitungssysteme,
die sich mit einem PXI-Express-System und
PXImc-Schnittstellenkarten erstellen lässt. In diesem Beispiel ist der
Master-Controller dafür verantwortlich, dass Daten von verschiedenen
I/O-Modulen gesammelt und dann über PXImc-Verbindungen
an vier x86-basierte Rechenknoten weitergeleitet werden. Diese
Knoten können je nach der erforderlichen Verarbeitungsleistung
handelsübliche PCs oder High-End-Workstations sein.
x86-basiertes Co-Processing
Beim PXImc-Standard kann ein Verarbeitungssystem über eine interne
nicht transparente PCI- bzw. PCI-Express-Brücke verfügen. Dadurch
können die Verarbeitungsmodule an einen Peripheriesteckplatz
eines PXI-Express-Chassis angeschlossen werden und über die PCI-
Express-Leitungen an der Backplane des Chassis mit dem Master-
Controller kommunizieren. Am Chassis angeschlossene Peripherieverarbeitungsmodule
erhöhen die gesamte Verarbeitungsfunktionalität
eines einzelnen Systems und stellen eine kompakte und robuste
Systemlösung dar. Damit lassen sich optimal komplexe Mess- und
Prüfanwendungen verarbeiten, die durch die Abmessungen des Systems
eingeschränkt sind und/oder die sehr hohe Mobilitätsanforderungen
stellen. Außerdem ermöglicht der Standard direkte Peer-to-
Peer-Kommunikation zwischen PXImc- und anderen PCI- bzw. PCI-
Express-Geräten. Mit dieser Fähigkeit können PXImc-Geräte, zum
Beispiel Peripherieverarbeitungsmodule, direkt mit PCI- bzw. PCI-
Express-Geräten kommunizieren, ohne den Master-Controller einzusetzen.
Außerdem lassen sich Subsysteme innerhalb eines einzelnen
PXI-Chassis erstellen und die Chassis-Ressourcen effizienter nutzen.
Bild 6 stellt die Einbindungsmöglichkeiten von Peripherieverarbeitungsmodulen
in ein PXI-Chassis sowie die beiden möglichen Kommunikationsmethoden
dar.
Der Standard PXImc der PXI Systems Alliance (PXISA) stellt eine
herstellerübergreifende Lösung dar, die die steigenden Anforderungen
in Anwendungsbereichen wie HIL und SIGINT erfüllen kann,
erweitert den Funktionsumfang der PXI-Plattform und ermöglicht
unterschiedliche Konfigurationen wie Hybridsysteme, verteilte
Verarbeitung und Co-Processing innerhalb eines Chassis. (jj) n
Der Autor: Chetan Kapoor ist PXI Product Manager
bei National Instruments in Austin/Texas.
60 elektronik industrie 07/2011
www.elektronik-industrie.de
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