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 трансиверов со скоростью передачи данных до 25,78 Гбит/с, скоростью объединительной платы 12,5 Гбит/с, до 1150 тыс. 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 точности с множителями производительности 18x19 (до 11520), 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 приемопередатчиков нового 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 трансиверов со скоростью передачи данных до 25,78 Гбит/с, скоростью объединительной платы 12,5 Гбит/с, до 1150 тыс. 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 микросхемами 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.