Nyílt forrású, sokoldalú műszerplatform
Az RS Components (RS) bejelentette, hogy világszerte bevezeti a Red Pitaya névre keresztelt úttörő, egykártyás, nyílt forrású mérés- és vezérléstechnikai platformot, amellyel számos költséges laboratóriumi és terepi műszer töredék áron helyettesíthető.
Az Allied Electronics tervezte, az RS Components kizárólagosan forgalmazza a Red Pitaya-platformot
A gyártó
A Red Pitaya vállalat a jól ismert Instrumentation Technologies cégből jött létre, amely olyan nagy pontosságú, értékes teszt- és mérőműszerek tervezésével és gyártásával foglalkozik, amelyeket kifejezetten a részecskegyorsítókban lezajló folyamatok megfigyelésére használnak (például a CERN Nagy Hadronütköztetőjében, vagy az Egyesült Királyság-beli Diamond Light Source-nál). A projektet eredetileg a Kickstarter webes közösség hozta létre 50 000 dolláros célösszeggel. Végül 256 000 dollárt sikerült összegyűjteni, ami ráirányította a figyelmet a terv izgalmas és újszerű jellegére.
Az eszköz néhány tulajdonsága
A Red Pitaya egy forradalmian új teszt- és mérőműszer, amely egyedi, kompakt és költséghatékony ökoszisztémán alapul. Egy Xilinx 7010 Zynq-alapú hardverre épülő FPGA-platformot és Cortex A9 kétmagos processzort tartalmaz, és egy nyílt forráskódú, online alkalmazástárra támaszkodik, amelyben többek között hullámforma-generátor, PID-vezérlő, frekvencia-válaszidő monitor, oszcilloszkóp és spektrumanalizátor érhető el.
A GNU/Linux operációs rendszerre épülő Red Pitaya több különböző szinten, többféle szoftverinterfésszel, például HDL, C/C++ nyelven és parancsnyelveken programozható. A felhasználó a HTML-alapú webes interfészek segítségével okostelefonról, táblagépről vagy számítógépről is elérheti a Red Pitaya különféle funkcióit. Az eszköz alig nagyobb egy hitelkártyánál, tehát könnyen hordozható, és valóban „zsebméretű”.
A felhőalapú Bazaar „piactéren”, amely egy nyílt, közösségi szoftvertár, sokféle tesztelésre és mérésre szolgáló nyílt forráskódú alkalmazás található. A Backyard szoftvertárban emellett olyan nyílt forráskódú szoftverfejlesztő eszközöket találhat, amelyek megkönnyítik a további fejlesztést, és a tervezői közösség többi tagjával való együttműködésre ösztönöznek. A fejlesztői közösség még csak a szárnyait próbálgatja, ám a hozzáadott alkalmazások száma folyamatosan nő, amelyek között megtalálhatók a hivatalos alkalmazások testreszabott változatai, továbbá adott célra létrehozott alkalmazások (pl. áramlásmérő) is.
A Zynq 7000-sorozatot úgy alkották meg, hogy egyesítse a szoftverprogramozás és a programozható hardver (FPGA platform) legjobb tulajdonságait. Ha ehhez hozzávesszük a Zynq 7000-sorozat rendszercsip (SoC) jellegű felépítését, az eredmény egy olcsó, kis energiafogyasztású, gyors fejlesztői platform, amellyel az eszköz funkcióinak hatékonysága minden vonatkozásában rugalmasan optimalizálható. A legtöbbet például az adatnaplózó és adatgyűjtő alkalmazások profitálnak az FPGA-platformból, míg a processzor GNU/Linux környezetében jellemzően webes felületű kommunikációs és adatábrázoló alkalmazások hozhatók létre. A Red Pitaya-eszközben használt Xilinx Zynq 7010 SoC-modul specifikációit az 1. táblázat tartalmazza.
1. táblázat A Zynq 7010 rendszercsip specifikációja
Ahogy korábban is említettük, a kártya körülbelül akkora, mint egy hitelkártya. A legszembetűnőbb jellemzője a Xilinx Zynq középen elhelyezett hűtőbordája és a kártya perifériája körül található számos csatlakozó. A kártya egyik oldalán a tápcsatlakozáson kívül főként a kártya ARM-processzorához kapcsolódó csatlakozókat találunk:
-
egy micro USB-csatlakozó, amely 5 V, 2 A táplálást biztosít a kártyának,
-
egy micro USB az ARM-processzor konzoljának külső kivezetéséhez,
-
egy USB 2.0-szabványú csatlakozó külső eszközök – például WiFi dongle – csatlakoztatásához,
-
SD-kártyahely egy legfeljebb 32 GB tárhelyű micro SD-kártya részére,
-
egy RJ45 Ethernet Gigabit-csatlakozó.
A kártya másik oldalán négy SMA-csatlakozó található, amelyek a kártya két RF-bemenetéhez és két RF-kimenetéhez tartoznak. Ezek analóg be- és kimenetek az alábbi tulajdonságokkal:
-
Két bemeneti RF-csatorna az alábbi tulajdonságokkal:
- Csatornák száma: 2,
- Sávszélesség: 50 MHz (3 dB),
- Mintavételi sebesség: 125 Mminta/s,
- ADC-felbontás: 14 bit,
- Bemeneti csatolás: DC,
- Bemeneti zajszint < ‑119 dBm/√Hz,
- Bemeneti impedancia: 1 MΩ//10 pF,
- Feszültség-méréshatár: 2 Vpp (46 Vpp kis erősítésű beállításnál),
- DC-ofszethiba <5 % a végkitérésre vonatkoztatva,
- Erősítéshiba < 3% (nagy erősítésű beállításnál),
<10% (kis erősítésű beállításnál),
- Maximális megengedett bemeneti feszültség: 30 V (1500 V ESD),
- Túlterhelés elleni védelem: védődiódák
(a maximális bemeneti feszültségnél kisebb feszültségekre)
- Bemeneti csatorna leválasztása (jellemző adatok)
65 dB (10 kHz), 50 dB (100 kHz), 55 dB (1 MHz), 55 dB (10 MHz),
52 dB (20 MHz), 48 dB (30 MHz), 44 dB (40 MHz), 40 dB (50 MHz),
- Harmonikusok (jellemző adatok):
<45 dBc (‑3 dBFS),
<60 dBc (‑20 dBFS),
- Hamis frekvenciaösszetevők: jellemzően <‑90 dBFS ,
- Csatlakozó típusa: SMA (U),
- Digitális kompenzációval beállított frekvenciaválasz.
• Két kimeneti RF-csatorna az alábbi tulajdonságokkal:
- Csatornák száma: 2,
- Sávszélesség: 50 MHz (3 dB),
- Mintavételi sebesség: 125 Mminta/s,
- DAC-felbontás: 14 bit,
- Kimeneti csatolás: DC,
- Terhelőimpedancia: 50 Ω (J),
- Maximális kimeneti jelváltozási sebesség: 200 V/μs,
- A csatlakozó típusa: SMA,
- DC-ofszethiba < 5% a végkitérésre vonatkoztatva,
- Erősítéshiba < 5%,
- Maximális kimenőteljesítmény > 9 dBm,
- Harmonikusok (jellemző adatok ‑8 dBm-nél):
‑51 dBc (1 MHz), ‑49 dBc (10 MHz),
‑48 dBc (20 MHz), ‑53 dBc (45 MHz).
Az Ethernet-csatlakozó mellett található egy ledsor. Néhány led a kártya üzemállapotát jelzi, a többiek funkcióját a felhasználó határozhatja meg és kezelheti az alkalmazásprogram segítségével. A 2. táblázat a ledek és az FPGA-csatlakozópontok közötti kapcsolatokat mutatja be. A kártya hosszú oldalain két D-sub-csatlakozó található. Az összes érintkező magas logikai szintje 3,3 V. A 3. táblázat az érintkezők leírását és az FPGA platform érintkezőihez való kapcsolódásukat tartalmazza.A kártya másik oldalán látható E2-csatlakozó a soros kommunikációs buszok, az I2C és az SPI érintkezőinek jeleit közvetíti. Itt található még négy AD-konverter bemenet és négy DA-konverter kimenet, az analóg RF-bemenetekhez tartozó két külső órajel, valamint a tápellátáshoz tartozó 3,3 V, 5 V és GND. Az analóg bemeneti csatornák tulajdonságai a következők:
-
Csatornák száma: 4,
-
Névleges mintavételi sebesség: 100k minta/s,
-
ADC-felbontás: 12 bit,
-
Csatlakozó: az E2 IDC csatlakozójának 13., 14., 15. és 16. érintkezői,
-
Bemeneti feszültségtartomány: 0…+3,5 V,
-
Bemeneti csatolás: DC.
Az analóg kimeneti csatornák tulajdonságai a következők:
-
A csatornák száma: 4,
-
A kimenet típusa: aluláteresztő PWM-szűrő,
-
PWM-időfelbontás: 4 ns (1/250 MHz),
-
Csatlakozó: az E2 IDC-csatlakozó 17., 18., 19. és 20. érintkezői,
-
Kimeneti feszültségtartomány: 0…+1,8 V,
-
Kimeneti csatolás: DC.
2. táblázat A ledsor funkcionális leírása
3. táblázat A digitális I/O-csatlakozók kiosztása
A 4. táblázat az E2-csatlakozó érintkezőit és az FPGA-platform érintkezőihez való kapcsolódásukat mutatja be.
Az SD-kártyafoglalat mellett található két SATA-csatlakozón négy digitális jelpárhoz férhetünk hozzá, amelyek sodrott érpárú összeköttetésen keresztül legfeljebb 500 Mbit/s sebességű szinkronizálást és adatátvitelt tesznek lehetővé.
4. táblázat Az analóg csatlakozópontok leírása
A Red Pitaya kezelése
A kártya csatlakoztatása nagyon egyszerű: a funkciók egy webböngészőn át is elérhetők. Ezenkívül más módokon is kapcsolódhat a Red Pitaya-platformhoz: weben, távoli terminálon vagy soros kezelőpulton keresztül. Az otthoni internetes hálózati módban az alábbi lehetőségek közül választhat az Ethernet-kábeles csatlakozáson kívül:
-
Mobil eszközök – például okostelefonok és táblagépek – csatlakoztatása a kártyához,
-
Statikus IP-cím hozzárendelése a kártyához,
-
A kártya csatlakoztatása az otthoni hálózathoz, WiFi-módban.
A mobil eszközökről rendkívül egyszerűen csatlakozhat a kártyához egy böngészőn keresztül. Csak csatlakoztassa és társítsa az eszközt az otthoni hálózat hozzáférési pontjához, utána kövesse a normál bekapcsolási folyamatot. Ha már tudja a kártya IP-címét, közvetlenül is beírhatja a böngészője címsorába.
Két vélemény
„A Red Pitaya érkezése nagy izgalmat váltott ki a teszteléssel és méréssel foglalkozó mérnökök körében” – nyilatkozta Philip Dock, az RS Components termék- és szállításmenedzsmentjéért felelős nemzetközi vezetője. – „Egyetlen másik méréstechnikai termék sem nyújt olyan funkcionalitást és rugalmasságot ilyen kedvező áron, amely még a legkisebb költségvetésbe is belefér.”
„A Red Pitaya-projekt indulásakor olyan terméket szerettünk volna létrehozni, amely korábban csak az ipar és a korszerű kutatólaboratóriumok számára volt elérhető. Nagy örömmel töltött el bennünket felhasználóink lelkesedése és kreatív ötleteik sokasága. Ez a Red Pitaya valódi ereje” – mondta Borut Baričevič, a Red Pitaya cég társalapítója és termékmenedzsere.
A Red Pitaya az RS Components webhelyéről, a www.rs-online.com/redpitaya címen rendelhető meg.
RS Components Magyarország
Tel.: +36 1 580 2262
Fax: +36 1 580 2264
E-mail:
hu.rs-online.com
Még több RS Components
Címkék: Red Pitaya