Az ST-Ericsson megkereste a National Instruments egyik integrátorpartnerét, a Mesulogot, hogy tervezzék meg és kivitelezzék a FlexSTE-megoldást, amely teljesen illeszkedik a CSFR tesztplatformba. A megoldás egy PXI Express-keretbe integrált NI FlexRIO modul használata és a kommunikációs protokollok implementálására NI LabVIEW FPGA modul használatával.
Feladatunk volt egy önálló, skálázható, programozható műszer készítése, amely egy automatizált tesztrendszer digitális kommunikációs protokolljait kezeli.
Úgy terveztük ezt a berendezést, hogy gyorsan tudjunk kialakítani egyedi megoldásokat dedikált berendezéssel, amelyek egy komplex teszt során egyszerűen használhatók. Továbbá szempont volt az analóg és digitális tesztek elkülönítése, így az ST-Ericsson mérnökeinek nem kell mindkettőre koncentrálni a használat során.
AZ NI FlexRIO-n alapuló RF validációs mérőrendszer, FlexSTE műszert alkalmazva az ST-Ericssonnál
Az RF áramkörök bemérése sokféle tesztösszeállítást igényel, amelyek a folyamathoz rendelt nagy teljesítményű műszereket igényelnek.
A hagyományos felépítésben különálló eszközök szerepelnek a szükséges kommunikációs protokollok tesztelésére. Ebben az esetben a validálásra váró és fejlesztés alatt álló protokollok és az azokat tesztelő eszközök még nem léteznek.
Ezért terveztük meg a FlexSTE-t, ami egy kereskedelmi forgalomban kapható mérőműszerhez hasonlít. Ez az új stand-alone műszer egy NI FlexRIO modulokkal felszerelt PXI Express-keret, ami tartalmaz egy NI PXIe7962R modult és egy Windows7 operációs rendszert futtató NI PXIe-8108 vezérlőegységet, ami Gigabit ethernetkapcsolaton keresztül kommunikál.
Minden egyes protokoll saját utasításkészlettel rendelkezik, mint például minta kiírása a kimenetre, regiszterbe írás vagy onnan olvasás, áramkör válaszának kiolvasása buszon keresztül és így tovább.
Egy előlap nélküli műszer
A műszernek nincs előlapja, beépített képernyője, gombjai, se egér, vagy billentyűzet az USB porthoz csatlakoztatva. Az egyedi vezérlőegység keretén lévő lámpák jelzik, ha egy protokoll betöltésre került, vagy egy hiba történt. Hiba esetén (a műszer ismeretlen állapotba kerül) a hiba részletei a hálózaton megosztott változókon keresztül érhetők el.
Windows Távoli Asztal-eléréssel is lehet csatlakozni az alkalmazás szoftveres felületéhez, az aktuális I/O állapot ellenőrzéséhez csakúgy, mint a műszernek küldött parancsok megtekintéséhez. A hardvert irányító szoftverrel a virtuális műszerezés által nyújtott lehetőségek teljeskörűen elérhetők.
A szoftverkomponensek testreszabása a FlexRIO kártya interfészéhez (
A szoftver-architektúra egyszerű. Egy általános modul figyeli a TCP/IP portot. Ha egy új protokoll betöltésére vonatkozó kérés érkezik, akkor ennek a protokollnak megfelelő host VI betöltésre kerül a Windows-rendszerben és az előre lefordított FPGA-kód kevesebb, mint 1 másodperc alatt az FPGA-ra töltődik. Az írási és olvasási utasítások a DMA-n keresztül kerülnek az FPGA FIFO-ba. A kliensoldal TCP/IP feletti VISA rendszert (Virtual Instrument Software Architecture) használva tartja fent a kapcsolatot a műszer és a CSFR tesztberendezés között (LabVIEW, NI TestStand), ami irányítja a berendezést.
Így a felhasználó tetszőlegesen futtathatja és leállíthatja a LabVIEW VI-t anélkül, hogy aggódnia kellene a pont-pont TCP-kapcsolat fenntartása miatt.
Ezt az architektúrát használva könnyen adhatunk hozzá új protokollt a futtatható FlexSTE-rendszerhez, ami bekapcsoláskor automatikusan elindul.
A skálázható szoftver-architektúra lehetővé teszi a felhasználóknak új protokollok könnyű hozzáadását a FlexSTE új verzióihoz
Az NI FlexRIO, ami Xilinx Virtex-5 FPGA-t tartalmaz, egy adaptermodult igényel a digitális I/O-hoz való nagy sebességű hozzáféréshez. A projekt kezdetekor az NI FlexRIO-hoz NI 6581 digitális adapter-modult használtunk, ami akár 100 Mibit/s sebességgel is képes elérni az I/O-t. Elkészítettük a saját, módosított CLIP Node-ot (socketed Component-Level IP), amely az NI-6581 adapterrel kommunikál és DCM-modult (Digital Clock Manager) tartalmaz. A külső órajel elérését valósítja meg, és néhány protokollt, illetve származtatott órajelet (2-vel bővített, 2-vel osztott, 4-gyel osztott) biztosít a berendezés számára.
A projekt előrehaladtával szükségünk lett digitális RF nagy sebességű (1,4 Gibit/s) átvitelre, ezért kifejlesztettünk egy adaptermodult az NI FlexRIO Adapter Modul Development Kit használatával. Ez a modul helyettesíti az NI 6581-et, és differenciális RF csatornaátvitelt biztosít (RX,TX és CLK) egyedülálló sebességgel.
A bemenetek/kimenetek állapotának megjelenítése és a műszernek küldött üzenetek megtekintése
Eleinte a LabVIEW FPGA-modul protokolljait írtuk át. A legérdekesebb fejlesztések egyike az volt, mikor az NI FlexRIO-t használtuk a VHDL-kód közvetlen integrálásához. Az áramkör tervezési és szimulációs fázisában az ST-Ericsson mérnökei által kifejlesztett, majd ezt követően egy CLIP-specifikus protokollba beágyazott VHDL-kód közvetlenül fért hozzá az I/O adaptermodulhoz.
A VHDL-kód újrahasznosításának köszönhetően lehetőség van a bonyolult protokollok gyors implementálására anélkül, hogy újra kelljen írni őket LabVIEW-ban.
LabVIEW FPGA: egy intuitív megközelítés
A LabVIEW-val és NI TestStand-del való fejlesztésre specializálódott Mesulognak a projektelindulás előtt kevés tapasztalata volt a VHDL-lel. A fejlesztőmérnökök azonban a LabVIEW FPGA hasonló grafikus környezetét már használták az FPGA-k programozásakor, így a National Instruments támogatásával együtt gyors és ösztönző kezdeti eredményeket értünk el.
FlexSTE: egy sikertörténet
Az NI FlexRIO rugalmassága segített a projekt időbeli és technikai követelményeinek betartásában, ami 2009 júniusában indult el. A FlexSTE műszer hamar az ST-Ericsson laboratóriumi bemérő és ellenőrző folyamatának stratégiai elemévé vált. Jelenleg számos helyen telepítették világszerte.
Nagy teljesítményű, innovatív és a hagyományos műszerekhez hasonlóan egyszerűen használható, emellett az új eszköz kiegészíti a szükséges berendezések sorát, amelyek a jövő mobiltelefonjainak áramköri méréshez szükségesek.
Az ST-Ericsson ma már képes arra, hogy könnyen és gyorsan álljon elő a feladathoz szükséges mérőműszerrel.
