Qu'est-ce que la Série X ?

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Les matériels de la Série X sont les matériels d'acquisition de données (DAQ) multifonctions les plus avancés jamais conçus par National Instruments. En utilisant le driver logiciel NI-DAQmx simple d'emploi, la Série X intègre des fonctionnalités hautes performances qui couvrent les besoins des applications d'acquisition de données les plus exigeantes. Avec la technologie de cadencement et de synchronisation du NI-STC3, les bus PCI Express haut débit et les drivers logiciels "multicore-ready", la Série X offre un nouveau niveau d'excellence pour les E/S multifonctions basées PC.

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Technologie de cadencement et de synchronisation du NI-STC3

Tout matériel d'acquisition de données multifonction nécessite un circuit de cadencement embarqué pour contrôler des lignes d'E/S analogiques, numériques et de compteurs, et suivre les évolutions des technologies ASIC de cadencement survenues ces dix dernières années. Après trois ans de développement, la famille DAQ de Série X s'enrichit d'une nouvelle technologie NI-STC3 qui offre quatre compteurs améliorés, une base de temps de 100 MHz, ainsi que des options supplémentaires pour le cadencement et le déclenchement des E/S.

 

Quatre compteurs avancés

L'ASIC NI-STC initial, présent sur les matériels de la Série E, incluait deux compteurs 20 MHz avec une résolution de 24 bits. Alors que ces compteurs offraient un niveau élevé de polyvalence, un grand nombre d'opérations comme les mesures d'encodeur ou les PWM (modulation à largeur d'impulsion), nécessitaient les deux compteurs pour mettre en œuvre une seule et unique tâche. Il n'était pas rare d'être à court de compteurs plus tôt que prévu au moment de construire un système d'acquisition de données. En 2004, l'ASIC NI-STC2 a été introduit sur les matériels de Série M et offrait deux compteurs de 80 MHz avec 32 bits de résolution. En plus d'augmenter la vitesse et la résolution, chacun des deux compteurs offrait davantage de fonctionnalités étant donné qu'ils pouvaient être utilisés séparément comme sortie de PWM ou comme voie d'entrée d'encodeur. La nouvelle technologie NI-STC3 franchit un pas supplémentaire, en offrant quatre compteurs de 100 MHz avec une résolution de 32 bits. Non seulement chaque matériel de Série X compte quatre compteurs, mais les opérations qui nécessitaient auparavant deux compteurs, peuvent désormais se faire avec une unique voie de compteur. Par exemple, si vous contrôliez un moteur pas à pas, vous aviez souvent besoin de générer un nombre fini d'impulsions numériques et, auparavant, cela nécessitait l'utilisation d'un compteur pour générer en continu des impulsions ainsi qu'un deuxième compteur pour fenêtrer les impulsions envoyées au moteur. Les compteurs NI-STC3 peuvent accomplir cette tâche avec un seul et unique compteur, ce qui signifie qu'un matériel de Série X peut contrôler, à lui seul, jusqu'à quatre moteurs pas à pas.

 

Base de temps de 100 MHz

La base de temps embarquée de n'importe quel matériel d'acquisition de données sert de rythme cardiaque interne et dirige toute la circuiterie numérique. Tous les matériels, des horloges d'échantillonnage aux lignes de déclenchement, utilisent la base de temps comme référence embarquée pour générer des fréquences d'horloge et cadencer les fronts numériques. La technologie NI-STC3 utilise une nouvelle base de temps de 100 MHz pour le déclenchement analogique et numérique, qui est 5 fois plus rapide que n'importe quel autre matériel DAQ de NI sorti précédemment. Cela signifie que les fréquences d'échantillonnage sont 5 fois plus précises, et les triggers analogiques peuvent réagir dans les 10 ns lorsqu'une condition de déclenchement est remplie.

 

Moteurs de cadencement indépendants pour les E/S analogiques et numériques

Les fonctionnalités avancées de cadencement et de déclenchement sur les matériels d'acquisition de données reposent souvent sur des compteurs embarqués et un routage complexe de signaux pour atteindre des performances spécifiques cadencées de façon matérielle. La technologie NI-STC3 offre des triggers et des horloges d'échantillonnage complètement indépendants pour chaque groupe différent d'E/S sur un matériel multifonction. Des acquisitions redéclenchables, par exemple, nécessitent d'attendre qu'une condition de déclenchement soit remplie, en prenant un nombre fini d'échantillons, puis en réarmant immédiatement le déclenchement pour la prochaine acquisition. Utiliser des appels de fonctions de logiciels drivers pour réarmer le déclencheur risque de faire rater le prochain déclenchement à cause de la latence logicielle. Par conséquent, c'est l'approche cadencée de façon matérielle qui est à privilégier pour garantir les meilleures performances possibles. Dans le passé, les compteurs étaient le seul moyen de mettre en œuvre un redéclenchement cadencé de façon matérielle ; les compteurs servaient à générer un train d'impulsion redéclenchable, qui était ensuite acheminé en interne pour servir d'horloge d'échantillonnage d'entrée analogique. Avec la technologie NI-STC3 sur les nouvelles cartes DAQ de Série X, les voies analogiques n'ont plus besoin d'utiliser des compteurs pour mettre en œuvre des acquisitions redéclenchables et les déclencheurs peuvent se réarmer de façon indépendante sans intervention logicielle. Un autre exemple des nouvelles fonctionnalités de déclenchement indépendant est la nouvelle horloge dédiée pour acquérir et générer des formes d'ondes numériques cadencées de façon matérielle.

 

Module

Entrées analogiques

Vitesse d'échan- tillonnage d'entrée analogique max.

Entrées ana- logiques globales Débit (toutes voies)

Sorties analogiques

E/S numériques

Fréquence d'horloge maximale d'E/S numériques

NI PCIe-6320

16

250 kéch./s

250 kéch./s

0

24

1 MHz

NI PCIe-6321

16

250 kéch./s

250 kéch./s

2

24

1 MHz

NI PCIe-6323

32

250 kéch./s

250 kéch./s

4

48

1 MHz

NI PCIe-6341

16

500 kéch./s

500 kéch./s

2

24

1 MHz

NI PCIe-6343

32

500 kéch./s

500 kéch./s

4

48

1 MHz

NI PCIe-6351

16

1,25 Méch./s

1 Méch./s

2

24

10 MHz

NI PCIe-6353

32

1,25 Méch./s

1 Méch./s

4

48

10 MHz

NI PCIe-6361

16

2 Méch./s

1 Méch./s

2

24

10 MHz

NI PCIe-6363

32

2 Méch./s

1 Méch./s

4

48

10 MHz

NI PXIe-6341

16

500 kéch./s

500 kéch./s

2

24

1 MHz

NI PXIe-6361

16

2 Méch./s

1 Méch./s

2

24

10 MHz

NI PXIe-6363

32

2 Méch./s

1 Méch./s

4

48

10 MHz

NI PXIe-6356

8 simultanés

1,25 Méch./s/voie

10 Méch./s

2

24

10 MHz

NI PXIe-6358

16 simultanés

1,25 Méch./s/voie

20 Méch./s

4

48

10 MHz

NI PXIe-6366

8 simultanés

2 Méch./s/voie

16 Méch./s

2

24

10 MHz

NI PXIe-6368

16 simultanés

2 Méch./s/voie

32 Méch./s

4

48

10 MHz

 

Fonctionnalités pour garantir un débit élevé et une faible latence

Les matériels de Série X incluent plusieurs fonctionnalités pour les applications haut débit, c'est-à-dire les applications qui transmettent de grandes quantités de données en provenance et vers le matériel et la mémoire du PC.

Avec l'introduction du PCI Express et son intégration dans la norme PXI Express, les goulots d'étranglement au niveau des données qui existaient autrefois dans un système de mesure sont en passe de disparaître. Contrairement à la bande passante partagée de 132 Mo/s du PCI, le PCI Expres offre des lignes série dédiées à chaque matériel ainsi qu'une bande passante théorique de 250 Mo/s dans chaque direction.

Certains matériels d'acquisition de données utilisent une mise en œuvre basée sur un pont pour convertir une conception PCI en PCI Express, qui limite la bande passante à celle du PCI et introduit une latence supplémentaire. Alors que la Série X de NI offre une interface native x1 ("fois un") PCI Express et PXI Express avec la bande passante PCI Express complète. Vous pouvez utiliser la Série X PCI Express dans les emplacements PCI Express de x1 à x16.

Figure n°1. La Série X pour PCI Express peut servir dans n'importe quel emplacement PCI Express, de x1 à x16.

La Série X inclut aussi huit voies DMA pour transférer en continu les données directement entre le matériel et la mémoire du PCI sans interaction de l'unité centrale ni aucun effort de programmation supplémentaire. Ces huit voies offrent des transferts de données en continu parallèles pour les E/S analogiques, les E/S numériques et les quatre compteurs/timers. Avec une FIFO étendue de 127 échantillons pour chacun des quatre compteurs 32 bits, il est désormais possible d'effectuer des opérations de comptage bufférisées, comme le comptage d'événements ou la génération d'une sortie PWM, à des vitesses nettement plus rapides que sur les matériels précédents.

Comme avec la plupart des bus internes, le PCI Express présente une latence très faible, idéale pour les applications de contrôle à boucle fermée. Les matériels de Série X étendent aussi les fonctionnalités des performances monopoint cadencées de façon matérielle sur tous les sous-systèmes du matériel.

 

Traitement parallèle sur les PC multicœurs

Pour pleinement profiter des sous-systèmes matériels parallèles sur un matériel DAQ, vous avez besoin d'un driver et d'un logiciel d'application hautes performances.

Le driver logiciel pour la Série X est NI-DAQmx, qui offre une API simple et homogène parmi tous les types de mesure et de génération. NI-DAQmx est multithread, ce qui signifie que vous pouvez développer des applications qui segmentent le traitement de vos tâches de mesure et de génération en threads séparés. Vous pouvez effectuer des appels dans NI-DAQmx depuis plusieurs environnements de programmation, dont NI LabVIEW, NI LabWindows™/CVI, C/C++, Visual Basic 6 et .NET.

La plus simple façon de s'interfacer avec NI-DAQmx et d'optimiser votre application d'acquisition de données pour fonctionner sur un ordinateur multicœur est d'utiliser LabVIEW. Vous pouvez créer une boucle While pour chaque tâche de mesure, et LabVIEW divisera automatiquement votre application en plusieurs threads. Votre système d'exploitation peut ensuite gérer l'exécution optimale de ces threads parmi un ou plusieurs cœurs de l'unité centrale. Par exemple, vous pouvez créer une boucle While pour un contrôle PID (dérivée intégrale proportionnelle) qui s'exécute sur un cœur et une boucle While qui traite un transfert de Fourier rapide (FFT) sur un autre.

Figure n°2. Vous pouvez traiter les E/S de votre matériel DAQ sur des cœurs d'unité centrale séparés en utilisant des boucles While parallèles dans LabVIEW.

 

La Série X nécessite la version 9.0 de NI-DAQmx ou une version ultérieure. NI-DAQmx 9.0 introduit deux puissantes fonctionnalités :

  1. Un enregistrement de données rapide et simple. Vous aurez souvent besoin d'enregistrer vos données acquises sur disque pour un post-traitement ou un tracé de tendance. Avec NI-DAQmx, il est désormais possible d'enregistrer des données sur les fichiers de mesure TDMS (TDM Streaming) en ajoutant un seul et unique VI "DAQmx Configure Logging" à votre tâche NI-DAQmx. Cette méthode pour écrire des fichiers TDMS est également extrêmement rapide : des bancs de test préliminaires indiquent que les écritures sur disque sont possibles à plus de 1 Go/s.
  2. Tâches multimatériels pour la Série X. Pour les applications à grand nombre de voies avec la Série X, vous pouvez facilement synchroniser plusieurs matériels. Pour la Série X PCI Express, vous aurez besoin de les connecter avec un câble RTSI (Real-Time System Integration). Pour la Série X PXI Express, les modules peuvent se synchroniser les uns aux autres sur les bus de cadencement et de déclenchement sur le fond de panier PXI Express. NI-DAQmx 9.0 introduit des tâches multimatériels pour la Série X, ce qui signifie que vous pouvez créer un ensemble unique de code de mesure qui comprend deux matériels, et NI-DAQmx gère automatiquement le partage de l'horloge d'échantillonnage.

Figure n°3. Le logiciel driver NI-DAQmx facilite la synchronisation de deux ou plusieurs matériels Série X avec les tâches multimatériels.

 

Conclusion

Avec les avancées en matière de cadencement et de déclenchement, de transfert de bus et de traitement de données, les matériels de Série X de NI représentent les matériels DAQ les plus avancés techniquement jamais conçus par National Instruments. En profitant des toutes dernières technologies des PC, comme les processeurs multicœurs et PCI Express, il est dorénavant possible de créer un système de mesure et de contrôle très économique, capable de fonctionner dans un parallélisme total du signal jusqu'au logiciel.

 

Étapes suivantes

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