PXI-Express-Chassis-Auswahl für eine effiziente Datenübertragung und einen hohen Durchsatz

​Beim Erstellen eines Prüf- und Messsystems ist es wichtig zu berücksichtigen, wie schnell und zuverlässig Daten durch das System übertragen werden können. Eine schlechte Planung kann später im Projekt zu verpassten Messungen, einem langsameren Testdurchsatz oder unerwarteten und kostspieligen Umgestaltungen führen.

​PXI-Systeme zeichnen sich dadurch aus, dass sie die Datenübertragung mit Hilfe der PCI-Express-Technologie (PCIe) in die Chassis-Backplane integrieren und so eine Kommunikation mit hoher Geschwindigkeit und geringer Latenz ermöglichen. Durch diese Unterscheidung eignet sich PXI besonders gut für komplexe, datenintensive Anwendungen im Vergleich zu Stand-alone-Geräten, die über LAN, USB oder GPIB angeschlossen sind (siehe Abbildung 1). 

^{Abbildung 1: Theoretische Bandbreiten gegenüber Latenzen von Mainstream-T&M-Bussen}

​Für Systementwickler ist die Chassis-Bandbreite eine entscheidende Anforderung, die sich auf die Gesamtleistung und Skalierbarkeit auswirkt. Die meisten Daten in einem PXI-Express-System fließen durch das Chassis. Daher ist die Auswahl eines Chassis, das den aktuellen Anforderungen entspricht und Raum für zukünftiges Wachstum bietet, eine der wichtigsten Entscheidungen bei der Systementwicklung.

​Jedes PXI-Express-Chassis verwendet eine PCI-Express-Schnittstelle, um Daten zwischen dem System-Controller und den PXI-Modulen in jedem Slot zu übertragen. Diese Schnittstelle bestimmt, wie schnell sich Daten zu jedem Modul oder von jedem Modul übertragen werden können, definiert durch zwei Schlüsselspezifikationen: Generation und Lane-Breite.  

​Um zu verstehen, wie diese Schnittstelle die Bandbreite Ihres Systems definiert, ist es wichtig, mit den folgenden Schlüsselkonzepten vertraut zu sein, die in Abbildung 2 dargestellt sind:

• Bandbreite pro Slot: Die maximale Datenübertragungsrate zwischen einem einzelnen Modul und der PXI-Chassis-Backplane, die durch die PCI-Express-Generation und die Lane-Breite des jeweiligen Slots festgelegt wird.
• ​PXIe-Segmente: Gruppen von PXI-Slots, die von speziellen PCI-Express-Switches verwaltet werden, die den Datenverkehr verteilen und Bandbreitenengpässen zwischen Chassis und Controller vermeiden.
• ​Maximale Systembandbreite: Gesamte Datendurchsatzkapazität der Chassis-Backplane zur gleichzeitigen Übertragung von Daten zwischen allen Modulen oder Segmenten und dem System-Controller.
• ​Link-Geschwindigkeit: Die Datenrate der PCI-Express-Schnittstellenverbindung zwischen zwei Systemelementen, mit der festgelegt wird, wie schnell Daten übertragen werden können.

​Abbildung 2: PXI-Express-Backplane-Architektur: Bandbreite pro Slot, Segment und System

​Um zu verstehen, wie sich die Bandbreite des PXI-Chassis auf die Leistung auswirkt, folgen Sie im nächsten Abschnitt dem Pfad der Daten vom Modul zum Controller und veranschaulichen Sie jede Phase der Reise und wie die Backplane die Hochgeschwindigkeitskommunikation erleichtert. Diese Perspektive zeigt, warum Bandbreite wichtig ist und wie sie die Gesamteffizienz des Systems beeinflusst.

Bandbreite pro Slot

Bandbreite pro Slot wird festgelegt, wie viele Daten ein einzelnes Modul über seine PCI-Express-Verbindung übertragen kann. Je nach Chassis-Ausführung kann die Bandbreite pro Slot zwischen 250 MB/s und 8 GB/s pro Richtung liegen (siehe Tabelle 1). 

^{Tabelle 1: Maximale Bandbreite pro Slot in NI-PXIe-Chassis basierend auf Generation und Lane-Breite}

Hinweis: Die dargestellten Werte stellen die maximale PCI-Express-Bandbreite pro Slot dar. In der Praxis halten Gen 1 und Gen 2 aufgrund von Kodierungsoverhead üblicherweise etwa ~200 MB/s pro Lane, während Gen 3 viel näher an ihren Nenngrenzwerten arbeitet.

Die meisten Testsysteme erfordern jedoch, dass mehrere Module gleichzeitig Daten streamen. In diesem Fall wird der Gesamtdurchsatz nicht mehr nur durch die Leistung einzelner Slots begrenzt, sondern hängt auch von der Gesamtbandbreite über die Chassis-Backplane ab.

Das Verständnis der typischen Datenraten verschiedener Gerätetypen hilft zu verdeutlichen, warum es auf die Gesamtbandbreite ankommt. Wenn Module zusammenarbeiten, kann sich der kombinierte Datenfluss schnell der Kapazität der Backplane annähern oder diese überschreiten. Tabelle 2 enthält eine Referenz für gängige Gerätedatenraten.

^{Tabelle 2: Bandbreite pro Modul}

Es ist wichtig zu beachten, dass ältere, hybridkompatible PXI-Module mit dem ursprünglichen parallelen PCI-Bus und nicht mit PCI Express arbeiten. Obwohl die theoretische Grenze für diesen Bus bei 132 MB/s liegt, liegt der kontinuierliche Durchsatz in der Regel näher bei ~100–110 MB/s, egal in welchem Chassis sie sich befinden. Da PCI ein gemeinsam genutzter Bus ist, teilen sich alle Module im selben PXI-Segment diese Bandbreite. 

Einige PXI-Express-Chassis, in der Regel mit höherer Anzahl von Slots, teilen die PCI-Express-Backplane in zwei oder mehr Segmente, von denen jedes durch einen eigenen PCI-Express-Switch verwaltet wird. Diese Multisegmentarchitektur erhöht den Gesamtdatendurchsatz, indem PCI-Express-Lanes auf separate Switches verteilt werden (siehe Abbildung 3).

^{Abbildung 3: PXI-Express-Backplane-Architektur: Bandbreite per Slot, aggregierte Bandbreite und Segment-zu-Segment-Bandbreite}

Der NI-Peer-to-Peer-Treiber (NI-P2P) kann Hochgeschwindigkeits-Datenpfade zwischen unterstützten Geräten innerhalb eines Segments erstellen, ohne Systemressourcen außerhalb des Segments zu belasten, z. B. durch die Vermeidung von Bandbreitenbelastung zum Systemcontroller-Slot. Weitere Informationen finden Sie im folgenden Peer-to-Peer-Abschnitt.

Zu verstehen, wie diese Segmente Bandbreite teilen und zuweisen, ist entscheidend für den Entwurf von Systemen, die auch bei parallel arbeitenden Messgeräten hochratige Datenströme und skalierbare Leistung aufrechterhalten.

Systembandbreite

​Neben der Bandbreite pro Slot ist eine weitere wichtige Spezifikation für PXI-Express-Chassis die maximale Systembandbreite. Diese Spezifikation bezieht sich auf die Gesamtsumme aller PCI-Express-Lanes, die vom Chassis mit dem Systemcontroller verbunden sind, sowie deren gemeinsame maximale Datenübertragungsrate. 

​Sie können diese Informationen auf verschiedene Arten finden:

• ​Wenn Sie wissen, wie viel Systembandbreite Sie benötigen, aber nicht wissen, welches PXI-Chassis-Modell am besten passt, besuchen Sie die PXI-Chassis-Kategorieseite und filtern Sie nach maximaler Systembandbreite. Ein Beispiel für gefilterte Ergebnisse finden Sie in Abbildung 4. 

^{Abbildung 4: Nach maximaler Systembandbreite gefiltertes PXI-Express-Chassis-Portfolio}

• ​Wenn Sie das PXI-Express-Chassis-Modell von NI kennen, aber nicht sicher sind, wo die maximale Systembandbreite zu finden ist, lesen Sie die Hauptproduktseite. Ein Beispiel ist in Abbildung 5 dargestellt. 

^{Abbildung 5: Produktseite zu NI-PXIe-1088}

​Um das gesamte PXI-Chassis-Portfolio zum Vergleich anzuzeigen, empfehlen wir die PXI-Chassis-Broschüre.

Einfluss der Controller-Bandbreite

​Wenn Daten zu oder von den Messgeräten im Chassis und durch die Backplane übertragen werden, kann der Slot des System-Controllers zu einem potenziellen Engpass werden. Diese Situation tritt auf, da die maximale Systembandbreite die Obergrenze für das Ein- und Austreten von Daten in den Host-PC festlegt. Dort befindet sich der Host-Speicher und somit die Anwendungssoftware des Systems. Es ist wichtig, dass das Chassis nicht nur für jedes einzelne I/O-Modul und die von ihm über die Rückwandplatine zu streamende Datenmenge geeignet ist, sondern auch für die gesamte Datenmenge, die während der Spitzenauslastung aller Instrumente kombiniert durch den Systemcontroller-Slot (typischerweise einen PXI‑Express‑Controller, aber auch ein Ferncontroller mit MXI‑Express‑Kommunikation) hin- und herübertragen werden muss.

​Der Systemcontroller selbst ist auch ein Schlüsselelement für das Ein- und Auslesen von Daten im Host-Speicher, wo der Anwendungscode üblicherweise ausgeführt wird (siehe Abbildung 6). Daher empfiehlt es sich, ähnliche Auswahlkriterien auf den PXI-Express-Controller anzuwenden wie auf das PXI-Express-Chassis. Eine sorgfältige Planung stellt sicher, dass Sie überall die erforderliche Bandbreite haben. Wie Sie den richtigen Controller für Ihre Anwendung auswählen, erfahren Sie unter Maximierung der PXI-Systemleistung: Auswahl des richtigen PXI-Embedded-Controllers. 

^{Abbildung 6: PXIe-Backplane-Architektur: Datenfluss zwischen Systemcontroller und PXIe-Chassis-Segmenten}

BackplaneArchitektur und Bandbreitenplanung

Verschiedene PXI-Express-Chassis haben unterschiedliche Anzahl von Slots, unterschiedliche Verbindungsgeschwindigkeiten zwischen Slot und Chassis, unterschiedliche Segment-zu-Slot-Zuordnungen, Verbindungsgeschwindigkeiten zwischen Segmenten und unterschiedliche und sogar asymmetrische Geschwindigkeiten zwischen dem Systemcontroller-Slot und den verschiedenen Chassis-Segmenten. Nehmen Sie sich Zeit, um den Bandbreitenbedarf an jeder Stelle des Systems zu verstehen, und wählen Sie ein Chassis, das Ihnen einen deutlichen Spielraum lässt – sowohl um Protokoll-Overhead leichter ausgleichen zu können, als auch um sich später im Lebenszyklus des Systems an veränderte Bedingungen anpassen zu können. Wir empfehlen, mit zwei bis drei Mal mehr Bandbreite zu planen, als Sie benötigen.

​Detaillierte Informationen zu einer Chassis-Backplane finden Sie unter:

1. ​Gehen Sie zur Hauptproduktseite.
2. ​Wechseln Sie zu Dokumentation > Allgemeines und Bedienung > Benutzeranleitung. 
3. ​Öffnen Sie in der Benutzeranleitung das Inhaltsverzeichnis und navigieren Sie zu Backplane-Übersicht > Slots für PXI-Express-Hybrid-Module.

^{Abbildung 7: Beispiel für PCI-Express-Backplane-Diagramm des Typs PXIe-1088}

​Das Diagramm in Abbildung 7 zeigt, dass die Slots 4, 6 und 8 alle eigene x4-Verbindungen mit dem Systemcontroller-Slot haben, während die Slots 2, 3, 5, 7 und 9 jeweils eine x1-Verbindung mit einem PCI-Express-Switch haben und dann eine x4-Verbindung mit dem Systemcontroller teilen. Bei Hybridmodulen, die PCI verwenden, teilen sich außerdem die Slots 2 bis 5 eine Verbindung mit dem PCI-Express-Switch über die PCIe-zu-PCI-Brücke #1, während die Slots 6 bis 9 eine Verbindung mit dem PCI-Express-Switch über die PCIe-zu-PCI-Brücke #2 teilen.

​Wenn es nicht möglich oder wünschenswert ist, alle Daten über den Systemcontroller zu übertragen, gibt es alternative Möglichkeiten, den Datenübertragungsbedarf des Systems zu reduzieren. Verschiedene Verfahren haben verschiedene Vor- und Nachteile, aber sie sind wichtige Werkzeuge, die bei Anwendungen mit hoher Datenrate zu beachten sind. Lassen Sie uns einige der Techniken erkunden.

Lastverteilung zwischen PXI-Express-Segmenten

​Wenn ein System mehr Bandbreite erfordert, als ein einzelner Bus gleichzeitig verarbeiten kann, sollten Sie die hochbandigen I/O-Geräte zwischen den Segmenten aufteilen, damit die Datenübertragungsanforderungen zwischen den Segmenten ausgeglichen sind. 

​Der erste Schritt bei der Auslegung unter Berücksichtigung der Segmente besteht darin, im Benutzerhandbuch des Chassis nachzuschlagen, um zu erfahren, welche Segmente vorhanden sind und wie viel Bandbreite jedem Segment für die Kommunikation mit dem Controller zugewiesen ist. Beispielsweise enthält der Abschnitt Backplane-Übersicht im Handbuch des NI-PXIe-1092 das Diagramm in Abbildung 8, das die Verbindungsgeneration und Lane-Anzahl von den Peripherie-Slots (Slots 2–9) zum Systemcontroller-Slot (Slot 1) darstellt:

^{Abbildung 8: PCI-Express-Backplane-Diagramm des Typs PXIe-1092}

​Abbildung 8 zeigt, dass jeder Slot eine x8-Verbindung der Generation 3 mit einem Switch hat und dass der Systemcontroller eine x8-Verbindung der Generation 3 mit dem ersten Segment (Virtueller Switch 0, der die Slots 2–4 abdeckt) und eine x16-Verbindung der Generation 3 mit dem zweiten Segment (Virtueller Switch 1, der die Slots 5–9 abdeckt) hat. Hier ist eine kurze Zusammenfassung einiger relevanter Spezifikationen aus den Handbüchern für mehrere PXI-Express-Chassis:

^{Tabelle 3: Datenübertragungsvergleich von NI-PXIe-Chassis}

Datenverarbeitung im Messgerät

​Viele NI-Messgeräte verfügen über konfigurierbare Logik wie NI FlexRIO sowie rekonfigurierbare Geräte, die FFTs oder andere Formen intelligenter Datenverarbeitung durchführen können, bevor die Daten über den PCI-Express-Bus übertragen werden. Durch diese Vorverarbeitung kann die erforderliche Bandbreite von Chassis und Controllern stark reduziert werden.

Peer-to-Peer-Streaming

​Viele der schnelleren NI-Geräte unterstützen Daten-Streaming direkt zwischen Geräten, ohne den Host-Speicher zu durchlaufen oder sogar ihr PXI-Express-Bussegment über eine API namens NI-P2P zu verlassen. Der Einsatz von NI-P2P kann besonders hilfreich sein, wenn umfangreiche Daten in Echtzeit verarbeitet werden müssen, die von mehreren Messgeräten stammen – oder wenn das I/O-Modul selbst nicht über ausreichende interne Verarbeitungsressourcen verfügt, ein NI PXI Express-Coprozessor wie der PXIe-7903 oder PXIe-7915 dies jedoch leistet. Wenn NI-P2P eine gute Lösung für das System ist, ist es hilfreich, die Messgeräte, die Daten austauschen müssen, im selben Segment desselben Chassis zu halten, da es die Belastung benachbarter Bussegmente reduziert und einen geringeren Overhead durch die PCI-Express-Switches verursacht. Weitere Informationen finden Sie in Eine Einführung in das Peer-to-Peer-Streaming.

DMA-FIFOs zum Host-Speicher

​Bei Geräten, die direkten Speicherzugriff (DMA) auf Host-Speicher unterstützen, kann DMA eine sehr hilfreiche Möglichkeit sein, den Host-Prozessor nicht zu belasten, um alle Speicher-I/O in Echtzeit zu verwalten. Normalerweise würde der Host alle Schreib- und Lesevorgänge in den Speicher direkt verwalten, aber DMA ermöglicht es dem Host, eine direkte Verbindung zwischen einem zugewiesenen Teil des Speichers und dem Gerät herzustellen, das gestreamt werden muss, so dass die Belastung des Hosts eher nach einem einmaligen Konfigurationsschritt als nach einer kontinuierlichen Speicherverwaltung aussieht. Diese Strategie kann eine tiefgreifende Leistungsverbesserung bewirken, indem die Ausführung der Anwendungssoftware von einem großen Teil des Datenübertragungs-Overheads entkoppelt wird.

In diesem Abschnitt werden wir einige Testsystembeispiele zusammen mit den Gründen für die ausgewählten Produkte besprechen. 

Beispiel für Mischsignal- und DAQ-Auswahl

​Sehen wir uns ein Beispiel-Testsystem an und sehen, wie wir mit der Auswahl der I/O beginnen und von dort zur Chassis-Auswahl und schließlich zur Auswahl der Slots für die I/O-Geräte im ausgewählten Chassis übergehen.

​Lassen Sie uns zunächst eine Liste der I/O-Geräte in unserem Beispielsystem zusammen mit ihren theoretischen Datendurchsatzanforderungen erstellen. 

​Die maximale Datenrate für ein Modul ist gegeben durch: 

​Aus Gründen des Beispiels wählen wir in Tabelle 4 einige beliebige Kanalanzahlen und Raten aus.

^{Tabelle 4: Mischsignal- und DAQ-PXI-Module} 

​Beachten Sie, dass die Raten und Kanalanzahl von der Wahl des Systementwicklers in der Anwendung abhängen, aber die Datenbreite und die geräteeigene Puffergröße (wir werden im nächsten Schritt darauf eingehen) Spezifikationen des Moduls und/oder Treibers sind. 

​Die PXIe-5423-Spezifikationen geben beispielsweise an, dass die DAC-Auflösung 16 Bit beträgt.

^{Abbildung 9: PXIe-5423-Analogausgangsspezifikationen} 

​Hinweis: Standardmäßig füllen DAQ-Module wie PXIe-6396 Samples bis zu 16 Bit oder 32 Bit auf, um Latenz und Overhead-Leistung zu erzielen. Obwohl das PXIe-6396 also Samples mit 18-Bit-Auflösung enthält, verwendet es 32 Bit auf dem Bus, es sei denn, Sie aktivieren die integrierte Komprimierung, was die Sample-Latenz beeinträchtigen kann. 

​In den PXIe-5172-Spezifikationen wird beispielsweise angegeben, dass der integrierte Speicher (der als Puffer für Samples verwendet wird) bei der 8-Kanal-Version 1,5 GB beträgt.

^{Abbildung 10: PXIe-5172-Spezifikationen für Onboard-Speicher} 

​Da einige dieser I/O-Geräte möglicherweise große Mengen an Durchsatz erzeugen (bis zu 4 GB/s), wissen wir, dass die Datenraten möglicherweise groß genug sind, um harte Anforderungen an unsere Chassis-Auswahl zu stellen. Diese Anforderung bedeutet, dass wir tiefer graben müssen, bevor wir herausfinden, welche Chassis gut passen. Wir wollen eine zwei- bis dreimal höhere Bandbreite als der maximale Durchsatz, den das System benötigt (sofern möglich), damit wir Bus-Overhead und zukünftige Upgrades problemlos überwinden können, ohne das System neu konfigurieren zu müssen.

​Der nächste Schritt, um die Datenübertragungsanforderungen dieser Anwendung zu verstehen, ist herauszufinden, ob eines dieser Geräte Daten in dieser Anwendung streamen muss. In der Regel wird dies in zwei Teilen gelöst: erstens durch Überlegen, ob die Dauer der Erfassung/Erzeugung die geräteeigene Puffergröße überschreitet, und zweitens durch Festlegen, ob die Anwendung das Streaming von Daten zwischen Geräten mit bestimmten Latenzanforderungen erfordert.

​Um zu berechnen, wie groß ein Puffer ist, nehmen wir die Dauer der Erfassung oder Erzeugung mit der längsten Dauer und multiplizieren die maximale Datenrate, um die Größe des Datenstroms zu bestimmen. Dann vergleichen wir die Größe des Datenstroms mit der Größe des geräteeigenen Puffers. Wenn wir beispielsweise PXIe-6569 für kurze Sessions von jeweils 10 ms verwenden, würden wir für die oben berechneten Raten 0,010s × 5 GB/s = 50 MB für den Ausgangspuffer und 0,010s × 4 GB/s = 40 MB für den Eingangspuffer verwenden. Das sind insgesamt 90 MB. Das PXIe-6569 verfügt über 4 GB Onboard-DRAM, so dass bei diesen Raten und Kanalanzahlen und einer Dauer von 10 ms der Onboard-Speicher ausreichend groß ist, um als Puffer zu dienen, ohne sich um die PCI-Express-Busbandbreite kümmern zu müssen. Im Wesentlichen werden die Ausgangsdaten im FPGA des Geräts vorgeladen oder erzeugt und die Eingangsdaten können vom Gerät übertragen werden, wenn die Erfassung abgeschlossen ist, ohne den geräteeigenen Puffer zu überlasten. Das heißt, die Backplane muss nicht so schnell sein wie das Gerät, da sie die Daten vorher zum Schreiben von Daten oder danach zum Lesen von Daten verschieben kann. Wenn die Dauer der Erfassung/Erzeugung jedoch die karteneigene Pufferkapazität überschreitet, wissen wir, dass unsere Backplane Daten mit Raten streamen muss, um mit dem Gerät Schritt zu halten. 

​Wie bereits beschrieben, müssen wir auch die Latenz berücksichtigen. Muss die Anwendung Daten an den Host oder an ein anderes Gerät mit bestimmten Latenzanforderungen übertragen? Wenn eine Latenz erforderlich ist, besteht eine gute Chance, dass wir Daten in Echtzeit zwischen dem Host und unserem Gerät streamen müssen. Das wäre auch ein Grund, warum die Bandbreite der Backplane mit dem Gerät Schritt halten muss – selbst wenn wir genügend Pufferkapazität haben, um uns keine Sorgen über Streaming-Bandbreite zu machen.

​Nehmen wir für dieses Beispiel an, wir haben das Design bewertet und herausgefunden, welches dieser Messgeräte auf Streaming über die Backplane in Echtzeit basiert. 

^{Tabelle 5: Streaming-Anforderungen für Mischsignal- und DAQ-PXI-Module}

​Darüber hinaus sollten wir verstehen, ob diese Streams simultan sind. Nehmen wir für dieses Beispiel an, dass sie tatsächlich gleichzeitig erfolgen müssen. 

​An diesem Punkt wissen wir genug, um Anforderungen an unsere Chassis-Auswahl zu stellen. Wir benötigen ein Chassis, das mindestens 2,9 GB/s (Eingang) und 2,5 GB/s (Ausgang) gleichzeitig unterstützt. Da Ein- und Ausgabe bei der Busauslastung weitgehend unabhängig sind (es gibt einen gewissen Unterschied im Bus-Overhead, den wir in diesem Beispiel vernachlässigen), können wir unsere Anforderung auf die anspruchsvollere Rate von 2,9 GB/s (Eingang) konzentrieren. Das bedeutet, dass wir im Idealfall ein Chassis mit der zwei- bis dreifachen maximalen Steckplatz- und Systembandbreite verwenden würden, die ~6–9 GB/s betragen würde. Daher suchen wir nach einem Chassis mit einem Slot-Anschluss der Generation 3 x8 (8 GB/s). Diese Kriterien verfeinern unsere Auswahl an Chassis des Typs PXIe-1085, PXIe-1092 und PXIe-1095.  

​Da unsere Anwendung 10 Slots für Messgeräte erfordert, ist das PXIe-1092, das nur acht Slots für Messgeräte hat, ebenfalls ausgeschlossen. Wir würden also zwischen dem PXIe-1085 und dem PXIe-1095 wählen.

​Wenn die Anwendung kein Streaming mit diesen Raten vom PXIe-6593 erfordert, könnte dies unsere Liste der geeigneten Chassis um das PXIe-1084 oder PXIe-1086 erweitern – was für die 336 MB/s des PXIe-6396 ausreichen würde. 

​Wenn das System stattdessen zusätzlichen simultanen Streaming-Bedarf hätte, z. B. drei Einheiten des PXIe-6593 aus diesem Beispiel statt nur einer. Sie würden einzeln in die PCIe-Generation 3 x8 pro Slot passen, aber zusammen die Kapazität einer Gen 3 x8-Verbindung vom Segment zum Controller überschreiten. Wir müssten überlegen, wie wir diese datenstromintensiven Module auf mehrere Segmente verteilen und sicherstellen, dass wir genügend Gesamtbandbreite zum Systemcontroller haben. In diesem Fall bräuchten wir ein PXIe-1085- oder PXIe-1095-Chassis und ein PXIe-6593-Chassis in dem Segment, das eine x8-Verbindung der Generation 3 zum Systemcontroller hat. Die anderen beiden würden in das Segment gehen, das die Verbindung der Generation 3 x16 mit der Systemcontroller hat.

DAQ-Beispiel

​Ein weiteres Beispiel ist ein HIL-basiertes DAQ-System, das sich um das NI PXIe-6357 dreht. In diesem Beispiel benötigen wir 2000 analoge Eingangskanäle, 10 analoge Ausgangskanäle und 120 statische digitale Eingangskanäle und 80 digitale Ausgangskanäle. Wir sagen auch, dass unsere Anwendung eine Schleifenrate von 1 ms hat. Wir wollen also bei 1.000 Hz abtasten.

^{Tabelle 6: Kanalanzahl und Datenraten von HIL-optimierten DAQ-Systemen}

​In diesem Beispielsystem gibt es eine große Kanalanzahl, aber keinen massiven Datendurchsatz. Alle Eingänge addieren sich auf 4,15 MB/s und alle Ausgänge auf 0,12 MB/s. Dies ist ein geringer Durchsatz, der mit jedem PXIe-Chassis von NI möglich ist. 

​Da wir jedoch das PXIe-6357 mit einem Bedarf von 2.000 Analogeingangskanälen verwenden, benötigen wir mindestens 10 Einheiten des PXIe-6357, was uns in Richtung eines Chassis mit mindestens 10 verfügbaren Slots für die Instrumentierung schieben würde.

​Basierend auf dieser Anforderung können wir zwischen den Chassis PXIe-1081, PXIe-1084, PXIe-1085, PXIe-1086 und PXIe-1095 wählen und sicher sein, dass wir die Datenübertragungsanforderungen der Anwendung mit jedem dieser Chassismodelle erfüllen können.

Die Wahl eines Chassis ist ein Schlüsselelement des modularen Testsystems. Bei PXI-Modulen kann sich dies auf Größe, verfügbare Leistung pro Slot, Timing- und Sync-Funktionen, Unterstützung für PXI-Hybridmodule, Betriebsbedingungen und Datenübertraggungsfunktionen auswirken. Eine effiziente Datenübertragung innerhalb des Chassis ist von grundlegender Bedeutung für eine zuverlässige Leistung in PXI-basierten Testsystemen. 

Die Auswahl des richtigen PXI-Express-Chassis für die Datenbewegung erfordert sowohl die Berücksichtigung einzelner Module im System als auch den Gesamtsystemdurchsatz. Ingenieure sollten die Bandbreitenanforderungen pro Slot evaluieren, die Segmentverteilung verstehen und eine ausreichende Systembandbreite sicherstellen, um alle Geräte zu unterstützen, die gleichzeitig arbeiten. Ebenso wichtig ist die Auswahl eines PXI-Express-Controllers, der den Chassis-Funktionen entspricht.

Um Engpässe beim Datenaustausch zu vermeiden, bietet NI verschiedene Strategien an, z. B. die Lastverteilung zwischen PXI-Express-Segmenten, die Verwendung von Peer-to-Peer-Streaming (P2P) für die direkte Kommunikation mit Geräten und die Nutzung der geräteeigenen oder FPGA-basierten Verarbeitung, um die Datenverarbeitung vom Host abzukoppeln.

PXI-Systeme, die auf der modularen Plattform von NI aufgebaut sind, bieten bei entsprechender Planung eine robuste Grundlage für skalierbare Testanwendungen mit hohem Durchsatz. 

So wählen Sie das richtige NI-PXI-Chassis für Ihre Anwendung aus:

• Auf der PXI-Chassis-Shopseite können Sie nach der maximalen Systembandbreite​ filtern.
• Für einen vollständigen Vergleich des PXI-Chassis-Portfolios laden Sie die PXI-Chassis-Broschüre herunter.
• Wenn Sie das Chassis-Modell bereits kennen, lesen Sie die Produktseite.
• Detaillierte Backplane-Diagramme und Bandbreitenspezifikationen finden Sie im Benutzerhandbuch des Chassis-Modells. Öffnen Sie es über die Hauptproduktseite des Modells > Dokumentation > Allgemeines und Bedienung > Benutzeranleitung > Backplane-Übersicht > Slots für PXI-Express-Hybrid-Module.

Wir bieten ein umfassendes Portfolio an PXI-Express-Chassis, -Controllern und -Modulen von NI sowie kompetenten Support, um Ihnen bei der Entwicklung von Systemen zu helfen, die den heutigen Anforderungen und der Skalierung von morgen entsprechen. Entdecken Sie unsere Ressourcen oder setzen Sie sich mit einem Ingenieur von NI in Verbindung.

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