Что такое PXI?

Обзор

PXI - это модульная платформа, предназначенная для создания многофункциональных и высокопроизводительных контрольно-измерительных систем. В основе PXI-платформы лежат стандартные компьютерные технологии: шина PCI/PCI Express, процессор и периферийные устройства. Архитектурно PXI состоит из шасси, в которое устанавливаются модульные приборы, контроллеры или интерфейсы для удаленного управления платформой. На сегодняшний день общее число выпускаемых модулей достигает порядка 1500 типов. А общее число компаний занимающихся разработкой и производством модульных приборов в формате PXI достигает 70.
4.png
Содержание

Введение
Развитие PXI
Области применения
Архитектура платформы
Модульные приборы
Программное обеспечение для систем PXI

Введение

Как можно предположить из расшифровки аббревиатуры PXI (PCI eXtensions for Instrumentation bus) - это стандартная компьютерная шина PCI, дополненная некоторыми важными особенностями для ее применения в автоматизированных измерительных системах. Также как PCI-интерфейс позволяет устанавливать необходимые платы в материнскую плату стандартного персонального компьютера, так и PXI-интерфейс позволяет разработчикам и специалистам в различных областях подключать контрольно-измерительные модули к специальной задней панели, наполняя измерительную систему требуемой функциональностью.

Шина PXI имеет лишь небольшие отличия от PCI-интерфейса, связанные с наличием встроенных линий синхронизации и запуска. Компания National Instruments, проведя анализ современных интерфейсов и протоколов связи, сделала выбор в пользу широко используемого PCI, а чуть позже и высокопроизводительного PCI Express, максимально упростив создание и настройку модульных автоматизированных контрольно-измерительных систем. Разработка нового стандарта привела к образованию альянса производителей PXI-приборов - PXISA (PXI System Alliance) который насчитывает на сегодняшний день более 70 компаний.

Основными предпосылками к появлению и дальнейшему развитию стандарта PXI стали растущие потребности в обеспечении высокой производительности, удобном и привычном программном окружении, а также уменьшении габаритных размеров многофункциональных и многоканальных автоматизированных контрольно-измерительных систем. С учетом того, что имеющиеся на тот момент интерфейсы, такие как GPIB, VXI или USB не могли обеспечить требуемой производительности и синхронизации, адаптация стандарта PCI для решения задач автоматизированных измерений позволила разрешить существующие проблемы, а также дать толчок к развитию множества небольших узкоспециализированных компаний получив в конечном итоге широкую номенклатуру PXI-приборов для самых разнообразных приложений.

В дальнейшем увеличение скоростей обработки и, как следствие, полосы пропускания шины данных, главным образом для решения задач цифровой обработки сложных радиосигналов или имитации и тестирования высокоскоростных протоколов проводной и беспроводной передачи данных привело к внедрению в измерительные технологии высокопроизводительного интерфейса PCI Express и появлению адаптированного PXI Express на его базе.

Основным преимуществом платформы PXI является возможность идти в ногу со временем, применяя самые производительные и надежные технологии, такие как многоядерные процессоры, быстродействующие ПЛИС, ОС Реального времени. Создавая системы на базе PXI, специалисты сразу получают конкурентное преимущество, обеспечивая функциональную гибкость и масштабируемость своим решениям и минимизируя время разработки за счет создания своих приложений как в традиционном C, встроенном в LabWindows/CVI, так и в интуитивно-понятном графическом интерфейсе среды LabVIEW с широчайшим набором специализированных библиотек готовых функций и драйверов для каждого PXI-прибора.


Развитие PXI

Одним из важнейших преимуществ модульного стандарта PXI является его универсальность. Предугадывая перспективность программно-определяемых автоматизированных измерительных систем и модульных приборов, крупнейшие компании на рынке, такие как National Instruments уже в конце 1970х разработали базовую концепцию развития в этом направлении. Ранее, продукты и приборы компании в основном предназначались для решения стандартных задач сбора данных.

Ближе к концу 90х появление стандарта PXI привнесло новый взгляд на программно-определяемые технологии и модульные приборы применительно к системам автоматизированного тестирования. Вскоре после появления стандарта PXI, спектр модульных приборов стал стремительно расширяться, включив в себя цифровые мультиметры, оцифровщики, осциллографы, генераторы произвольных сигналов и другие приборы. Каждый выпущенный прибор мог использоваться в качестве функционального компонента ATE-системы. На сегодняшний момент число PXI-приборов на рынке превышает 1500, что делает стандарт лидирующей платформой для построения модульных контрольно-измерительных систем.

Компания National Instruments являясь родоначальником стандарта продолжает расширять номенклатуру PXI-приборов, вкладывая значительную часть ресурсов в разработку и совершенствование имеющихся решений. Только в 2010 году компания выпустила 48 новых приборов, среди которых первый в отрасли векторный анализатор цепей в формате PXI, система сбора данных с оптических датчиков, новые платформы FlexRIO для разработки приложений на ПЛИС, решения для коммутации сигналов и новый векторный анализатор ВЧ-сигналов в диапазоне до 26.5 ГГц, выпущенный совместно с компанией Phase Matrix.

National Instruments продолжает развивать и собственные программные продукты, в том числе средства разработки приложений для ПЛИС, для систем реального времени, специализированные библиотеки тестирования протоколов беспроводной связи и т. д. Доказательством этого стал выход очередной версии среды LabVIEW - LabVIEW 2010, усовершенствованных библиотек для тестирования протоколов WiMAX и LTE, а также навигационных стандартов GLONASS и GPS, новых версий сред автоматизации испытаний: NI VeriStand 2010 и NI TestStand 2010 и других продуктов.

В течение долгого времени считалось что традиционные измерительные приборы пригодны для применения как в сегменте автоматизированных испытаний на производстве (ATE-системы), так и для лабораторных измерений. Однако благодаря большим инвестициям и тесному сотрудничеству компании National Instruments и альянса PXISA, PXI утвердился в качестве стандарта для автоматизации испытаний. В течение последнего десятилетия рынок измерительной техники значительным образом сдвинулся в сторону модульных платформ на базе PXI.

Многие крупные компании производители традиционных измерительных приборов сейчас отчетливо представляют всю перспективность модульной архитектуры и делают серьезные шаги по внедрению в рынок автоматизированных измерительных систем, формируя линейки собственных PXI-приборов.


Области применения

На базе PXI могут создаваться контрольно-измерительные системы самого разнообразного назначения, в том числе для тестирования электронных приборов и устройств, проведения радиоизмерений и тестирования протоколов связи, измерения сигналов с датчиков, построения HIL-систем и для стендовых испытаний.

u16_original.jpg
Рис. 1. Платформа PXI является базовым компонентом создания измерительных систем для различных приложений.

Подробнее об областях применения платформы вы узнаете из следующих статей цикла.


Архитектура PXI

Как уже упоминалось ранее, архитектура платформ PXI во многом аналогична архитектуре стандартного персонального компьютера, и включает в себя промышленный контроллер, выполненный на базе процессоров общего назначения Intel, шасси с различным числом слотов, и широкий спектр контрольно-измерительных модулей.

u23_original.jpg
Рис. 2. Архитектура платформы PXI

Шасси
u29_original.jpg
Рис. 3. Внешний вид шасси PXIe-1075

Шасси PXI представляет собой один из основных компонентов системы. Шасси имеет встроенный преобразователь питания от сети, систему охлаждения, а также шину передачи данных между модулями и контроллером на базе протоколов PCI или PCI Express. Шасси PXI доступно в широком спектре конфигураций: с опцией низкого шума, для использования в расширенном температурном диапазоне, а также с разным числом слотов. Шасси также могут поставляться с различными типами слотов, а также с встроенной в платформу периферией: ЖК дисплеями, съемной клавиатурой и т. д. На сегодняшний день National Instruments обладает линейкой из более чем 20 видов шасси. Ниже описаны составляющие шасси PXI National Instruments.

Шина PXI/PXI Express - Шина PCI стала популярным компьютерным протоколом передачи данных в середине 90х. Наиболее часто используемыми параметрами шины PCI в платформе PXI являются тактовая частота 33 МГц, максимальная разрядность 32 бит, скорость передачи данных 132 Мбит/с. В архитектуре PXI полоса пропускания шины делится между несколькими измерительными приборами. Увеличение объемов данных измерений, и, как следствие, скоростей обработки привело к необходимости в выпуске быстродействующих модулей PXI на базе более производительного протокола межмодульной передачи данных. Результатом стало внедрение протокола PCI Express, применение которого позволило преодолеть ограничения, связанные с необходимостью обеспечения широкой полосы пропускания при обработке и обмене данными с контроллером.



Рис. 4. Архитектура шасси PXIe-1075 с гибридными слотами PXI (синим выделены возможности межмодульного обмена данными Peer to Peer*)
*Peer to Peer - межмодульная передача данных по шине PXI Express напрямую (в обход контроллера)

Наиболее существенным преимуществом шины PCI Express над PCI является использование топологии “точка-точка”. Общая шина, используемая в протоколе PCI заменяется коммутатором, который позволяет организовать прямой доступ устройств в шасси к шине. В отличие от шины PCI, в которой полоса делится между всеми модулями, подключенными к ней, топология шины PCI Express позволяет обеспечить каждый модуль собственной линией передачи данных. При таком построении данные передаются пакетами по двухпроводному интерфейсу со скоростью до 250 МБ/с в каждом направлении на каждую линию для PCI Express 1.0. Несколько линий могут быть объединены в конфигурации x1, x2, x4, x8, x12 и x16, позволяя увеличить полосу пропускания на каждый слот и достичь общей пропускной способности в 4 ГБ/с. На Рис. 3. показана структура шины PXI Express внутри гибридного шасси PXIe-1075.

С момента появления шины PCI Express, стандарт PXI стал развиваться в сторону резкого увеличения скорости передачи данных, сохраняя при этом обратную совместимость с предыдущими версиями. Например, протокол PCI Express 2.0 позволил вдвое увеличить скорость передачи на линии с 250 МБ/с до 500 МБ/с в каждом направлении.

Запуск и синхронизация - Одним из ключевых преимуществ систем выполненных на базе PXI является наличие встроенных шин синхронизации и запуска. Шасси PXI имеет встроенную шину синхронизации 10 МГц, шину запуска, а также межслотовую локальную шину. Данные сигналы позволяют расширить функциональность архитектуры протокола PCI Express возможностями синхронного и детерминированного сбора данных и управления. Тактовый сигнал 10 МГц внутри шасси может быть заменен другим более высокостабильным опорным сигналом или использован для синхронизации внешнего оборудования.

Помимо тактового сигнала, в системе PXI имеются 8 логических линий TTL используемых в качестве шины запуска. Это позволяет синхронизировать работу всех модульных приборов в системе по сигналу запуска одного из модулей. В конечном счете локальная шина PXI позволяет установить детерминированный обмен данными между соседними модулями.

u37_original.png
Рис. 5. Архитектура шин синхронизации и запуска в шасси PXI или PXI Express

Стандарт PXI Express, созданный с использованием ключевых параметров шины PXI, обеспечивает дополнительные возможности запуска и синхронизации, в частности дифференциальную линию тактового сигнала 100 МГц, а также дифференциальные линии запуска. Благодаря использованию дифференциальных линий тактовых и синхросигналов система PXI Express обладает высокой помехозащищенностью линий тактирования, а также позволяет передавать данные на более высоких тактовых частотах. Предоставляя пользователям усовершенствованные возможности запуска и синхронизации сигналов, шасси PXI Express также обладает стандартными функциональными возможностями интерфейса PXI.

В дополнение к стандартным возможностям синхронизации шасси PXI и PXI Express, системы на базе PXI также предоставляют пользователям методы синхронизации с использованием систем глобальной спутниковой навигации. Широкий спектр источников синхросигналов, таких как GPS, IEEE 1588 или IRIG обеспечивают синхронизацию модулей по абсолютному времени благодаря наличию в системе специализированных модулей синхронизации. Таким образом, системы на базе PXI могут быть реализованы в виде синхронизированных распределенных измерительных комплексов, измерительные блоки в которых разнесены на большие расстояния без использования физических шин тактирования и запуска.

Подсистемы питания и охлаждения - шасси PXI позволяет использовать широкий спектр модулей ввода/вывода сигналов, а также специализированные измерительные приборы. Обеспечение необходимых параметров питающих напряжений и токов для модульных приборов является важнейшей задачей, требующей высокой надежности. Модульные приборы, входящие в состав системы на базе PXI могут потреблять до 25 Вт мощности на каждый слот. Для модулей PXI Express производства National Instruments может потребоваться мощность порядка 38.25 Вт на каждый слот. Самые высокопроизводительные шасси обеспечивают достаточную мощность на каждый слот. Помимо обеспечения требуемой мощности по питанию, шасси PXI включает в себя систему охлаждения позволяющую использовать системы на PXI в условиях повышенных температур.

При настройке и создании системы на базе PXI первоочередной задачей становится выбор шасси, которое будет соответствовать требованиям будущей системы по потребляемой мощности. Также необходимо предусмотреть запас по мощности в случае добавления дополнительных модульных приборов в шасси PXI. Необходимо также учитывать рабочий диапазон температур будущей системы.

Выберите подходящий тип шасси
u42_original.png
Шасси интегрированное с контроллером
u44_original.png
Шасси интегрированное с контроллером
u46_original.png
Шасси интегрированное с контроллером

Перейти к: К началу | Шасси | Контроллеры | Модули | Программное обеспечение


Контроллеры

Для управления платформой PXI, пользователи могут использовать ряд решений среди которых встраиваемые контроллеры, интерфейсные платы для удаленного управления с ПК или ноутбука, а также производительные контроллеры серверного типа для монтажа в стойку 1U.

u86_original.png

Рис. 6. Встраиваемый контроллер NI PXI-8110 на базе 4-ядерного процессора с тактовой частотой 2.26 ГГц Intel Core 2 Quad Q9100.

Встраиваемые контроллеры PXI - использование встраиваемых контроллеров исключает необходимость в применении внешних ПК, а также позволяет сосредоточить весь функционал системы в одном шасси PXI. Компания National Instruments предлагает широкий спектр встраиваемых контроллеров, начиная с высокопроизводительных решений и заканчивая линейкой недорогих контроллеров для внедрения в серийно выпускаемые системы. Данные контроллеры поставляются с такими стандартными опциями как встроенный процессор, жесткий диск, оперативная память, Ethernet-интерфейс, выход видеоадаптера, клавиатура или мышь, последовательный порт, USB а также некоторые периферийные возможности. Контроллеры доступны как в формате PXI так и в PXI Express и могут поставляться с предустановленной ОС по вашему выбору, например Windows 7/Vista/XP или LabVIEW Real-Time.

Встраиваемые контроллеры National Instruments разработаны специально для использования в режиме 24 часа в день/7 дней в неделю и расширенном диапазоне рабочих температур. Они идеально подходят для применения в портативных системах, для реализации которых достаточно использовать одно шасси. Узнать больше о встраиваемых контроллерах NI можно на ресурсе PXI Embedded Controller.

Управление системой PXI с ноутбука - Системой PXI можно управлять с ноутбука используя интерфейсы NI ExpressCard MXI и PCMCIA CardBus. При подключении через данное соединение ноутбук автоматически определяет все периферийные модули в PXI-шасси также как и при подключении стандартных PCI-плат, позволяя управлять всеми PXI-модулями в системе при помощи программ, запущенных под ОС ноутбука. Для настройки соединения с PXI-системой потребуется комплект состоящий из интерфейсной карточки ExpressCard/PCMCIA CardBus, подключаемой через разъемы PCMCIA/ExpressCard ноутбука, а также специальный модуль PXI/PXI Express, устанавливаемый в первый слот шасси. Подключение производится при помощи медного кабеля.

u60_original.png
Комплект для удаленного подключения NI ExpressCard MXI
u62_original.png
Комплект для удаленного подключения через интерфейс PCMCIA
Рис. 7. Управление системой PXI через интерфейсы ExpressCard или PCMCIA

Вы можете заказать любой из двух интерфейсных комплектов для удаленного управления системой PXI через интерфейсы NI ExpressCard MXI или PCMCIA CardBus. Для получения более подробной информации посетите ресурс Laptop Control of PXI.

Управление системой PXI с ПК - При помощи комплектов MXI-Express или MXI-4, вы можете управлять системой PXI напрямую с настольного ПК, рабочей станции или серверного компьютера. Подключение ПК к системе PXI осуществляется схожим образом через прозрачное с точки зрения определения и автоматической установки драйверов соединение. Во время загрузки, контроллер распознает все установленные в PXI-систему модули аналогичным образом как и в случае определения подключенных PCI-плат. Далее настройка и управление вашей PXI-системой производится напрямую с ПК. Комплект для управления PXI-системой с ПК включает в себя установленную плату PCI/PCI Express, специальный модуль PXI/PXI Express в первом слоте шасси PXI, подключаемый при помощи медного или оптоволоконного кабеля.

u69_original.png

Рис. 8. Управление системой PXI при помощи комплекта MXI-Express Remote Control Kit

Компания National Instruments предлагает комплекты с одним или двумя встроенными интерфейсными разъемами для управления системой PXI с персонального компьютера. При использовании двухпортового варианта вы получаете возможность одновременного управления двумя системами PXI, реализуя таким образом мультиплатформенную топологию типа “звезда”. Также имеется возможность последовательного соединения двух систем PXI к одному контроллеру.

u73_original.pngu75_original.png
Рис. 9. Удаленное управление системой PXI через MXI интерфейс позволяет реализовать режим прямого управления как одной, так и несколькими системами PXI.

Использование комплекта для удаленного управления платформой PXI позволяет снизить стоимость системы, обеспечив при этом требуемую производительность.

Контроллеры, монтируемые в стойку - Для обеспечения дополнительных возможностей по управлению вашей PXI-системой, компания National Instruments предлагает монтируемые в стойку контроллеры формата 1U. Контроллеры, монтируемые в стойку, построены на базе высокопроизводительных многоядерных процессоров, предназначенных для проведения сложных вычислительных операций и обмена данными с объемными RAID-массивами. Для подключения данного типа контроллеров используется интерфейс MXI-Express, реализуемый при помощи специализированного модуля, устанавливаемого в первый слот PXI/PXI Express-шасси. При такой конфигурации контроллер определяет модули, установленные в шасси PXI в качестве PCI/PCIExpress плат.

u79_original.png

Рис. 10. Монтируемые в стойку контроллеры с интерфейсами MXI-Express или MXI-4 могут использоваться для управления системами PXI или PXI Express

Выберите подходящий тип контроллера
u86_original.png
Встраиваемые контроллеры
u88_original.png
Контроллеры для удаленного управления
u90_original.png
Контроллеры монтируемые в стойку


Модульные приборы

Компания National Instruments предлагает более 500 различных модулей PXI. Так как PXI является открытым модульным стандартом, общее число выпускаемых модулей достигает порядка 1500 типов. А общее число компаний занимающихся разработкой и производством модульных приборов в формате PXI достигает 70.
u95_original.jpg
Рис. 11. Линейка модульных приборов PXI National Instruments

Так как формат PXI обладает полной совместимостью с CompactPCI, вы можете использовать модули стандарта CompactPCI, габаритами 3U в системе PXI.


Программное обеспечение для систем PXI

Приложения для платформы PXI могут создаваться в различных средах разработки таких как LabVIEW, LabWindows/CVI, Visual Studio и т.д. Для успешного программирования системы каждый модульный прибор PXI поставляется с набором необходимых драйверов. Помимо драйверов, такие среды как LabVIEW, LabWindows/CVI имеют в своем составе библиотеки функций по обработке и формированию сигналов, математическим вычислениям и т.д.

Для автономной работы каждый прибор снабжен готовой передней панелью с интерактивными возможностями контроля прибора и проведения необходимых измерений.

Помимо сред разработки программного обеспечения, National Instruments предлагает системы управления и автоматизации испытаний, предназначенные для составления и настройки программ тестирования, автоматического контроля процесса испытаний, оперативного запуска необходимых приложений и обработки аварийных ситуаций.

u102_original.jpg
Рис. 12. Архитектура программного обеспечения для PXI


Возврат к списку



 

© 2017 National Instruments Russia. All rights reserved.
Яндекс.Метрика