Introduction à la programmation FPGA avec LabVIEW

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2 Introduction à la programmation FPGA avec LabVIEW Mathieu BREGEON National Instruments, Ingénieur d applications

3 Sommaire Qu est-ce qu un FPGA et pourquoi sont-ils utiles? Applications courantes en FPGA Comment les programmer en LabVIEW? Les produits FPGA chez National Instruments Pour en savoir plus

4 Qu est-ce que ces systèmes ont en commun? SpinX Microfluides actionnés par laser Optimedica Traitement de la maladie rétinienne CERN Grand collisionneur de hadrons

5 Technologie FPGA Interconnexions programmables Blocs logiques Blocs d E/S

6 Pourquoi sont-ils utiles? Vrai parallélisme : permet des tâches parallèles et du pipelining Haute fiabilité : l algorithme devient un circuit électrique personnalisé Grand déterminisme : exécutez vos algorithmes avec une période déterministe jusqu à 25 ns (et même plus rapide dans certains cas) Reconfigurable : créez de nouvelles personnalités et modifiez-en des spécifiques déjà existantes

7 Le FPGA : un circuit de blocs logiques en parallèle E F A B C D Z W X Y

8 Haute fiabilité et déterminisme Prise de décision logicielle Crash possible UUT Réponse ~25 ms Sorties Matériel Système d exploitation Driver API Logiciel d application Calcul

9 Haute fiabilité et déterminisme Prise de décision matérielle en FPGA UUT Déterminisme parfait Réponse 25 ns Sorties Matériel Calcul Système d exploitation Driver API Logiciel d application Fiabilité

10 Sommaire Qu est-ce qu un FPGA et pourquoi sont-ils utiles? Applications courantes en FPGA Comment les programmer en LabVIEW? Les produits FPGA chez National Instruments Pour en savoir plus

11 Applications courantes en FPGA Systèmes de test Protocoles Test en boucle fermée Traitement Commande numérique d UUT DAQ personnalisé/déclenchement complexe Protocol-aware ATE Interfaçage (numérique ou modulé) Test de stimulus-réponse Hardware-in-the-loop (HIL) Co-traitement/temps réel Décimation/traitement en ligne

12 Applications courantes en FPGA Systèmes de test Commande numérique d UUT DAQ personnalisé/déclenchement complexe

13 Architecture de système défini par logiciel Modèle standard d instrumentation virtuelle NI LabVIEW Driver Interface de bus et commande d E/S Module de mesure analogique ou numérique Logiciel Matériel

14 Architecture de système défini par logiciel Modèle standard d instrumentation virtuelle NI LabVIEW Driver Interface de bus et commande d E/S Module de mesure analogique ou numérique Logiciel Matériel

15 Architecture de système basé FPGA Modèle de système FPGA NI LabVIEW Driver Interface de bus/fpga programmable Module de mesure analogique ou numérique Logiciel Matériel NI L intelligence du système et la prise de décision peuvent être déplacées du logiciel au matériel Possibilité de définir des fonctionnalités non disponibles avec un driver classique

16 Personnalisez votre matériel DAQ Cadencement et synchronisation personnalisés Échantillonnage à plusieurs fréquences Déclenchement personnalisé Compteurs personnalisés PWM flexible Interface d encodeur flexible

17 Entrée analogique déclenchée personnalisée

18 Applications courantes en FPGA Systèmes de test Protocoles Test en boucle fermée Traitement Commande numérique d UUT DAQ personnalisé/déclenchement complexe Protocol-aware ATE Interfaçage (numérique ou modulé) Test de stimulus-réponse Hardware-in-the-loop (HIL) Co-traitement/temps réel Décimation/traitement en ligne

19 Applications courantes en FPGA Protocoles Protocol-aware ATE Interfaçage (numérique ou modulé)

20 Communication numérique Protocol-Aware ATE : Les microcontrôleurs et composants intelligents intègrent des interfaces de communication externes. Il est nécessaire d intégrer ces communications au système de test pour la validation de ces composants. SPI Besoin de flexibilité et de prise de décision rapide en simulant l environnement final du composant. PPI UART I2C Protocole personnalisé

21 Communication numérique Exemple : SPI

22 Applications courantes en FPGA Systèmes de test Protocoles Test en boucle fermée Traitement Commande numérique d UUT DAQ personnalisé/déclenchement complexe Protocol-aware ATE Interfaçage (numérique ou modulé) Test de stimulus-réponse Hardware-in-the-loop (HIL) Co-traitement/temps réel Décimation/traitement en ligne

23 Applications courantes en FPGA Test en boucle fermée Test de stimulus-réponse Hardware-in-the-loop (HIL)

24 Contrôle/commande haute vitesse

25 Test RFID Réponse-Stimulus Tester un tag RFID nécessite d émuler le lecteur de tag Interroger et répondre au tag en quelques microsecondes Codage/décodage, modulation/démodulation, et la prise de décision doivent être faits matériellement pour garantir le cadencement

26 Test RFID Un lecteur RFID du commerce a ses caractéristiques figées Le développement et la conception d'un tag ou d'un lecteur nécessitent un système adaptable, évolutif et rapide Lecteur RFID (émulé) Stimulus Tag RFID (DUT) Réponse

27 Simulation de capteur et FPGA (HIL) Besoin de nombreux types de capteurs le matériel est entièrement personnalisable Besoin de parallélisme plusieurs capteurs sur une puce sans interférence Besoins de cadencement strict déterministe et très réaliste Traitement embarqué gestion des unités physiques pour signaux issus de capteurs (HIL, ECU, prototypage ) Signaux de capteurs

28 Applications courantes en FPGA Systèmes de test Protocoles Test en boucle fermée Traitement Commande numérique d UUT DAQ personnalisé/déclenchement complexe Protocol-aware ATE Interfaçage (numérique ou modulé) Test de stimulus-réponse Hardware-in-the-loop (HIL) Co-traitement/temps réel Décimation/traitement en ligne

29 Applications courantes en FPGA Traitement Co-traitement/temps réel Décimation/traitement en ligne

30 Traitement de données embarqué E/S intégrées - Tension analogique - Communications numériques - Signaux issus de capteurs Prétraitement - Encodage/décodage - Filtrage/moyennage - Modulation/démodulation - Décimation Sortie - Données prétraitées par DMA - Enregistrement de l entrée jusqu à la sortie sans intervention de l hôte Entrées DMA vers FPGA Prétraitement DMA vers l hôte Sortie

31 Sommaire Qu est-ce qu un FPGA et pourquoi sont-ils utiles? Applications courantes en FPGA Comment les programmer en LabVIEW? Les produits FPGA chez National Instruments Pour en savoir plus

32 Module LabVIEW FPGA FPGA Le code LabVIEW est traduit en circuit électronique implémenté dans le FPGA Représentation naturelle de la logique FPGA

33 Principe de fonctionnement VI VHDL Compilation Optimisation LabVIEW FPGA Xilinx Synthèse Optimisation BitStream

34 Principe de fonctionnement VI VHDL Compilation Optimisation LabVIEW FPGA Xilinx Synthèse Optimisation BitStream

35 Principe de fonctionnement VI VHDL Compilation Optimisation LabVIEW FPGA Xilinx Synthèse Optimisation BitStream

36 Abstraction du code HDL : LabVIEW FPGA Compteur E/S analogiques E/S avec DMA LabVIEW FPGA VHDL

37 Abstraction du code HDL : LabVIEW FPGA Compteur E/S analogiques E/S avec DMA LabVIEW FPGA VHDL

38 Abstraction du code HDL : LabVIEW FPGA Compteur E/S analogiques E/S avec DMA LabVIEW FPGA VHDL ~ lignes

39 Parallélisme - Performances LabVIEW Real-Time PID logiciel à 40 khz dépendant du nombre de PID sur les processeurs LabVIEW FPGA PID matériel à plus de 200 khz quel que soit le nombre de PID

40 Blocs d IP dans LabVIEW FPGA Filtres et analyse de signaux Systèmes non linéaires Manipulation de données Mathématiques haute vitesse Génération de signaux Systèmes linéaires

41 Site Web IPNet pour LabVIEW FPGA ni.com/ipnet Maths Traitement de signaux Manipulation et transfert de données Communications et RF Protocoles numériques Acquisition de données Génération de signaux Contrôle Plus de 200 IP sous forme d exemples Simulation de capteurs

42 En résumé : LabVIEW FPGA Nouvel utilisateur LabVIEW Plus facile et intuitif que d apprendre le VHDL ou Verilog Haut niveau d abstraction Utilisateur LabVIEW expérimenté Mêmes principes généraux de programmation Mêmes outils de débogage Résultats immédiats

43 Sommaire Qu est-ce qu un FPGA et pourquoi sont-ils utiles? Applications courantes en FPGA Comment les programmer en LabVIEW? Les produits FPGA chez National Instruments Pour en savoir plus

44 La famille de produits RIO FPGA Utilisez LabVIEW pour définir des circuits matériels personnalisés avec des matériels sur étagère

45 Cibles matérielles NI LabVIEW FPGA NI RIO multifonctions Série R E/S génériques pour la mesure et la commande NI CompactRIO Contrôle/Commande industriel et surveillance NI Single- Board RIO Systèmes embarqués NI FlexRIO Test en production et validation de conception Autres Acquisition d images PCI Express NI Compact Vision System

46 Sommaire Qu est-ce qu un FPGA et pourquoi sont-ils utiles? Applications courantes en FPGA Comment les programmer en LabVIEW? Les produits FPGA chez National Instruments Aller plus loin

47 Aller plus loin ni.com/fpga ni.com/training Session de deux jours sur le Module LabVIEW FPGA

48 QUESTIONS?

49 Restez connecté(e) avant et après NIDays youtube.com/nifrance facebook.com/nifrance ni.com/rss/f twitter.com/nifrance ni.com/community

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