So lassen sich extrem lange und schwache Signale präzise analysieren

| Redakteur: Hendrik Härter

Lange und schwache Signale lassen sich mit einer Kombination aus Digitizer und CUDA-Grafikkarte analysieren.
Lange und schwache Signale lassen sich mit einer Kombination aus Digitizer und CUDA-Grafikkarte analysieren. (Bild: Spectrum)

Digitale Oszilloskope, schnelle Digitizer oder Digitizer mit FPGA können nur schwer oder gar nicht lange und schwache Signale analysieren. Ein neues Verfahren kombiniert Digitizer und CUDA-Grafikkarte.

Im zufälligen Rauchen können sich wichtige Details eines Signals verbergen. Mithilfe der Signalmittelung lassen sich solche Details aufspüren. Mit SCAPP = Spectrums CUDA Access for Parallel Processing und den Digitizer-Karten von Spectrum lässt sich die parallele Struktur einer CUDA-Grafikkarte nutzen, um Daten zu bearbeiten. Die Daten werden über RDMA (Remote Direct Memory Access) direkt an die GPU gesendet und Zeit- und Frequenzbereich gemittelt. Einschränkungen wie bei anderen Ansätzen werden vermieden.

Bisher hatten Ingenieure und Wissenschaftler, die Signale mitteln wollten, drei grundlegende Möglichkeiten: Sie konnten mit einem digitalen Oszilloskop das Signal mitteln. Eine weitere Möglichkeit ist eine Digitizerkarte, wobei die digitalisierten Daten an einen PC gesendet werden und der Host-Prozessor die Berechnungen durchführt. Als dritte Möglichkeit konnte ein spezieller Digitizer erworben werden, der mit FPGA-Technik die Signalmittelung selbst übernimmt. Jedoch haben alle drei Techniken gravierende Einschränkungen, wenn lange Signale gemittelt werden sollen.

Jetzt bietet Spectrum Instrumentation ein Averaging-Paket, um schwache Signale zu analysieren. Dazu gehören Anwendungen wie Massenspektrometrie, LIDAR, Radioastronomie, Automation, Radar, Biomedizin oder Sonar. Das Paket funktioniert mit den schnellen PCIe-Digitizerkarten der M4i-Serie sowie der M2p-Serie in der mittleren Leistungsklasse. Die M4i-Serie tastet Signale mit bis zu 5 GS/s bei einer Auflösung von 8 Bit, 500 MS/s 14 Bit oder 250 MS/s mit 16 Bit ab. Die M2p-Karten bieten Abtastraten von 20 MS/s bis 125 MS/s, alle mit 16 Bit und bis zu acht Kanälen pro Karte. Somit können Benutzer ein Leistungsniveau auswählen, das ihren speziellen Anforderungen an die Signalerfassung am besten entspricht. Da die Daten unter Verwendung der RDMA-Übertragung, ohne Eingreifen des Host-Prozessors, direkt zur GPU-Karte übertragen werden, kann der Anwender Signale fast beliebiger Länge mitteln.

Datentransfer vom Digitizer zur GPU

Das Paket zur Mittelwertbildung ist Teil des SCAPP-Treiberpakets und enthält die Erweiterung für die RDMA-Übertragung, um den direkten Datentransfer vom Digitizer zur GPU zu ermöglichen. Enthalten sind außerdem eine Reihe von Beispielen für die Interaktion mit dem Digitizer sowie Beispiele für die CUDA-Parallelverarbeitung mit den grundlegenden Mittelungsfunktionen. Die Beispiele enthalten Block-Mittelung zusammen mit Rauschunterdrückungsmethoden sowie lückenlose Mittelung von Signalen im Frequenzbereich.

Der Einsatz der mitgelieferten, getesteten und optimierten Beispiele führt zu sofortigen Ergebnissen. Die gesamte Software basiert auf C/C++ und lässt sich mit normalen Programmierkenntnissen erweitern. Anwender können eigene spezifische Algorithmen für die Mittelwertbildung einbinden. Das SCAPP-Paket ermöglicht für PCs mit LINUX-Betriebssystem die RDMA-Übertragung direkt an die GPU oder für PCs mit Windows-basiertem Betriebssystem eine Übertragung mit dem Umweg über die CPU.

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