Приложения для тестирования и измерения

Оборудование для тестирования и мониторинга коммуникационных систем включает разнообразную продукцию на рынках проводной, беспроводной и оптоволоконной связи и телекоммуникаций. К этой категории относятся анализаторы сетей и протоколов, анализаторы спектра частот, инструменты тестирования доли битовых ошибок (BERT), средства тестирования IP-телефонии (VoIP), средства тестирования SONET/SDH и многое другое.

Разработка продукции для тестирования коммуникационных систем сопряжена с решением трех сложных задач:

1. Необходимость поддерживать разнообразные стандарты, включая PCI Express* (PCIe 3-го и 4-го* поколений) и 10 Gigabit Ethernet (10GbE) раньше, чем это сделают производители оборудования
   
2. Постоянное давление в связи с необходимостью обновления продукции для соответствия новым стандартам, функционалу и возможностям
3. Необходимость сократить количество плат посредством интеграции высокой производительности
   

В результате этого проектировщикам нужны программируемые решения, обеспечивающие гибкость для обновления и продления срока службы оборудования для тестирования. Программируемость сочетает в себе требования бизнеса и требования к дизайну, что делает FPGA идеальным решением для подобных систем.

На рисунке ниже показано использование микросхем Intel® FPGA и функций интеллектуальной собственности (IP) Intel® FPGA в мультипортовом анализаторе сетей и протоколов. В типичной плате тестирования обычно содержится три основных функциональных блока: генератор, фреймер / контроль доступа к среде (MAC) и анализатор. Генератор генерирует схему тестирования, которая отправляется на фреймер для компоновки, а затем на тестируемое устройство (DUT). После возврата данных из DUT фреймер отправляет данные на анализатор для тестирования доли битовых ошибок (BER), гистограммы и других разнообразных тестовых процедур.

Основные переменные системной архитектуры

• Количество портов на линейную карту
• Мощность (общая рассеиваемая мощность на плату: максимум 50–60 Вт)
• Несколько портов с разными сетевыми протоколами (Ethernet, GbE, оптические и т. д.)
• Разбивка на программные/аппаратные разделы (уровни 1 – 7)

Мультипортовый анализатор сети / протоколов

Решения

Функциональная архитектура Intel® Stratix 10 обеспечивает отличное решение для производства оборудования тестирования коммуникационных систем. Эти семейства программируемых устройств дают проектировщикам систем преимущества гибкости, производительности, интеграции и ресурсов для дизайна, которые недоступны в других решениях. Эти устройства в сочетании с широким ассортиментом IP-ядер Intel дают проектировщикам доступ к ведущим отраслевым решениям для разработки оборудования для тестирования коммуникационных систем.

Микросхемы FPGA серии Intel® Stratix® 10 используют высокопроизводительную архитектуру, которая ускоряет блочные конструкции для достижения максимальной производительности системы. Устройства Intel® Stratix®-10 содержат до 2,75 млн эквивалентных логических элементов (ЛЭ), до 229 МБ встроенной памяти, высокопроизводительные блоки обработки цифровых сигналов (DSP) переменной точности с множителями производительности 18x19 (до 11520) и гибкие системы ввода-вывода, поддерживающие большинство популярных стандартов интерфейсов. Семейства SX, GX, TX, MX имеют широкий ассортимент функций и опций производительности для оптимизации лучших решений под требования следующего поколения. В семействе Stratix-10MX имеется от 3,25 ГБ до 16 ГБ высокопроизводительной памяти (HBM), которая обеспечит пропускную способность 512 ГБ/с при значительном снижении размера решения и повышении надежности за счет передового уровня интеграции. Устройства Stratix-10SX содержат встроенные 64-разрядные процессоры ARM Cortex-A53 APU и полностью поддерживают программное обеспечение и средства ускорения разработки ПО (GPOS и RTOS).

В серию Intel® Stratix®-10 также входят производственные устройства с приемопередатчиками, поддерживающими скорость передачи данных до 58 Гбит/с с возможностью бесшовного переключения между PAM4 и NRZ, а также до 144 полнодуплексных каналов приемопередатчика с уровнем точности, необходимым для различных последовательных протоколов, в том числе PCIe 1.1, 2.0, 3.0. (Напишите или позвоните, чтобы узнать о новейших решениях в области периферийных интерфейсов, включая PCI Express* x16 4-го поколения.) Использование интегрированных трансиверов в некоторых устройствах этого семейства дает эффективное решение с точки зрения расходов и места на плате для тестирования коммуникаций. В устройствах Intel® Stratix®-10 используются встраиваемая память и ресурсы LE, необходимые для функций обработки данных ввода-вывода, в том числе для фрейминга, BER-тестирования и синхронизации тактовых сигналов. В число устройств Stratix 10 также входят 100-гигабитный контроллер Ethernet MAC и разнообразные решения FEC.

Микросхемы FPGA серии Intel® Arria-10® содержат уникальные инновации, в том числе встроенный двухъядерный процессор ARM* Cortex*-A9 MPCore*. Эта жесткая процессорная система содержит богатый набор усиленных периферийных устройств и высокопроизводительную безопасную подсистему. В устройствах семейства Arria-10 содержится до 78 полнодуплексных приемопередатчиков со скоростью передачи данных до 25,78 Гбит/с, скоростью объединительной платы 12,5 Гбит/с, до 1,15 млн эквивалентных логических элементов (LE), мощными интерфейсами памяти и оптимизированной архитектурой ядра, которая сочетает модули адаптивной логики с новым дизайном (ALM), блоки DSP переменной точности, распределенные блоки памяти и дробные замкнутые циклы фазы синтеза (PLL).

Недорогие устройства Intel® Cyclone FPGA отлично подходят для областей, где требуется свести к минимум стоимость порта. Устройство Cyclone можно использовать с ядрами Intel IP, включая ядро контроллера 10/100 Ethernet MAC, для сокращения времени проектирования. Встраиваемый процессор Nios® II можно использовать для реализации в системе некоторых функций контроля. Интеграция различных дискретных устройств в одно устройство Intel® Cyclone позволяет снизить количество компонентов на плате, а также сократить стоимость и время проектирования. Устройства Cyclone имеют высокоэффективную архитектуру устройств и соответствуют требованиям продукции для тестирования коммуникационных систем к соотношению цены и производительности. Недорогие устройства Cyclone в сочетании с ядрами Intel IP могут помочь сократить циклы разработки, ускорить время вывода продукции на рынок и добиться существенной экономии.

Intel MAX10 также идеально подходит для трансляции системной шины и комплексного управления системой источника питания, включая прошедшие предварительную проверку решения семейства Intel Enpirion®, предназначенные для высокоэффективного управления питанием в точках нагрузки, и данное решение разработано и проверено конкретно для всех устройств Intel PSG FPGA.

Корпорация Intel предлагает разнообразные ядра IP, которые можно использовать в оборудовании для тестирования. Высокоскоростные интерфейсы связи между чипами, такие как SFI, SPI3, SPI4.x, SGMII и XAUI, и такие интерфейсы памяти как DDR3 и RLDRAM III можно загрузить с сайта Intel FPGA IP Portfolio.

Тестер 400GE с 8 приемопередатчиками на 56 Гбит/с

Тестеры коммуникационных систем, в том числе системы тестирования проводной и беспроводной связи, охватывают широкий спектр решений, ориентированных на конкретные стандарты, для которых требуется передовой уровень производительности, например системы тестирования 400G/800G Ethernet или беспроводной связи 5G.

Устройства серии Stratix-10 построены на базе отмеченной наградами архитектуры Stratix. В их число входит встраиваемая память и ресурсы LE, необходимые для функций обработки ввода-вывода, таких как синхронизация сигналов и анализ синхронности. В устройствах серии Intel® Stratix® интегрировано до 60 приемопередатчиков 58 Гбит/с (или до 120 приемопередатчиков NRZ), а также дополнительно 24 приемопередатчика 28,3 Гбит/с и 17,4 Гбит/с с уровнем целостности сигнала, соответствующим требованиям таких последовательных протоколов, как PCIe 3-го поколения. Также в устройствах Stratix-10 используются 100-гигабитные контроллеры Ethernet MAC и разнообразные решения FEC для стандарта Gigabit Ethernet. (Напишите или позвоните нам, чтобы получить информацию о новейших решениях для интерфейсов периферийных устройств, таких как PCI Express* x16 4-го поколения, и плане выпуска решений Intel® PSG для гигабитных трансиверов следующего поколения, передовых решениях FEC и решениях DSP с высокой производительностью в терафлопсах).

Полупроводниковое оборудование для автоматического тестирования (ATE) включает разнообразные инструменты или карты для тестирования памяти, цифровых компонентов ,систем смешанных сигналов и систем на микросхеме (SoC) на уровне подложки и упаковки в корпус. Эти системы тестирования основаны на спросе на потребительском рынке, рынке вычислений и рынке коммуникаций и продолжают постоянно эволюционировать. Современные продукты ATE должны обеспечивать больше функций при более высокой скорости, чем когда-либо ранее, чтобы соответствовать темпам инноваций в полупроводниковой индустрии.

Программируемая логика играет важную роль для разработки продукции ATE, обеспечивая гибкость и масштабируемость. Функции обеспечения точной синхронизации, контроля памяти, анализа обработки цифровых сигналов (DSP), высокой скорости ввода-вывода и соответствия уровню помех обслуживаются программируемой логикой. На рисунке ниже показана типичная плата приборов в системе ATE. С увеличением сложности продукции ATE все больше интеллектуальной собственности (IP) интегрируется в программируемую логику.

Корпорация Intel предлагает широкий выбор ядер IP, которые можно использовать в продукции ATE. Интерфейсы памяти DDR3, DDR4 и RLDRAM III или высокоскоростные интерфейсы шины, включая PCI Express* (PCIe 3-го поколения), SFI и SerialLite (компактный протокол данных точка-точка с высокой пропускной способностью), можно загрузить с сайта Intel FPGA IP Portfolio. (Напишите или позвоните, чтобы узнать о новейших решениях в области периферийных интерфейсов, включая PCI Express* x16 4-го поколения.)

Типичная станция тестирования ATE

Решения

Функциональная архитектура устройств Stratix-10®, Arria-10® и Cyclone® обеспечивает отличные решения для ATE. Эти семейства устройств дают проектировщикам систем преимущества гибкости, производительности, интеграции и ресурсов для дизайна, которые недоступны в других решениях. Эти полупроводниковые устройства в сочетании с обширным ассортиментом ядер IP корпорации Intel дают проектировщикам ведущие отраслевые решения для разработки платформ ATE следующего поколения.

Микросхемы FPGA серии Stratix-10 имеют 2,75 млн эквивалентных логических элементов (LE), до 229 МБ встроенной памяти, высокую производительность, высокопроизводительные блоки обработки цифровых сигналов (DSP) переменной точностью с множителем производительности до 11,520 18x19, а также гибкие функции ввода-вывода для большинства популярных стандартов интерфейсов. Семейства SX, GX, TX, MX имеют широкий ассортимент функций и опций производительности для оптимизации лучших решений под требования следующего поколения. В семействе Stratix-10MX имеется от 3,25 ГБ до 16 ГБ высокопроизводительной памяти (HBM), которая обеспечит пропускную способность 512 ГБ/с при значительном снижении размера решения и повышении надежности за счет передового уровня интеграции. Устройства Stratix-10SX содержат встроенные 64-разрядные процессоры ARM Cortex-A53 APU и полностью поддерживают программное обеспечение и средства ускорения разработки ПО (GPOS и RTOS).

Устройства серии Stratix-10 построены на базе отмеченной наградами архитектуры Stratix. В их число входит встраиваемая память и ресурсы LE, необходимые для функций обработки ввода-вывода, таких как синхронизация сигналов и анализ синхронности. В устройствах серии Intel® Stratix® интегрированы до 60 трансиверов 58 Гбит/с (или до 120 трансиверов NRZ), а также дополнительно 24 трансивера 28,3 Гбит/с и 17,4 Гбит/с с уровнем целостности сигнала, соответствующим требованиям таких последовательных протоколов как PCIe 3-го поколения. (Напишите или позвоните нам, чтобы получить информацию о новейших решениях для интерфейсов периферийных устройств, таких как PCI Express* x16 4-го поколения, и плане выпуска решений Intel® PSG для гигабитных трансиверов следующего поколения, передовых решениях FEC и решениях DSP с высокой производительностью в терафлопсах). В число устройств Stratix 10 также входят 100-гигабитный контроллер Ethernet MAC и разнообразные решения FEC.

Микросхемы FPGA серии Intel® Arria-10® содержат уникальные инновации, в том числе встроенный двухъядерный процессор ARM* Cortex*-A9 MPCore*. Эта жесткая процессорная система содержит богатый набор усиленных периферийных устройств и высокопроизводительную безопасную подсистему. В устройствах семейства Arria-10 содержится до 78 полнодуплексных приемопередатчиков со скоростью передачи данных до 25,78 Гбит/с, скоростью объединительной платы 12,5 Гбит/с, до 1,15 млн эквивалентных логических элементов (LE), мощными интерфейсами памяти и оптимизированной архитектурой ядра, которая сочетает модули адаптивной логики с новым дизайном (ALM), блоки DSP переменной точности, распределенные блоки памяти и дробные замкнутые циклы фазы синтеза (PLL).

Корпорация Intel предлагает разнообразные ядра IP, которые можно использовать в оборудовании для тестирования. Интерфейсы связи между чипами и интерфейсы памяти, такие как DDR3, DDR4 и RLDRAM III, можно загрузить с сайта Intel FPGA IP Portfolio.

В областях, где требуется более низкая цена на контакт, серия недорогих устройств высокой плотности Intel® Cyclone® FPGA подойдет максимально точно. Устройства Cyclone можно использовать в сочетании с ядрами Intel IP, такими как встраиваемый процессор Nios® II, для реализации функций управления, которые существенно сокращают время проектирования. Эта встроенная функция IP позволяет сократить цикл разработки, сократить расходы и ускорить время выхода на рынок. Интеграция различных периферийных устройств в одно устройство серии Intel® Cyclone® позволяет сократить количество встроенных дискретных компонентов, сократить затраты времени и средств на проектирование и добиться существенной экономии. Благодаря высокоэффективной архитектуре устройства серии Intel® Cyclone® соответствуют требованиям продукции ATE к производительности и интеграции.

Приборы для тестирования и измерения

Для тестирования общего назначения используются такие приборы как осциллоскопы, логические анализаторы, генераторы сигналов, оборудование для тестирования видео, оборудование для автоматического тестирования и многие другие. Данная продукция используется в разных сферах и разных условиях, от лабораторий до производства.

Программируемая логика продолжает играть важную роль для разработки приборов для тестирования общего назначения. Гибкость и масштабируемость FPGA помогают ускорить время выпуска продукции на рынок и сократить риски. В сочетании с быстрым развитием возможностей интеграции это сделало программируемую логику основой работы команд разработчиков программного и аппаратного обеспечения.

По мере роста требований к производительности и плотности контуров в дополнение к программируемой логике появляются многочисленные новые структуры контуров. В отрасли стали широко использоваться новые шины, в том числе для высокоскоростной передачи последовательных данных, а также интегрированные системы (SoC) и программируемые интегрированные системы (SOPC). Теперь проектировщикам приходится иметь дело с очень сложными проектами и структурами контуров, что усложняет отладку внутри контуров и делает ее еще более важной.

Типичное использование FPGA в портативных осциллоскопах

Типичное использование FPGA в оборудовании для тестирования видео

Решения

Функциональная архитектура семейств устройств Stratix-10®, Arria-10® и Cyclone® отлично подходит для приборов для тестирования общего назначения. Эти семейства устройств дают проектировщикам систем преимущества гибкости, производительности, интеграции и ресурсов для дизайна, которые недоступны в других решениях. Эти полупроводниковые продукты в сочетании с обширным ассортиментом IP-ядер корпорации Intel дают проектировщикам ведущие решения для разработки платформ ATE следующего поколения и платформ тестирования видео с высокой пропускной способностью.

Микросхемы FPGA серии Stratix-10 имеют 2,75 млн эквивалентных логических элементов (LE), до 229 МБ встроенной памяти, высокую производительность, высокопроизводительные блоки обработки цифровых сигналов (DSP) переменной точностью с множителем производительности до 11,520 18x19, а также гибкие функции ввода-вывода для большинства популярных стандартов интерфейсов. Семейства SX, GX, TX, MX имеют широкий ассортимент функций и опций производительности для оптимизации лучших решений под требования следующего поколения. В семействе Stratix-10MX имеется от 3,25 ГБ до 16 ГБ высокопроизводительной памяти (HBM), которая обеспечит пропускную способность 512 ГБ/с при значительном снижении размера решения и повышении надежности за счет передового уровня интеграции. Устройства Stratix-10SX содержат встроенные 64-разрядные процессоры ARM Cortex-A53 APU и полностью поддерживают программное обеспечение и средства ускорения разработки ПО (GPOS и RTOS).

Устройства серии Stratix-10 построены на базе отмеченной наградами архитектуры Stratix. В их число входит встраиваемая память и ресурсы LE, необходимые для функций обработки ввода-вывода, таких как синхронизация сигналов и анализ синхронности. В устройствах серии Intel® Stratix® интегрированы до 60 трансиверов 58 Гбит/с (или до 120 трансиверов NRZ), а также дополнительно 24 трансивера 28,3 Гбит/с и 17,4 Гбит/с с уровнем целостности сигнала, соответствующим требованиям таких последовательных протоколов как PCIe 3-го поколения. (Напишите или позвоните нам, чтобы получить информацию о новейших решениях для интерфейсов периферийных устройств, таких как PCI Express* x16 4-го поколения, и плане выпуска решений Intel® PSG для гигабитных трансиверов следующего поколения, передовых решениях FEC и решениях DSP с высокой производительностью в терафлопсах). В число устройств Stratix 10 также входят 100-гигабитный контроллер Ethernet MAC и разнообразные решения FEC.

Микросхемы FPGA серии Intel® Arria-10® содержат уникальные инновации, в том числе встроенный двухъядерный процессор ARM* Cortex*-A9 MPCore*. Эта жесткая процессорная система содержит богатый набор усиленных периферийных устройств и высокопроизводительную безопасную подсистему. В устройствах семейства Arria-10 содержится до 78 полнодуплексных приемопередатчиков со скоростью передачи данных до 25,78 Гбит/с, скоростью объединительной платы 12,5 Гбит/с, до 1,15 млн эквивалентных логических элементов (LE), мощными интерфейсами памяти и оптимизированной архитектурой ядра, которая сочетает модули адаптивной логики с новым дизайном (ALM), блоки DSP переменной точности, распределенные блоки памяти и дробные замкнутые циклы фазы синтеза (PLL).

Корпорация Intel предлагает разнообразные ядра IP, которые можно использовать в оборудовании для тестирования. Интерфейсы связи между чипами и интерфейсы памяти, такие как DDR3, DDR4 и RLDRAM III, можно загрузить с сайта Intel FPGA IP Portfolio.

В областях, где требуется более низкая цена на контакт, серия недорогих устройств высокой плотности Intel® Cyclone® FPGA подойдет максимально точно. Устройства Cyclone можно использовать в сочетании с ядрами Intel IP, такими как встраиваемый процессор Nios® II, для реализации функций управления, которые существенно сокращают время проектирования. Эта встроенная функция IP позволяет сократить цикл разработки, сократить расходы и ускорить время выхода на рынок. Интеграция различных периферийных устройств в одно устройство серии Intel® Cyclone® позволяет сократить количество встроенных дискретных компонентов, сократить затраты времени и средств на проектирование и добиться существенной экономии. Благодаря высокоэффективной архитектуре устройства серии Intel® Cyclone® соответствуют требованиям продукции ATE к производительности и интеграции.

Корпорация Intel предлагает разнообразные ядра IP, которые можно использовать в оборудовании для тестирования. Интерфейсы связи между чипами, такие как SFI, SPI3, SPI4.x, SGMII и XAUI, и такие интерфейсы памяти как DDR3 и RLDRAM III можно загрузить с сайта Intel.

Модульные системы тестирования

Проектировщики оборудования для измерений и тестирования общего назначения, такого как осциллоскопы и логические анализаторы, традиционно использовали аппаратное обеспечение, основанное на индивидуальных проектах. В связи с растущей необходимостью сокращения расходов и повышения гибкости модульные инструменты на базе PXI (расширения PCI для приборов) становятся все более популярными. Эти системы делятся аппаратными ресурсами (шасси, источник питания, процессор) и используют определяемое пользователем программное обеспечение для индивидуальных измерений и поддержки новых стандартов.

Для реализации конкретных требований вы теперь сможете:

• Легко внедрять модульные функциональные платы на базе PCIe, используя Intel FPGA IP для PCI Express.
• Интегрировать разные каналы сериализации/десериализации (SERDES) пропускной способностью до 12,5 Гбит/с с микросхемами FPGA серии Stratix®
• Быстро создавайте специализированные функции и интерфейсы, используя микросхемы FPGA серий Intel® Stratix® и Intel® Arria® и программное обеспечение для проектирования Intel® Quartus® Prime

Модульные системы

Портативный

Портативные карманные устройства можно использовать для реализации оборудования для полевого тестирования, такого как мультиметры, ручные измерители и устройства диагностики автомобилей.

Эти портативные устройства реализованы на основе множества отдельных компонентов и центрального процессора. Однако для реализации этих индивидуальных аппаратных платформ требуется много времени и ресурсов, что приводит к следующим последствиям:

• Лишние затраты усилий на разработку стандартных блоков вместо специализированных блоков для определенных областей применения
• Риск устаревания разнообразных компонентов ASSP и ЦП
• Риски интеграции, высокая стоимость и негибкость специализированных интегральных микросхем (ASIC)

С новейшими инструментами разработки Intel® Quartus® Prime, конструктором DSP Builder для микросхем Intel® FPGA, встраиваемым процессором Nios® II и программируемыми аппаратными функциями FGPA серий Intel® Cyclone®, Intel® Arria® и Intel® Stratix® вы сможете:

• Интегрировать разные устройства ASSP и ЦП в одну микросхему FPGA, не зависящую от области применения
• Реализовывать независимые функции на основе нескольких процессоров Nios II в одной микросхеме FPGA
• Сочетать логику сопроцессора с процессором Nios II для существенного повышения производительности функций
• Легко интегрировать все специфические и стандартные функции интеллектуальной собственности (IP) с конструктором SOPC

Дополнительные преимущества продуктивности:

• Повторное использование предыдущих разработок IP
• Использование дополнительных микросхем Intel® FPGA и партнерских блоков IP
• Разделение аналоговых контуров ввода/вывода и сенсорных контуров для конкретных областей применения на модульные дочерние платы

На рисунке ниже показано, как FPGA серии Intel® Cyclone®, Intel® Arria® или Intel® Stratix® позволяют создать программируемую интегрированную систему (SOPC) с использованием одного или нескольких процессоров Nios II, включая специализированную логику. В дополнение к этому в портативное устройство можно добавить пользовательский интерфейс, аналоговые функции для конкретного приложения и сетевой интерфейс.

Портативные устройства для тестирования

В портативных устройствах для тестирования можно с пользой использовать широко известный в отрасли встраиваемый 32-разрядный процессор NIOSII FPGA. Микросхемы Cyclone FPGA обеспечивают необходимый уровень интеграции для минимизации площади плат ручных систем и обеспечения ведущего в отрасли уровня энергоэффективности. Микросхемы Arria-10 предназначены для верхней части сегмента портативных устройств, где время автономной работы остается важным, но при этом требуется более высокий уровень производительности. С Arria-10 пользователь может использовать два процессора ARM Cortex-A9 APU и встраиваемую подсистему семейства SX для работы с широким ассортиментом операционных систем RTOS/GPOS с графическим интерфейсом, включая современные версии ядра Linux. Эти микросхемы FPGA поддерживают интеграцию таких компонентов как процессоры (NIOSII или Dual ARM Cortex-A9), контроллеры памяти LPDDR, энергоэффективные блоки DSP, различные типы периферийных интерфейсов, драйверы дисплея, различные системы ввода-вывода LVDS и дополнительные функции PCIe. Сбор данных и функции основной платы можно интегрировать, что позволит устранить решения на основе разных плат и оптимизировать массу и размеры портативных устройств тестирования.