FPGA行业应用二：通用仪器行业

通用仪器指的是电子测试技术中涉及的仪器仪表，如：万用表，示波器，信号发生器，波形发生器，频谱分析仪，功率计，电源，等…… 用于测量，测试，控制，监测。

【FPGA应用场景】

通用仪器产品对于FPGA芯片算是高度依赖，涉及数据采集，传输，信号处理，协议转换，信号生成模拟，数据显示等相关技术。

拿我了解的一家国内龙头示波器厂商为例，主要是示波器用得最多（一半以上），然后是任意波形发生吕，射频仪器（频谱仪，网络分析仪），射频源，还有一些像万用表一类的测量装置会用到FPGA。会用到各个档次的FPGA，从几K 到 几百K的FPGA容量都有涉及，

数据采集：
FPGA与AD/DA 配合使用，这个很好理解，将模拟信号转成数字信号后，就交给FPGA来处理，或转换或加工或显示，还有将数字信号转为模拟信号用于控制和输出。这个对于FPGA的在线处理能力要求很高，需要有高速，高带宽，高算力，当然，这和具体的设备要求有关。不同要求使用不同档次的FPGA。各个档次FPGA,，最小有用到几K规模，最大的是，跨度很大。

数据运算：
数据要显示成各种波形或者数值，或者针对不同的通讯协议的数据进行解析或者封包，需要有大量的运算，这里涉及到不同的算法。如果数据需要实时显示，这时处理速度和数据支持的带宽非常重要。大量使用到的资源，一般会是DSP，DSP的运算能力和仪器的要求有关，按照国内某家中低端示波器的厂商，认为他们 一般是 12 * 12，或者 12 * 16 即可，更高位的运算实际上对他们是一种浪费。而对于这种乘法器的使用量，他们反馈，多多益善，在使用X厂商的V5P，会有3500个左右的DSP。他们都可以完全用完。当然，还有可能用到RAM，一般使用 Block RAM。对于示波器，会提供大量的算法，一些用硬件来实现，一些使用FPGA的软核来实现。

数据缓存：
如果数据的处理并非实时，数据量又是巨大的，无法及时处理，这时往往需要有缓存，一般是使用DDR。在DDR写满后再慢慢的进行读处理。

IO封装：
对于I/O的封装，需要尽量多的I/O，保证并行的性能和可扩展性。

多片协同：
示波器是多通道的，所以存在多片FPGA配合协同使用场景（各自负责不同通道）。·

渲染/显示
有时也会使用FPGA来完成刷屏，一般使用BlockRAM作为显存。这些显示比较初级，小的逻辑就可以搞定。

配合处理器CPU（Soc）
有时会配合CPU来使用，但经常并不是使用SoC，而是通过PCIe和ARM CPU进行配合使用，操作系统使用linux，少量使用X86，主要使用ARM。实际上，通用仪器行业对于Soc的需求并不大，因为他们认为SoC会带来不灵活，被绑定，他们宁愿自已搭配处理器来完成，因为他们对于设备的体积没什么要求。

【客户产品】

换一个角度来看仪器行业，把客户产品分为两种类型，接收型设备（万用表、示波器、网络分析仪）和发射型设备（任意信号发生器、射频源）。

接收型设备：由采集卡（AD +FPGA）+ 公控板（处理器ARM或X86）组成系统，FPGA在采集卡上，负责处理AD的数字信号，进行数字信号处理工作卸载，将处理结果通过PCIe传输给工控板。发射型设备：射频源由发送卡(FPGA + DA) 完成。

总之，FPGA是在通用仪器应用是偏向数字信号处理。同一台设备中有可能用多片FPGA，比如高端的4通道示波器，会用2片FPGA，每片负责2个通道，再做一些互通、通道对齐的操作。

【板级框图】

以示波器为例：

【外围互联】（以某国内示波器厂商为例）

FPGA外围互联主要是和ADDA的JESD204B/C高速SerDes接口，以某国内厂商为例，目前最高是20Gbps x 12bit共计240Gbps的吞吐率。

和公控卡的CPU互联是PCIe Gen2x4，这个因为FPGA已经将数字信号处理卸载，和CPU通讯需要的带宽不高。另外因为AD数据量太大，无法做到实时处理，特别需要DDR外挂。最多的VU5P外挂了4组64位DDR4作为buffer。未来因为带宽需求更大，外围DDR已经没法满足需要，或者说对单板设计造成了过大的压力，已经在考虑用VU37P集成HBM的做产品。

【国内客户痛点】

AD高吞吐率和FPGA实时处理性能的矛盾，需要外挂DDR解决，所以需要的都是大封装器件。甚至会考虑HBM器件。

DSP资源几乎耗尽，目前鼎阳的AD分辨率都是12bit，因此乘法器只需要12x12 = 24bit。高宽度的DSP乘法器如不能拆分，使用起来很浪费。按照未来要求看，如果能将·27x27的乘法器拆分成2个比如12x16的乘法器，则会极大程度的改善DSP的资源紧张程度，成为FPGA器件核心竞争力。

对于这个行业理解不深，写得比较杂乱，后续有时间再深入。