Что нового в NI PXI?

Обзор

Став общепризнанным стандартом для построения автоматизированных контрольно-измерительных систем, стандарт PXI продолжает впитывать в себя плоды технических инноваций, например таких, как адаптация современных интерфейсов под задачи измерений, применение технологий ПЛИС и многоядерных процессоров. Каждая технология способна привнести свой вклад в увеличение производительности, а их общая интеграция обеспечивает систему тестирования высокой пропускной способностью и возможностями параллельного сбора и обработки данных в реальном времени. Рассмотрим каждую из технологий более подробно.


Содержание

Технологический прорыв в радиоизмерениях и тестировании электроники
Шина PCI Express
Передача данных Peer to Peer
Средства проектирования систем тестирования на базе ПЛИС


Технологический прорыв в радиоизмерениях и тестировании электроники

Важнейшим успехом стандарта является его адаптация для построения радиоизмерительных систем. В первое время, после утверждения стандарта, некоторые его особенности являлись препятствием для создания высокочастотных радиоизмерительных приборов. Однако сейчас стандарт PXI является базовым и самым гибким решением для построения автоматизированных радиоизмерительных систем. Технология программируемого радио активно используется National Instruments при построении систем для тестирования беспроводных протоколов связи WiMAX, GSM/EDGE, WCDMA, LTE, 802.11n, а также для многоканального формирования и обработки радиосигналов.

u3_original.png

Рис. 1. Внешний вид платформы PXI Express наполненной радиоизмерительными модулями

На настоящий момент линейка радиоизмерительных PXI-приборов включает в себя векторные анализаторы и генераторы радиосигналов в диапазоне до 6.6 ГГц, векторный анализатор цепей, предусилители и аттенюаторы, оцифровщики и генераторы ПЧ, ВЧ-коммутаторы и реле, а также реконфигурируемые приемопередатчики с ПЛИС.

Сотрудничество с компанией Phase Matrix позволило выпустить первый в отрасли векторный анализатор сигналов PXI в диапазоне до 26.5 ГГц, значительно расширив спектр применений платформы в радиоизмерениях для тестирования СВЧ-техники. Релиз этого прибора был приурочен к NI Week в августе 2010 года.

u7_original.png
Рис. 2. Векторный анализатор сигналов с рабочим диапазоном частот до 26.5 ГГц

Другим прорывом стандарта PXI и программно-определяемой архитектуры можно считать широкое использование платформы и систем на ее базе для тестирования электронных приборов и устройств. Широкий спектр прецизионных источников питания и мультиметров, модулей аналогового и цифрового ввода/вывода, осциллографов, коммутаторов, транзисторных и электромеханических реле, а также специальных модулей ввода неисправностей позволяет охватить весь перечень режимов тестирования и внедрить полностью автоматизированную систему тестирования для каждого приложения.


Шина PCI Express

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 в обеспечении широкой полосы пропускания при обработке и обмене данными с контроллером. В дальнейшем системы на базе PXI стали поддерживать оба протокола (PCI и PCIe) на одном шасси. Компания National Instruments стала первой, внедрившей сначала первую версию протокола PCI Express 1.0, обеспечивавшую обмен данными на скорости 250 МБ/с на линию, а затем и PCI Express 2.0 позволивший увеличить вдвое пропускную способность (до 500 МБ/с). Таким образом, 32-контактный разъем PXI Express 2.0 обеспечивает полосу пропускания 16 ГБ/с. В ближайшее время планируется утверждение спецификации 3 версии протокола PCI Express 3.0 и его дальнейшая адаптация в рамках платформы PXI Express. Это позволит достичь полосы 1 ГБ/с на линию и общей пропускной способности 32 ГБ/с при конфигурации x32.


Многоядерные процессоры

Еще одной инновацией в рамках PXI-платформой стало внедрение контроллеров на базе многоядерных процессоров. Многоядерные процессоры уже сейчас являются стандартной технологией для обеспечения требуемой производительности в системах автоматизированного тестирования. Компания National Instruments предлагает контроллеры с четырехъядерными процессорами Intel на борту. Такие контроллеры способны распределять задачи для исполнения на каждом из ядер. Часть ядер может быть использована для запуска виртуальной ОС, а остальные для поддержки стандартного пользовательского интерфейса Windows.

u37_original.png
Рис. 3. Возможности параллельной обработки данных на многоядерных контроллерах National Instruments


Передача данных Peer to Peer

Внедрение технологии межмодульной передачи данных Peer to Peer стало еще одной инновацией в рамках стандарта PXI. Одним из преимуществ шины PXI Express 2.0 является использование топологии передачи данных “точка-точка”. Архитектура PCI имела множество ограничений, так, при обработке, данные с измерительного модуля в шасси PXI всегда должны поступать на контроллер, обрабатываться, а затем поступать на другой модуль. При решении критичных по времени задач, это может внести дополнительные задержки и привести к падению производительности системы в целом. Интерфейс PCI Express является более гибким и позволяет реализовывать передачу данных с одного измерительного модуля на другой в обход центрального процессора. Например оцифрованные осциллографом данные могут напрямую поступать на соседний модуль с ПЛИС для обработки и проведения вычислений в реальном времени (Смотрите Рис. 4).

u19_original.png
Рис. 4. Передача данных между модулями Peer to Peer в обход контроллера для последовательной цифровой обработки на платформах с ПЛИС FlexRIO

Распределенная измерительная система может содержать несколько контроллеров соединенных между собой высокопроизводительной шиной PСI Express позволяя передавать данные между процессорами с минимальным джиттером и высокой скоростью.


Средства проектирования систем тестирования на базе ПЛИС

Допустим вы имеете параллельный поток данных, который необходимо обработать за строго определенный промежуток времени. Основной сложностью является обеспечение расчетной скорости передачи данных по шине, а также детерминированная во времени обработка данных.

u14_original.png
Рис. 5. Модули FlexRIO на базе ПЛИС

В качестве мощной вычислительной платформы реального времени могут применяться современные микросхемы ПЛИС. На настоящий момент компания National Instruments является единственным в своем роде поставщиком эффективных инструментов для гибкого программирования ПЛИС. Среда графической разработки NI LabVIEW дает возможность быстрого и наглядного написания приложений в графическом виде для вычислительных платформ реального времени на ПЛИС. LabVIEW позволяет транслировать созданное приложение в понятный и оптимизированный для исполнения на ПЛИС HDL-код.

В то время как LabVIEW предоставляет инструмент для программного решения данной проблемы, модули FlexRIO на базе PXI Express с быстродействующими ПЛИС на борту являются аппаратным решением.

Модули FlexRIO позволяют еще больше расширить подход к построению программно-определяемых систем в сторону определения функциональности будущего устройства его собственными аппаратными средствами. Цифровые линии микросхемы ПЛИС последнего поколения на его борту выведены наружу для подключения внешних адаптерных модулей. Пользователи платформы могут реализовать любой прибор на базе FlexRIO, используя широкий спектр имеющихся в наличии адаптерных модулей или разрабатывая собственные модули при помощи комплекта разработчика, включающего в себя необходимый набор схем, средства проектирования и примеры готовых разработок.



Возврат к списку



 

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