Designvorteile der PXI-Embedded-Controller von NI

PXI-Embedded-Controller von NI bieten eine leistungsstarke und kompakte Embedded-PC-Lösung für den Einsatz im Chassis eines auf PXI Express (PXIe) basierenden Messsystems. Mit einem PXI-Embedded-Controller stehen Ihnen alle Funktionen zur Verfügung, die Sie zum Betrieb Ihres PXI-Systems ohne externen PC benötigen. Zudem dient er als zentraler Verarbeitungs- und Steuerungshub für alle Instrumente in einem PXI-System. In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die Designfeatures von NI, mit denen NI hochzuverlässige, leistungsstarke Controller bereitstellen kann, darunter:

• Partnerschaft mit Prozessorherstellern, um die neueste Technologie in unsere Embedded-Controller für höchste Leistung zu integrieren.
• Unterstützung von Betriebsbedingungen bei extremen Temperaturen, 24/7-Betrieb und ein optionales Echtzeit-Betriebssystem für verbesserte Systemverfügbarkeit, um eine hohe Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
• Bereitstellung flexibler vorkonfigurierter Betriebssystemoptionen und die Möglichkeit zur werkseitigen Installation von Anwendungssoftware und Gerätetreibern, die von der Benchtop-Validierung der Prüflinge bis hin zu Langzeitteststationen alles unterstützen.
• Angebot verschiedener Servicepläne und Verpflichtung zu einem Standardsatz von Peripherie-I/O, um sicherzustellen, dass neue Embedded-Controller ein nahtloser Ersatz für frühere Generationen sind, sodass eine langfristige Unterstützung gewährleistet ist.

NI stellt seit mehr als 25 Jahren PXI-Embedded-Controller bereit. Das Unternehmen arbeitet eng mit wichtigen Prozessorherstellern wie Intel und Advanced Micro Devices (AMD) zusammen. Beispielsweise ist NI (als Emerson Test & Measurement) Titanium-Mitglied der Intel Partner Alliance, die Zugriff auf die neuesten Intel-Produkt-Roadmaps und -Samples ermöglicht. Wenn NI neue PXI-Embedded-Controller auf den Markt bringt, verwenden diese dieselben neu auf den Markt gebrachten Desktop-CPUs, die auch große Computerhersteller in ihren Produkten verbauen. Dieser Trend veranschaulicht die Entwicklungskompetenz und das Engagement von NI, der Messgerätebranche leistungsstarke PXI-Embedded-Controller zur Verfügung zu stellen, die die neuesten Technologien wie Intel Core i7- oder Xeon-Prozessoren nutzen. Neben der Rechenleistung spielt bei der Entwicklung von Messsystemen auch die I/O-Bandbreite eine wichtige Rolle. Da moderne Mess- und Prüfsysteme zunehmend komplexer werden, müssen auch immer mehr Daten zwischen den Messgeräten und dem Systemcontroller ausgetauscht werden. Embedded-Controller von NI erfüllen diese Anforderungen mit der Einführung der Bussysteme PCI Express (PCIe) und PXI Express (PXIe) und bieten auf der PXI-Express-Chassis-Backplane eine Systembandbreite von bis zu 24 GB/s.

^{Abbildung 1: Der Embedded-Controller NI PXIe-8881 mit dem Intel Xeon-Prozessor mit 18 Kernen eignet sich besonders für leistungsstarke rechenintensive Mess- und Prüfanwendungen mit hohem Durchsatz.}

Im Zuge der Weiterentwicklung des PCI-Express-Standards zu PCI Express 3.0 nutzte PXI Express weiterhin neue Funktionen. Der Embedded-Controller NI PXIe-8881 nutzt die Weiterentwicklungen der PCI-Express-Technologie und bietet eine X8- und eine X16-PCI-Express-Verbindung der 3. Generation für die Anbindung an die PXI-Chassis-Backplane.

Die Verwendung des Embedded-Controllers NI PXIe-8881 mit einem PXI-Express-Chassis wie dem NI PXIe-1095 sorgt im System für einen Gesamtdatendurchsatz von 24 GB/s. Mit dieser hohen Bandbreite können Sie jetzt einfach rechenintensive Anwendungen implementieren, die hohe Durchsatzraten erfordern, z. B. die Entwicklung drahtloser Kommunikationssysteme der nächsten Generation und das Prototyping sowie die Aufzeichnung und Wiedergabe von RF-Signalen.

Da sich die Anforderungen an Prüf-, Mess- und Regelanwendungen ändern, erweitert NI das Zubehörportfolio des PXI-Embedded-Controllers kontinuierlich, um eine optimale Leistung zu gewährleisten. Für speicherintensive Anwendungen umfasst das Angebot von NI Embedded-Controller-Speicheroptionen mit bis zu 64 GB RAM.

NI stellt nicht nur verschiedene Speicher-Upgrade-Optionen zur Verfügung, sondern bietet auch unzählige Möglichkeiten für Festplattenupgrades. Diese Optionen reichen von Standard-Festplattenlaufwerken (HDD) mit hoher Kapazität bis hin zu Solid-State-Laufwerken (SSD). Beim Speichern von Instrumentendaten aus Ihrer Anwendung ist es sinnvoll, diese auf der geräteeigenen Festplatte des Embedded-Controllers zu speichern. Um genügend Platz für alle gewünschten Daten zu gewährleisten, bietet NI eine Option an, mit der Sie Ihre Standard-HDD-Festplatte auf eine HDD-Festplatte mit größerer Kapazität aktualisieren können, um den Speicherplatz zu maximieren.

Zum Einsatz von Prüf- und Messsystemen in klassifizierten Bereichen benötigen Sie häufig einen zugehörigen Deklassifizierungsprozess. Die Deklassifizierung eines PXI-Systems erfordert Kenntnisse aller Speicherkomponenten im System – einschließlich Chassis, Controller und Module. PXI-Embedded-Controller verfügen über nichtflüchtigen Speicher in Form einer Festplatte oder eines Flash-Laufwerks, auf dem Benutzer- und Systeminformationen auch nach dem Ausschalten des Systems gespeichert bleiben. Da für den Betrieb des PXI-Embedded-Controllers nichtflüchtiger Speicher erforderlich ist, bietet der NI PXIe-8862 mit Wechselfestplatte (RHDD) die Möglichkeit, diesen Datenträger zu entfernen, sodass er in einer sicheren Umgebung aufbewahrt werden kann. Darüber hinaus ermöglicht der Embedded-Controller NI PXIe-8862 das Laden separater, eindeutiger Softwareabbilder auf dieselbe Stationshardware.

^{Abbildung 2: Einfacher Zugriff auf die Festplatte über den auf dem Frontpanel zugänglichen Festplattenträger für herausnehmbare Speicheroptionen.}

Wenn Sie den Controller in rauen Umgebungen betreiben oder dort Daten speichern möchten, sind auch SSDs erhältlich. Diese Antriebe haben keine beweglichen Teile und reduzieren daher das Risiko eines mechanischen Ausfalls erheblich, was die Systemzuverlässigkeit verbessert. Sie können auch extremen Erschütterungen, großen Höhen und Vibrationen sowie anderen rauen Betriebsumgebungen standhalten. Neben einer besseren Toleranz für raue Betriebsumgebungen und einer erhöhten Zuverlässigkeit bieten SSDs kürzere Suchzeiten beim Lesen und Schreiben im Vergleich zu Standardfestplatten mit rotierendem Medium. Dies führt zu höheren Geschwindigkeiten bei sequenziellen und zufälligen Lese- und Schreibvorgängen. Anwendungen mit SSD-Festplatten erzielen kürzere Ladezeiten und insgesamt Einsparungen bei der Testzeit durch schnellere Datei-I/O.

Moderne Messsysteme müssen unter allen Umständen unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen sehr zuverlässig sein. Aus diesem Grund bietet NI seine PXI-Embedded-Controller als Ausführungen mit erweitertem Temperaturbereich und 24/7-Betrieb an. Diese Embedded-Controller verwenden eine robustere Festplatte, die auf Zuverlässigkeit bei niedrigen und hohen Temperaturen ausgelegt ist, mit einem 100-prozentigen Tastgrad und 24/7-Betrieb. Die in den Standardausführungen dieser Embedded-Controller verwendeten Festplatten sind für einen Betriebsbereich von 5 °C bis 50 °C ausgelegt und können ähnlich wie PCs und Laptops acht Stunden am Tag und an fünf Tagen der Woche mit einem Tastgrad von 20 Prozent betrieben werden. Die Ausführungen mit erweitertem Temperaturbereich und 24/7-Betrieb haben eine Betriebstemperatur von 0 °C bis 55 °C und eignen sich für Anwendungen, die einen kontinuierlichen Betrieb rund um die Uhr und an sieben Tagen der Woche mit einem Tastgrad von bis zu 100 Prozent erfordern. Sie können auch eine Solid-State-Festplatte anstelle einer rotierenden Festplatte wählen, um die Zuverlässigkeit des gesamten Systems weiter zu verbessern, insbesondere in rauen Umgebungen. Aufgrund dieses einzigartigen Designgedankens von NI eignen sich PXI-basierte Messgeräte für den Einsatz in anspruchsvolleren Anwendungen.

PXI-Embedded-Controller sind stets mit den neuesten auf dem Markt verfügbaren Prozessoren ausgestattet. Um sicherzustellen, dass der Embedded-Controller eine optimale Leistung über den gesamten Betriebsbereich bietet, führt NI umfangreiche thermische, mechanische und elektrische Prüfungen durch. Dadurch soll gewährleistet werden, dass die CPU in einem Embedded-Controller von NI die Prozessorleistung beim Einsatz in extremen Umgebungen nicht beeinträchtigt. Wenn die ordnungsgemäße Leistung und Zuverlässigkeit des Prozessors sichergestellt ist, erhöht dies die allgemeine Zuverlässigkeit des PXI-Systems. Dazu nutzt NI sein Know-how bei der Entwicklung von Embedded-Controllern und bei der Anwendung von Techniken wie der erweiterten Entwurfssimulation und dem Entwerfen benutzerdefinierter Kühlkörper.

Um Determinismus und eine noch höhere Zuverlässigkeit zu gewährleisten, umfasst das Angebot von NI auch PXI-Embedded-Controller mit dem Echtzeitbetriebssystem NI Linux Real-Time und der Software NI LabVIEW Real-Time Module anstelle von Standard-Windows-Betriebssystemen. Systeme mit Windows oder anderen universellen Betriebssystemen können die Ausführung eines bestimmten Tasks nicht innerhalb einer bestimmten Zeit garantieren, da das Betriebssystem den Prozessor mit anderen parallel ausgeführten Systemprozessen gemeinsam nutzt. Da NI Linux Real-Time auf dem Embedded-Controller ausgeführt wird, ist der gesamte Prozessor für die Ausführung Ihrer spezifischen Anwendung vorgesehen, was ein deterministisches und zuverlässiges Verhalten gewährleistet.

Im unwahrscheinlichen Fall einer Fehlfunktion der Embedded-Controller-Hardware ermöglicht das Design des NI Embedded-Controllers einen schnellen Austausch kritischer Komponenten wie der Festplatte und des Speichers vor Ort, ohne dass die Garantie beeinträchtigt wird. Um das System nach einer Fehlfunktion der Software schneller wiederherstellen zu können, sind alle Windows-basierten PXI-Embedded-Controller von NI mit einer versteckten Partition ausgestattet, die ein Image der Festplatte im Auslieferungszustand umfasst. Mit Hilfe dieses Images können Sie den Controller schnell in den Werksinstallationszustand zurückversetzen. Mit den neueren Controllern haben Sie die Möglichkeit, benutzerdefinierte Images der Festplatte zu erstellen, die Sie später anstelle des Standardimages verwenden können, um das System nach einem Softwareabsturz wiederherzustellen. Diese Funktionen der PXI-Embedded-Controller von NI tragen dazu bei, Systemausfälle zu reduzieren und die maximale Produktivität eines PXI-basierten automatisierten Prüf- oder Instrumentierungssystems zu gewährleisten.

Neben der Systemwiederherstellung können Sie zur Verbesserung der Wartungsfreundlichkeit des PXI-Embedded-Controllers schnell auf In-ROM-Diagnosen für Festplatte und Speicher zugreifen, ohne externe Tools von Drittanbietern zu benötigen. Durch Ausführung dieser Diagnosen können Sie bestimmen, ob Sie die Festplatte oder den Speicher ersetzen müssen. Das Controller-Design ermöglicht einen schnellen Austausch kritischer Komponenten wie Festplatte und Speicher vor Ort, ohne die Garantie zu beeinträchtigen. Um den Kauf von Ersatzteilen zu erleichtern, sind Festplatten- und Speicher-Upgrades mit dem Embedded-Controller verfügbar. So wird die Wartungsfreundlichkeit von Embedded-Controllern durch die Kombination all dieser Features erheblich verbessert.

PXI-Controller von NI unterstützen abhängig von den Anforderungen Ihrer Anwendungen verschiedene Betriebssysteme, unter anderem Windows-Betriebssysteme, Echtzeitbetriebssysteme und Optionen ohne Betriebssystem. 

• Windows: Wird für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet und ist ein zuverlässiges, vielseitiges und benutzerfreundliches Betriebssystem. Bei den meisten Controllern ist Windows 10 oder 11 vorinstalliert, um schnell einsatzbereit zu sein. 
• NI Linux Real-Time: Dies ist ein spezielles Betriebssystem für Echtzeitanwendungen. Es stellt deterministische Leistung zur Verfügung und wird häufig in Steuerungs- und Automatisierungssystemen verwendet. Die Programmierung kann mit der Software LabVIEW Real-Time Module erfolgen. Das LabVIEW Real-Time Module ist ein NI LabVIEW-Zusatzpaket, das Sie beim Erstellen zuverlässiger eigenständiger Anwendungen für die Ausführung auf Embedded-Hardwaregeräten unterstützt. 
• Kein Betriebssystem: Sie können auch einen Controller ohne installiertes Betriebssystem erwerben und Ihre eigene Linux-Distribution wie Ubuntu oder Red Hat Enterprise Linux installieren, die von NI-Software und -Treibern unterstützt werden.

Diese Controller unterstützen auch Entwicklungsumgebungen wie LabVIEW, C/C++, C#/.NET und Python. NI bietet Online-Ressourcen zu Themen wie der Integration von Sprachen in LabVIEW und der Verwendung von Python mit Hard- und Software von NI. Alle PXI-Embedded-Controller werden mit installierten PXI Platform Services ausgeliefert. Mit diesem NI-Treiber können Sie den Zustand Ihres PXI-Controllers überwachen, u. a. Temperatur, CPU-Auslastung, Speicher und Festplattenkapazität.

Das Trusted Platform Module (TPM), ein sicherer Kryptoprozessor, ist eine Komponente auf ausgewählten Embedded-Controllern, die speziell dafür entwickelt wurde, die Plattformsicherheit über die Leistungsfähigkeit heutiger Software zu erhöhen, indem sie einen geschützten Raum für Schlüsseloperationen und andere sicherheitskritische Tasks bietet. Das TPM setzt sowohl Hardware als auch Software ein, um Verschlüsselungs- und Signaturschlüssel in ihren anfälligsten Phasen – Operationen, bei denen die Schlüssel unverschlüsselt in Klartextform verwendet werden – zu schützen. Das TPM wurde speziell für den Schutz vor softwarebasierten Angriffen auf unverschlüsselte Zugangscodes und Plattform-Authentifizierungsinformationen entwickelt. Die Modelle NI PXIe-8881 und NI PXIe-8862/42/22 sind alle mit der neuesten Version, TPM 2.0, ausgestattet (siehe Nr. 3 in Abbildung 3).

^{1. 64 GB DDR4-RAM | 2. Streaming mit hoher Bandbreite | 3. Gesichert mit TPM v1.2 | 4. Bis zu einem Xeon-Prozessor mit 18 Kernen | 5. Zwei Thunderbolt™-Ports | 6. GPIB-Port | 7. Zwei Gigabit-Ethernet-Anschlüsse | 8. Vier USB-Ports | 9. Anzeigeport | 10. Zwei USB 3-Ports | 11. Externer SMB-Watchdog/Trigger}

^{Abbildung 3: Der Embedded-Controller PXIe-8881 mit dem Xeon 18-Core-Prozessor eignet sich besonders für leistungsstarke rechenintensive Mess- und Prüfanwendungen mit hohem Durchsatz.}

Im Jahr 1965 stellte Gordon Moore, Mitbegründer von Intel, empirisch fest, dass sich die Anzahl der Transistoren in einem integrierten Schaltkreis alle 24 Monate verdoppeln würde. Diese Prognose, die heute als Mooresches Gesetz bekannt ist, wurde bisher von Chipherstellern wie Intel und AMD bestätigt und führte zu einer exponentiellen Erhöhung der Anzahl von Transistoren auf einem einzelnen Siliziumchip.

Dieser rasante Anstieg hat direkt dazu geführt, dass jedes Jahr neuere, schnellere und effizientere Prozessoren auf den Markt kommen. Zwar können PXI-basierte Geräte von diesen Fortschritten profitieren, doch sollten Sie darauf achten, dass die Einführung eines neuen Prozessors direkt zur Veraltung eines älteren Prozessors führt.

Um die Auswirkungen der Veraltung zu minimieren, verpflichtet sich NI, sicherzustellen, dass ein Embedded-Controller durchschnittlich fünf Jahre auf dem Markt verfügbar ist. Wenn Sie einen längeren Supportzeitraum benötigen, kann das NI Services Team gemeinsam mit Ihnen Servicepläne erstellen, die Ihren individuellen Supportanforderungen entsprechen. Die Pläne können Dienstleistungen wie günstige und schnelle Ersatzlieferungen, langfristige Reparaturen und Kalibrierungen (über die kommerzielle Lebensdauer des Produkts hinaus), jährliche Lebenszyklus- und Obsoleszenzberichte sowie Technologieaktualisierungsplanung mit technischen Ressourcen von NI umfassen. Für Anwendungen, die auf die neueste Technologie umgestellt werden können, hat sich NI verpflichtet, Standardperipheriegeräte wie USB, Ethernet, GPIB und serielle I/O anzubieten, um sicherzustellen, dass neue Embedded-Controller einen nahezu vollständigen Ersatz für Produkte der vorherigen Generation darstellen. Daher ist es bei der Entwicklung eines Embedded-Controllers unerlässlich, einen Prozessor auszuwählen, der optimale Leistung bietet und gleichzeitig die Verfügbarkeit für die gesamte Lebensdauer des Controllers garantiert.

NI nutzt seine enge und langfristige Zusammenarbeit mit den beiden großen Prozessorherstellern, um Prozessoren und Chipsätze für PXI-Embedded-Controller mit langfristigen Roadmaps auszuwählen. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass diese Komponenten während der Lebensdauer der Controller und für eine eventuelle Reparatur oder einen Austausch leicht verfügbar sind. Dies erhöht letztlich den Wert des Embedded-Controllers und auch die Lebensdauer des gesamten PXI-basierten Instrumentierungssystems.

PXI-Embedded-Controller von NI sind eine leistungsstarke, kompakte Lösung für Ihre Testsysteme. Diese Controller agieren als zentraler Verarbeitungs- und Steuerungshub und benötigen keinen externen PC. Die Designfeatures von NI gewährleisten Zuverlässigkeit und Leistung durch die Integration der neuesten Technologie und durch Partnerschaften mit Prozessorherstellern, Unterstützung für extreme Betriebsbedingungen und 24/7-Betrieb mit Echtzeit-Betriebssystem-Optionen. Durch unsere Partnerschaften und unser langfristiges Engagement für eine standardisierte Plattform bieten NI-PXI-Controller eine hohe Leistung und einen flexiblen Ansatz für Prüf- und Messanforderungen.  

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