NI矢量信号收发器的FPGA编程

1. 介绍

NI VST FPGA软件包含多层代码，提供了从底层控制到高层抽取的一切，拥有RF信号分析仪和RF信号发生器的功能。底层组件实现了具体硬件的标准功能，包括信号校准、前端控制，以及基于记录的采集和生成，被称为仪器设计库。这些库提供了互相匹配的主机和FPGA代码对，并且可以聚集以构建完整的硬件设计。LabVIEW项目样例包含了基于仪器设计库的相关主机和FPGA代码，提供了开发各种应用所需要的模板。另外，NI-RFSA和NI-RFSG仪器驱动还支持VST仪器驱动FPGA扩展，使VST FPGA源代码完美适合具体应用。

2. 仪器设计库

NI提供矢量信号收发器所用的多种仪器设计库。如上文所述，这些仪器设计库存在于用户和生产厂商的关于主机端和FPGA的代码中，，实现了仪器的常见功能。表2列出了一些顶层仪器设计库及其功能。

表1. NI VST所用顶层仪器设计库。

ni.com/vst/getting-started/zhs/所列软件安装了这些仪器设计库，在硬盘的c:\Program Files\National Instruments\LabVIEW [version]\instr.lb\位置。这些库具有颜色和谐的粗边框，与其他VI明显有别。

图1：仪器设计库具有颜色和谐的粗边框，此独特图标使其与其他VI相区别

另外，这些库在默认情况下处于锁定状态，用户在修改内容之前，需要先通过会话框将VI解锁。下文所述是使用这些仪器设计库的详细信息，适用于任何更改。

在给定仪器设计库的主机与FPGA之间交换数据可采用多种机制。所有采用LabVIEW RIO架构和LabVIEW FPGA的NI产品均使用NI-RIO驱动，此驱动提供了单点方式的、存储器映射、基于寄存器的主机至FPGA以及FPGA至主机通信，还有从主机至FPGA以及FPGA至主机的多点连续DMA FIFO。这些都是功能强大的数据交换机制，实现主机与FPGA之间的有效通信不需要了解或者只要些许了解底层总线架构。

仪器设计库的一个常见要求是：主机代码需要将大量的设置下载到设备中，例如要对与FPGA相连接的芯片寄存器进行编程，或者更新设置组，例如FPGA上的滤波器抽头。由于一些仪器设计库要求采用此策略，并且设备的DMA通道数目有限，所以这些库可能需要共享一个FIFO，从而需要在主机端和FPGA端增加额外的逻辑来实现。另外，对于大数据集来说，此类通信一般为单向，但是可能也需要提供从FPGA至主机的某种单点确认，例如确认所有设置均已成功应用等等。所有这些概念组成为一个单独概念，称为寄存器总线，并为一些仪器设计库所采用。

寄存器总线使用一个主机到FPGA端的DMA FIFO来下载设置，以及一些寄存器/NI-RIO控制器和指示器，用于握手，将单点数据返回主机，或者发出信号，确认已下载设置中的指令已经应用。

图2. 寄存器总线是基于NI-RIO DMA、控制器和指示器构建的轻质协议，实现了大量设置组至FPGA的高效下载，这是给定仪器设计库的主机与FPGA侧之间的常见要求。