Ventaja de NI GPIB

Durante más de dos décadas, ha habido dos buses predominantes para el control de instrumentos: el bus serie RS232, utilizado principalmente para controlar instrumentación científica y analítica, y el IEEE 488 GPIB, utilizado principalmente para controlar equipos de prueba y medición tradicionales.

Si bien los puertos RS232 han estado disponibles en computadoras de escritorio y portátiles en todo el mundo, el control de instrumentos a través de GPIB requiere el uso de hardware controlador especial. Al considerar las opciones de hardware de control de instrumentos, muchos científicos e ingenieros a menudo hacen la elección únicamente en función del precio, asumiendo incorrectamente que las interfaces GPIB son una mercancía y que todos los controladores son iguales.

En este informe técnico, se examinan tres diferenciadores clave para el hardware del controlador GPIB y se explican las características de hardware y software que pueden hacer mejoras significativas en todas las áreas de sus sistemas de prueba y medición, desde un desarrollo de aplicaciones más productivo y eficiente hasta una ejecución de aplicaciones más rápida y confiable, pasando por la depuración y el mantenimiento sin preocupaciones.

Al comprar un controlador GPIB para su sistema de control de instrumentos, recuerde que en tres áreas clave, los controladores NI GPIB ofrecen beneficios que pueden ayudarle a ahorrar tiempo y dinero durante toda la vida útil de su sistema, desde el desarrollo hasta la producción y el mantenimiento. Estas tres áreas son:

• Rendimiento - Con un rendimiento de hardware incomparable y un software de controlador altamente optimizado, puede ejecutar más pruebas en un menor tiempo, aumentando su eficiencia general y ayudándole a crear más productos y generar más ingresos
• Fiabilidad: la fiabilidad del hardware y el software le brinda la tranquilidad de que su sistema funcionará sin errores durante largos períodos de tiempo sin interrupciones. Esta confiabilidad resulta en menos tiempo de inactividad, ahorrándole tiempo y dinero
• Productividad: herramientas de configuración, solución de problemas y depuración, soporte técnico de clase mundial, una interfaz de programación de aplicaciones (API) estándar de la industria de facto que ha aumentado en rendimiento y eficiencia, pero sin cambios en la experiencia del usuario durante más de 20 años, y el soporte más amplio del sistema operativo se encuentran entre las muchas características que le brindan el entorno de desarrollo más productivo, lo que garantiza que pueda crear sus aplicaciones con el mínimo tiempo y esfuerzo, ahorrándole nuevamente un valioso tiempo y ayudándole a introducir productos más rápido

Para el resto de este informe técnico, nos centramos en estas tres áreas críticas para el hardware del controlador GPIB y analizamos las características específicas del hardware y software de NI GPIB que le brindan claras ventajas en cada una de ellas. Además, proporcionamos una comparación con otros productos de hardware GPIB no NI y examinamos los beneficios de una solución NI, tanto en tiempo como en dinero.

Antes de continuar, es muy importante señalar que, aunque cada una de estas tres áreas se discute por separado, no es posible dividirlas completamente. Por ejemplo, para que un conductor proporcione alta fiabilidad y robustez, puede incurrir en gastos generales internos adicionales que podrían afectar negativamente al rendimiento. Tener la mejor combinación GPIB Software y hardware es tener un delicado equilibrio de características que proporciona el óptimo rendimiento, fiabilidad y productividad.

Al evaluar el rendimiento general del hardware GPIB, la especificación más obvia es el rendimiento nominal de la placa. Por ejemplo, ¿tiene la placa un rendimiento máximo de 700 kB/s, 1,5 MB/s u 8 MB/s? Sin embargo, además de esa calificación, hay varios otros factores importantes que examinar que ahora se exploran con más detalle. Estos factores se pueden combinar en dos áreas: 1) velocidad del hardware, y 2) velocidad del conductor.

Velocidad del hardware

La calificación de rendimiento máximo en una placa es muy importante porque indica el rendimiento más rápido en el que la placa puede transferir datos a través del GPIB. Cuanto más rápida sea la transferencia, más datos se pueden transferir en un período de tiempo más corto. Esto puede ser muy importante en un entorno de prueba de producción donde la reducción del tiempo de prueba del producto en unos pocos milisegundos puede resultar en ahorros de costos significativos. También es importante observar qué tan rápido una placa GPIB puede transferir datos bajo diferentes tamaños de transferencia. Por ejemplo, ¿funciona la placa también usando bloques de datos pequeños y bloques de datos grandes? ¿Qué tan consistente es la respuesta de rendimiento de la placa en un rango de tamaños de bloque de transferencia de datos? La figura 1 muestra el rendimiento del NI PCI-GPIB para varios tamaños de bloque de datos.

Figura 1. Rendimiento de una Junta Directiva PCI-GPIB

Como puede ver en el gráfico, la tasa de transferencia máxima NI PCI-GPIB es de más de 1,5 MB/s y alcanza una tasa de transferencia superior a 1 MB/s para un tamaño de bloque de transferencia de 500 B, un tamaño de transferencia bastante común. Además, incluso con tamaños de bloque de transferencia inferiores a 500 B, la placa sigue funcionando muy bien.

NI logra este aumento en el rendimiento confiando en los ASIC GPIB diseñados a medida. Todo el hardware de NI diseñado desde 1997, ha utilizado un NI TNT GPIB ASIC. Además de los circuitos NAT4882 personalizados necesarios para realizar las funciones de controlador/hablante/oyente IEEE 488.2, los ASIC NI TNT incorporan el núcleo Turbo488 para mejorar el rendimiento, así como los transceptores GPIB necesarios. Además, los ASIC NI TNT incluyen una FIFO integrada y son capaces de transferencias DMA, lo que ahorra tiempo a la CPU porque la PC puede centrarse en otras tareas mientras se realiza una transferencia GPIB.

Por el contrario, muchos otros proveedores de GPIB utilizan la funcionalidad GPIB en FPGA. Sin embargo, las FPGA no incorporan ninguna de las características de mejora del rendimiento disponibles en los ASIC de NI TNT. Además, muchas placas de bajo costo ofrecen una mala velocidad de hardware porque no son capaces de DMA y no incluyen FIFOs a bordo.

Los ASIC NI TNT también proporcionan características adicionales que mejoran el rendimiento. Los ASIC NI TNT proporcionan una adherencia exacta a los tiempos de retraso IEEE 488.1 T1, garantizando que los instrumentos no pierdan datos y que las transferencias se realicen de la manera más eficiente posible. Además, los ASIC NI TNT proporcionan tiempos de respuesta increíblemente rápidos a las señales de apretón de manos. Por último, los ASIC NI TNT ofrecen el protocolo de apretón de manos de alta velocidad, HS488, definido por la Norma IEEE 488.1-2003. El protocolo HS488 define velocidades de transferencia de datos de hasta 8 MB/s. Los usuarios pueden aprovechar HS488 si conectan su controlador NI GPIB a un instrumento con capacidad HS488.

Una comparación del rendimiento de hardware del NI PCI-GPIB con los controladores GPIB basados en PCI de otros proveedores muestra una clara ventaja de NI. Además de las prestaciones nominales de los fabricantes, se estableció una prueba en la que una unidad bajo prueba que se cargaba con una carga electrónica programmable y su respuesta se leía mediante un osciloscopio. Estos instrumentos eran controlados por una aplicación de software muy simple. La aplicación era flexible y podía enviar y recibir datos hacia y desde los instrumentos en bloques pequeños, bloques grandes y una mezcla de ambos. La comparación del rendimiento del hardware NI GPIB frente a las placas GPIB de menor costo mostró que, dependiendo de la placa que se utilizara, se podría lograr una mejora del rendimiento del 5 al 30 por ciento. Esta es una ventaja significativa. Por ejemplo, durante un turno de 10 horas, con un tiempo de prueba de 20 s por dispositivo, una mejora del rendimiento del 5 al 30 por ciento se traduce en 110 a 820 dispositivos adicionales probados. Durante una semana laboral de 5 días, esa ventaja se traduce en 570 a 4120 dispositivos adicionales probados.

Velocidad del conductor

Aunque la velocidad del hardware puede ser el factor más importante para determinar el rendimiento general de una placa GPIB, la velocidad del controlador es otro aspecto crucial de la ejecución general de una placa. El diseño de la arquitectura del controlador determina la eficiencia en la gestión de varios tipos de llamadas GPIB, incluidas las transferencias de datos GPIB, así como las llamadas de gestión de bus GPIB y la gestión de errores.

Una tarea importante que maneja el controlador es el sondeo en serie. El estándar GPIB requiere que el controlador sea capaz de realizar un sondeo en serie, donde sondea todos los dispositivos en el bus GPIB y determina qué dispositivo ha solicitado servicio. Una aplicación debe dedicar una cierta cantidad de tiempo de ejecución al sondeo en serie para determinar qué dispositivos del bus requieren servicio. El controlador NI-488.2 implementa esto de una manera muy eficiente, y además, proporciona un mecanismo de autopolling mediante el cual el controlador realiza los sondeos en serie en segundo plano, aprovechando el tiempo de inactividad de la aplicación y el procesador. El autopolling no solo utiliza los recursos del PC de manera más eficiente, sino que al realizar un autopolling, el conductor es capaz de detectar y responder a una solicitud de servicio mucho más rápido de lo que lo haría de otra manera.

Además de la votación, es importante que el conductor sea capaz de realizar transferencias síncronas y asíncronas. Al tener la capacidad de transferir datos asíncronamente, la aplicación de control de instrumentos puede dedicar tiempo del procesador de PC a otras tareas. Por ejemplo, una aplicación puede tener dos bucles simultáneos, uno responsable de las transferencias GPIB y otro que puede realizar otras tareas de análisis o interfaz de usuario.

Por último, debido a que la API de controladores de NI GPIB es el estándar de facto de la industria, los proveedores de GPIB de menor costo suelen suministrar un controlador que utiliza una envolvente alrededor de su controlador que responde a las llamadas al controlador de NI. Debido a que estos desarrolladores de controladores no conocen la arquitectura interna y las complejidades del controlador NI, no son capaces de optimizar el rendimiento de su controlador. El resultado es un mal rendimiento de estos controladores envueltos. Además, los desarrolladores de controladores rara vez proporcionan una envolvente para cada función en el controlador NI, lo que deja algunas aplicaciones con funciones no disponibles.

El segundo factor importante en la elección de una solución GPIB es la fiabilidad, que no se limita solo a la fiabilidad del hardware, sino que se extiende a la fiabilidad del software, así como a la fiabilidad del proveedor.

Fiabilidad del hardware

El uso de hardware altamente confiable es crucial porque normalmente se traduce directamente en ahorros de costos. Si el hardware es confiable y funciona sin problemas, puede evitar el costo del tiempo de inactividad, así como el costo de cambiar el hardware y revalidar sus sistemas. NI hace todo lo posible para garantizar que nuestro hardware GPIB sea extremadamente confiable. Algunas de las cosas que ayudan a garantizar esto son:

• ASIC personalizados - NI utiliza los ASIC TNT personalizados, que incorporan casi 30 años de conocimientos técnicos de GPIB.
• Diseños eficientes - Mediante el uso de ASIC personalizados, NI es capaz de reducir el número total de componentes en cada diseño, disminuyendo así las posibilidades de falla. Por ejemplo, el tiempo medio entre fallos (MTBF) para un determinado producto se calcula generalmente basándose en el MTBF para los componentes individuales. Cuanto menor sea el número de componentes de un producto, mejor será su MTBF.
• Especificaciones ambientales - La mayoría de los hardware NI GPIB están clasificados para funcionar con la misma precisión y fiabilidad a temperaturas que varían de 0 a 55 * C (productos individuales pueden variar). Muchas placas GPIB de terceros están clasificadas de 0 a 40 *C y su funcionalidad difiere más cerca de los bordes de ese rango.
• Especificaciones industriales - El hardware de NI GPIB se adhiere a las especificaciones industriales más recientes, incluyendo IEEE 488.1-2003 y la especificación PCI v 2.1 para el NI PCI-GPIB.
• Eficacia de fabricación - Es importante que su proveedor de GPIB tenga un proceso de fabricación confiable que resulte en un producto de alta calidad. NI ha fabricado productos GPIB durante más de 30 años, optimizando el proceso para aumentar los rendimientos y garantizar productos de la más alta calidad. Como resultado, nuestros productos GPIB tienen tasas de devolución extremadamente bajas.
• Garantía de hardware - El hardware NI GPIB viene con una garantía de tres años para garantizar que en los raros casos en los que un producto no funciona correctamente, no sea responsable de los costos de reparación.

Confiabilidad del software

Disponer de software fiable garantiza un tiempo de inactividad mínimo, así como una mayor variedad de sistemas en los que desarrollar e implementar aplicaciones GPIB. El software controlador NI-488.2 tiene todas las funciones y ha evolucionado a lo largo de muchos años-hombre de desarrollo. Por ejemplo, con NI-488.2 puede desarrollar aplicaciones multihilo, así como las escritas para ejecutarse en sistemas multiprocesador o hiperhilo. El controlador ha sido probado a fondo en esos tipos de sistemas para garantizar un uso fiable e ininterrumpido.

Confiabilidad del proveedor

Por último, su proveedor de GPIB puede desempeñar un papel importante en la fiabilidad general de su aplicación. NI ha estado fabricando productos GPIB durante más de 30 años. Tenemos una gran experiencia en la fabricación de estos productos y un largo historial en el soporte de interfaces antiguas y proporcionando la misma API compatible para esos 20 años. NI también cuenta con la certificación ISO 9001:2000, lo que demuestra que nuestros procesos internos cumplen con los estándares de la industria y garantizan aún más la calidad y confiabilidad de nuestros productos.

Además del rendimiento y la fiabilidad, un factor muy importante a examinar es la productividad. La productividad se puede maximizar tanto en el momento del desarrollo como en el mantenimiento del sistema y las aplicaciones. La productividad se puede lograr utilizando un controlador con todas las funciones, altamente utilizable y arquitectónicamente estable.

Red de controladores de instrumentos (IDNet)

Un controlador de instrumentos es un conjunto de rutinas del software que controlan un instrumento programable.  Instrument Drivers simplifican enormemente el control de instrumentos y reducen el tiempo de desarrollo de programas de prueba al eliminar la necesidad de aprender los comandos de programación para cada instrumento.  NI proporciona controladores para más de 6.500 instrumentos y 300 proveedores diferentes.  Estos Instrument Drivers están escritos para LabVIEW, LabWindows/CVI y/o Microsoft Visual Studio.  Debido a que estos controladores ya han sido creados para usted y están disponibles como descargas gratuitas, su productividad no se verá obstaculizada durante la configuración y podrá comenzar mucho más rápido con su aplicación.

Productividad del desarrollo

El controlador NI GPIB, NI-488.2, proporciona innumerables características que aumentan la productividad del desarrollo y mejoran la usabilidad del controlador. Muchas de estas características son exclusivas de NI-488.2 y no están disponibles con ninguno de los productos GPIB de menor costo disponibles en el mercado.

• Controlador común — NI proporciona un controlador GPIB común que maneja controladores GPIB NI para PCI, PCI Express, PXI, PCMCIA, USB, Ethernet e ISA (PnP). Puede portar fácilmente una aplicación de una plataforma a otra sin tener que reescribir el software.
• Localización de controladores — NI-488.2 está localizado en japonés, coreano, chino simplificado y chino tradicional. ¹ La localización simplifica la instalación de la placa, el funcionamiento del controlador y la programación porque las instrucciones de instalación y el software están en el idioma nativo del usuario.
• Soporte técnico — NI proporciona soporte de clase mundial gratuito a través de amplias opciones de soporte en línea. Garantizar que usted puede obtener respuestas oportunas y precisas a sus preguntas es esencial para garantizar que sus proyectos se ejecuten sin problemas y a tiempo.
• Capacidad de interfaz múltiple — NI-488.2 es uno de los pocos controladores en el mercado que le permite instalar y utilizar más de una interfaz en el mismo sistema. Por ejemplo, puede instalar un PCI-GPIB en GPIB0 y un GPIB-USB-B en GPIB1 para controlar varios instrumentos, independientes entre sí, para aplicaciones que requieren una respuesta de instrumento más predecible. Debido a que el controlador proporciona esta característica, el desarrollo de tales aplicaciones es bastante sencillo. Gracias a esta función, un controlador GPIB puede ser reemplazado por un controlador GPIB de otro tipo sin ningún cambio de software.
• Servicios públicos - NI-488.2 proporciona varios servicios públicos que mejoran considerablemente la productividad del desarrollo.

NI-488.2 Comunicador

Puede utilizar el comunicador NI-488.2 para verificar que puede establecer una comunicación sencilla con su instrumento GPIB. Esta es una utilidad interactiva que le permite escribir comandos en su instrumento y leer las respuestas de su instrumento. Proporciona información detallada sobre el estado de las llamadas NI-488.2 y puede usarla para imprimir código fuente de muestra C que realiza una consulta simple a un instrumento GPIB.

Figura 2: NI-488.2 Communicator verifica rápidamente la conexión de hardware

Control interactivo

Control interactivo o ibic está disponible para una comunicación interactiva más avanzada, pero muy rápida, con sus instrumentos GPIB.  Permite introducir y ejecutar funciones o rutinas GPIB de forma interactiva sin necesidad de utilizar una aplicación de desarrollo o lenguaje de programación.  Al comunicarse con éxito con su instrumento GPIB utilizando la utilidad Control interactivo, puede confirmar rápidamente que su hardware es totalmente capaz de integrarse con su entorno de programación. 

Figura 3: IBIC permite una comunicación GPIB más avanzada

NI I/O Trace

Usando NI I/O Trace, el usuario puede “rastrear” las llamadas del conductor. Esta característica es extremadamente útil para la depuración de aplicaciones.  El NI I/O Trace registra todas las llamadas a nivel de dispositivo y placa con un sello de tiempo. Los desarrolladores pueden detectar de manera fácil y eficiente errores y problemas de sincronización en sus aplicaciones.  Esta utilidad diferencia aún más la funcionalidad del dispositivo NI GPIB y la usabilidad sobre todas las demás.

Figura 4: Ejemplo NI - I/O Trace Capture

Analizador GPIB

Con GPIB Analyzer, puede analizar la actividad física del bus observando todas las señales de establecimiento de contacto GPIB, señales de gestión de interfaz y señales de datos. Esta capacidad es muy útil para la depuración avanzada donde NI I/O Trace solo no puede resolver los problemas. Además, puede analizar los problemas de sincronización de bus con mucho más detalle. El software GPIB Analyzer solo está disponible con placas NI GPIB Analyzer (PCI-GPIB+). Ningún otro proveedor de GPIB ofrece funcionalidades similares.

Figura 5: Captura activa del analizador GPIB con PCI-GPIB+

Integración con productos de NI - NI-488.2 se integra muy bien con otros productos de NI, como LabVIEW, LabWindows/CVI, Measurement Studio para Microsoft Visual Studio y Measurement & Automation Explorer (MAX). Aunque algunos otros proveedores de GPIB proporcionan envolturas de controladores para el controlador NI-488.2, estos controladores suelen estar incompletos, funcionan solo con LabVIEW y no proporcionan ninguna de las utilidades de configuración y depuración disponibles en MAX.

Estabilidad arquitectónica

El controlador NI-488.2 también proporciona una estabilidad arquitectónica sin igual, lo que también contribuye a aumentar la productividad. Debido a que el controlador y la arquitectura del controlador son muy estables, no hay necesidad de que los usuarios pierdan tiempo reescribiendo y depurando aplicaciones cuando desean actualizarlas a una nueva interfaz o sistema operativo. A continuación se enumeran algunas de las características específicas que contribuyen a la estabilidad arquitectónica:

• Compatibilidad API - NI NI-488.2 API el estándar de facto de la industria para la comunicación GPIB.  La API ha mejorado en rendimiento y eficiencia pero sin cambios desde el punto de vista del usuario durante más de 20 años. Con esta estabilidad, las aplicaciones escritas originalmente para una placa ISA en DOS o una placa NuBus en un Macintosh pueden ejecutarse sin cambios con una placa PCI en Windows XP.
• Broad Bus Coverage - NI proporciona controladores GPIB para la mayor variedad de autobuses. Además de los buses populares actualmente como PCI, PCI Express, PXI/CompactPCI, PCMCIA, USB y Ethernet, NI también proporciona controladores para ISA, IEEE 1394, SBus (Sun Solaris), PMC, PC/104 y VME, entre otros. Aunque algunas de estas interfaces requieren una versión separada del controlador NI-488.2, debido a que la API es la misma, aún puede portar aplicaciones de una de las interfaces convencionales a una de estas interfaces especializadas con poco o ningún esfuerzo
• OS Transparency - NI proporciona controladores completos para la mayoría de las interfaces en los sistemas operativos más comunes, como Windows Vista/XP/2000/NT/Me/9x, Linux, Solaris y Mac. NI también proporciona controladores para algunas interfaces en sistemas operativos menos comunes como HP-UX y Tru64 Digital UNIX. Por último, para interfaces y sistemas operativos para los que NI no ofrece un controlador completo, proporcionamos un kit de desarrollo de controladores (DDK) para que pueda implementar el controlador en el sistema operativo de su elección. Una vez más, debido a que la API del controlador es siempre la misma, el usuario puede portar fácilmente aplicaciones entre sistemas operativos e interfaces.
• Disponibilidad de productos - NI no solo proporciona controladores GPIB para la más amplia variedad de autobuses, sino que esos productos continúan estando disponibles durante muchos años después de que el autobús ya no es popular. NI todavía vende interfaces para ISA y SBus, entre otros. Esta característica garantiza que no tenga que pasar tiempo actualizando innecesariamente una aplicación porque una interfaz anterior ya no está disponible.

Este artículo proporciona una visión general de las ventajas que obtiene al usar hardware y software GPIB de NI. Los productos de hardware y software de NI GPIB ofrecen un mejor rendimiento, alta fiabilidad y mayor productividad. El rendimiento se mejora mediante hardware de última generación y software altamente optimizado que maximiza el rendimiento. Los productos NI GPIB ofrecen alta fiabilidad a través de hardware y software estables y más de 30 años como proveedor líder de GPIB. Puede aumentar su productividad utilizando herramientas de desarrollo y depuración fáciles y eficaces, y una arquitectura de software estable.

Los productos NI GPIB ofrecen estos beneficios para que pueda diseñar, desarrollar y probar sus productos de manera más rápida y eficiente. Incluso una pequeña ventaja incremental que resulta de estos beneficios puede, con el tiempo, resultar en ahorros muy grandes tanto en tiempo como en dinero.

• Tutorial de control de instrumentos GPIB
• Mensajes GPIB
• Compatibilidad del sistema operativo de hardware y software de NI
  

¹ localización en coreano, chino simplificado y chino tradicional disponible en NI-488.2 para Windows 2000/XP versión 2.3 y superior. La localización japonesa está disponible actualmente.

Linux® es la marca registrada de Linus Torvalds en EE.UU. y otros países. 

La marca LabWindows se usa bajo una licencia de Microsoft Corporation. Windows es una marca comercial registrada de Microsoft Corporation en los Estados Unidos y otros países.