Synchronisation multi-instruments avec NI PXI Matériel

​Les systèmes de test automatique modernes doivent valider des périphériques de plus en plus complexes, souvent dotés de dizaines ou de centaines de voies et de types de signaux divers. Pour répondre à ces exigences, les ingénieurs ont besoin de systèmes qui répondent aux exigences suivantes :

• Supporter les configurations à grand nombre de voies
• ​Avoir la capacité d’évoluer sans augmenter la complexité
• ​Maximiser la couverture des tests et minimiser le temps de cycle avec une exécution rapide 

Pour les applications nécessitant une synchronisation étroite, la distribution des horloges et des déclenchements entre les instruments est un défi majeur. La latence, le décalage et le jitter peuvent nuire à la précision des mesures et à la fiabilité du système.

​Les configurations de test traditionnelles utilisant des instruments en boîtier sont confrontées à plusieurs limites : 

• La configuration manuelle de chaque instrument est longue et sujette aux erreurs.
• ​Le câblage physique pour la synchronisation introduit des retards et de l'incertitude.
• ​Plusieurs API et drivers augmentent la complexité du logiciel et la charge de maintenance.

​Avec le matériel NI PXI, la synchronisation et l’évolutivité sont intégrées à la plate-forme. PCI eXtensions for Instrumentation (PXI) est une architecture modulaire aux normes industrielles qui intègre plusieurs instruments dans un seul châssis compact. Le fond de panier PXI fournit les ressources suivante :

• ​Horloge de référence : distribue une source de cadencement commune à tous les modules
• Bus de déclenchement : achemine les signaux de déclenchement pour des actions coordonnées
• ​Bus de déclenchement Star : fournit des déclenchements à faible décalage pour un alignement de cadencement précis

​Pour une synchronisation avancée, la technologie brevetée NI-TClk de NI permet un alignement inférieur à la nanoseconde des horloges d'échantillonnage et des déclenchements sur les instruments PXI, compensant automatiquement le décalage et le jitter et éliminant le besoin d'un câblage externe ou d'un étalonnage complexe.

^{Figure 1. Comparaison de la synchronisation hétérogène des instruments en boîtier et de la plate-forme PXI avec NI-TClk}

​Alors que NI-TClk fournit une synchronisation puissante entre des instruments hétérogènes, le processus de configuration a été encore simplifié grâce aux améliorations apportées à certains drivers d’instrument pour une synchronisation homogène des instruments pour plusieurs instruments du même type. 

​SMIS vous permet de regrouper plusieurs modules du même modèle dans une seule session logicielle. Cette abstraction vous aide à atteindre les objectifs suivants :

• ​Configurer et contrôler plusieurs instruments en une seule unité
• ​Réduire la complexité du code et éliminer les étapes de configuration redondantes
• ​Améliorer la synchronisation, la précision et le débit de test plus rapidement

​Cette fonctionnalité est actuellement supportée par certains drivers NI, tels que NI-SCOPE, NI-Digital Pattern et certains drivers RF. Il est automatiquement intégré dans InstrumentStudio et offre une configuration de code facile dans NI LabVIEW, NI TestStand, Python, C/C++, C#, etc.

Du concept à l'application : Mise à l'échelle des voies de vos instruments 

​Même lorsque les ingénieurs utilisent des instruments du même type et du même fournisseur, les méthodes de synchronisation traditionnelles restent lourdes. Chaque périphérique fonctionne indépendamment, avec des horloges, des lignes de déclenchement et des sessions de driver distinctes. La mise à l’échelle du nombre de voies ou l’extension des capacités de mesure nécessitent un effort manuel qui croît de manière exponentielle avec chaque instrument supplémentaire, tout en augmentant l’encombrement en ajoutant des instruments en boîtier supplémentaires.

​Traditionnellement, les ingénieurs doivent faire les choses suivantes pour coordonner ces instruments :

• ​Fournir des horloges de référence externes
• ​Établir des connexions physiques pour partager des horloges et des déclenchements, sacrifiant souvent l’une des voies de l’instrument pour le routage du signal
• ​Aligner manuellement les paramètres de cadencement et de déclenchement pour chaque périphérique
• ​Écrire, tester et maintenir plusieurs blocs de code, car de nombreuses interfaces logicielles ne supportent pas nativement la synchronisation multi-instruments pour les instruments en boîtier

^{Figure 2. Synchronisation homogène via des oscilloscopes d'instruments en boîtier pour créer un oscilloscope à 32 voies}

​Malgré une configuration soignée, de petites variations dans la longueur des câbles, la distribution de l’horloge ou la latence du déclenchement peuvent provoquer un désalignement entre les instruments. Ces erreurs subtiles introduisent un décalage de cadencement et une incohérence de mesure, en particulier dans les applications haute vitesse ou sensibles à la phase.

​NI SMIS redéfinit la manière dont les ingénieurs font évoluer et contrôlent les systèmes de test multivoies. En traitant plusieurs instruments comme une seule unité, cette capacité combine la précision de la synchronisation au niveau matériel avec la simplicité de la configuration et du contrôle logiciels unifiés. Avec des instruments PXI modulaires haute densité, vous pouvez construire facilement des systèmes à grand nombre de voies dans un encombrement compact, ce qui facilite l’extension et l’évolutivité.

^{Figure 3. Synchronisation homogène de quatre modules d’oscilloscope à 8 voies PXIe-5108 en tant qu’oscilloscope à 32 voies unifié}

Configuration interactive avec InstrumentStudio

​InstrumentStudio est un logiciel de mesure interactif inclus dans les systèmes NI PXI. Il fournit un environnement simplifié pour configurer et visualiser tous vos instruments dans un seul espace de travail. 

Fonctionnalités clés InstrumentStudio

• Création automatique de structure : reconnaît vos modules d'instruments dans le système et les organise dans un espace de travail combiné.
• Personnaliser la gestion de la disposition : disposez les panneaux côte à côte pour effectuer des mesures multi-instruments ou regroupez-les en onglets pour passer d'un contexte de mesure à un autre.
• Configuration par projet : enregistrez, réutilisez et exportez des configurations préconfigurées vers LabVIEW ou TestStand pour l’automatisation.
• ​Mise au point du système de test temps réel :gardez une visibilité sur les configurations et les mesures des instruments pendant l'exécution des workflows automatisés. Mettez en pause l'exécution dans TestStand, LabVIEW, Python ou d'autres environnements pour ajuster les paramètres, puis reprenez sans redémarrer le processus.

​Au-delà de ces fonctionnalités, lorsque plusieurs modules homogènes prenant en charge SMIS sont détectés, InstrumentStudio les regroupe automatiquement en un instrument unifié. Cette fonctionnalité permet une visualisation en direct sur toutes les voies dans un seul affichage, agissant comme un seul instrument déclenché à partir d’un seul signal, restant aligné dans le temps et la fréquence d’échantillonnage, et partageant la même référence d’horloge. Il en résulte une corrélation précise de cadencement et de synchronisation sans nécessiter de configuration matérielle ou logicielle supplémentaire. Si nécessaire, les utilisateurs peuvent toujours utiliser chaque module indépendamment via des options de mise en page personnalisées.

^{Figure 4. Cette capture d'écran d'InstrumentStudio montre 13 voies d'oscilloscope synchronisées de 16 disponibles à partir de deux oscilloscopes NI PXIe-5108 à 8 voies avec tous les signaux synchronisés automatiquement.}

InstrumentStudio simplifie la mise en service et la mise au point du système, vous aidant à passer de la configuration matérielle à votre première mesure en quelques secondes. À mesure que vos exigences évoluent ou que les voies augmentent, vous pouvez ajouter un autre module à votre châssis PXI, et vos configurations existantes continueront à fonctionner pour votre configuration.

Des mesures interactives à l’automatisation

​Une fois votre système configuré, l’étape suivante est l’automatisation. Voici où l’instrumentation modulaire NI PXI brille vraiment. Comme les systèmes NI PXI sont pilotés par logiciel, le passage des mesures manuelles aux flux de travail automatisés avec NI LabVIEW+ est bien plus rationalisé qu'avec les instruments traditionnels en boîtier et autres environnements logiciels.

​La programmation d'instruments en boîtier via un langage polyvalent introduit souvent des frictions importantes. Les ingénieurs sont souvent confrontés à bon nombre des problèmes suivants :

• Configurations de connectivité complexes, telles qu'USB ou TCP/IP, qui nécessitent une configuration et un dépannage manuels
• ​Comportement incohérent lors de la récupération de grands ensembles de données ou de l'exécution de commandes
• ​Verrouillages causés par des erreurs de gestion ou des bizarreries de séquencement de puissance
• ​Étapes supplémentaires telles que l'ajout de délais, les transferts binaires ou la modification des paramètres de registre juste pour maintenir la stabilité

​Ces défis rendent la communication même élémentaire avec les instruments en boîtier longue et sujette aux erreurs, même sans tenir compte de la synchronisation. Pour coordonner plusieurs instruments, les développeurs doivent aligner le cadencement, les déclenchements et l’acquisition de données entre les périphériques, ce qui nécessite souvent une logique personnalisée et des tests approfondis. Dans les environnements de programmation traditionnels, la réalisation d'une exécution parallèle implique généralement un threading manuel et une gestion des ressources, ce qui ajoute une une surcharge significative et un risque d'erreurs. LabVIEW offre un avantage avec un parallélisme intégré et une programmation intuitive des flux de données, ce qui facilite l'implémentation des opérations simultanées.

^{Figure 5. Programmation multi-instruments traditionnelle dans LabVIEW}

​Cet exemple montre la complexité de la programmation de plusieurs oscilloscopes sans SMIS. Chaque instrument nécessite son propre bloc de configuration et d’acquisition, ce qui produit un code répétitif et une synchronisation manuelle. Même dans des environnements comme LabVIEW, où l'exécution en parallèle est plus facile, les développeurs devaient toujours traiter chaque instrument comme une entité indépendante, écrivant des blocs de code répétitifs pour la configuration et l'acquisition et gérant manuellement la synchronisation.

​Avec SMIS, tout le processus est simplifié. Au lieu de gérer plusieurs sessions indépendantes, vous définissez une seule session qui couvre tous les instruments et voies homogènes. De là, configuration et acquisition deviennent des opérations unifiées :

• ​Initialisation d'une session unique : identifiez tous les instruments et leurs voies à l'avance.
• Configuration unifiée : appliquez les paramètres de cadencement, de déclenchement et d'acquisition sur tous les périphériques en un seul appel.
• ​Mesures synchronisées : récupérez les données de tous les instruments simultanément, garantissant un alignement parfait.

^{Figure 6. Sessions multi-instruments synchronisées (SMIS) dans LabVIEW}

​Cet exemple montre comment SMIS regroupe plusieurs instruments homogènes en une seule session, simplifiant considérablement le code et assurant une synchronisation précise.

​Cette capacité est implémentée au niveau du driver, ce qui signifie qu’elle fonctionne de manière cohérente dans LabVIEW, Python, C/C++, C# et autres. Les développeurs peuvent tirer parti de la même API simplifiée quel que soit leur langage préféré, réduisant ainsi le temps de développement et éliminant le besoin de logique de synchronisation personnalisée.

​Un autre avantage des logiciels NI est la possibilité d'exporter directement les configurations créées dans InstrumentStudio vers des environnements d'automatisation tels que LabVIEW, TestStand, Python, C/C++ ou C#. Cette fonctionnalité accélère la transition des mesures interactives aux tests automatisés en éliminant la nécessité de reproduire manuellement les paramètres du code. Pour des instructions détaillées, voir comment exporter les configurations InstrumentStudio.

​Cette fonctionnalité élimine le besoin de reproduire manuellement les paramètres dans le code. À la place, la configuration exportée est chargée par le driver d’instruments, ce qui assure la cohérence et réduit les erreurs. En réutilisant les configurations validées, vous accélérez le développement, minimisez la mise au point et garantissez que les tests automatisés reflètent les mêmes conditions que vos mesures interactives.

​Dans la vidéo de démonstration suivante, vous verrez la différence entre l’utilisation de l’exécution parallèle traditionnelle et l’exploitation du SMIS. SMIS réduit la complexité du code, améliore la lisibilité et assure un alignement de cadencement précis, tout en accélérant le développement.

Mises en garde des sessions multi-instruments synchronisées (SMIS)

​Les sessions SMIS offrent une approche simplifiée pour coordonner les mesures sur plusieurs périphériques. Cependant, cette méthode a plusieurs contraintes dont les architectes de test doivent tenir compte :

• ​Exigence d'uniformité : SMIS est limité à des modules PXI spécifiques, et tous les instruments de la session doivent correspondre en termes de modèle et de configuration. Par exemple, la combinaison de 4 et 8 voies ou de périphériques du même modèle avec une mémoire différente n'est pas supportée.
• ​Limite du châssis unique : la synchronisation est limitée aux périphériques installés dans le même châssis. NI-TClk est nécessaire pour étendre à plusieurs châssis.

​Pour des configurations homogènes, les sessions multi-instruments synchronisées sont efficaces et faciles à implémenter. Pour des configurations système ou multichâssis hétérogènes, NI-TClk est l'approche recommandée, offrant la flexibilité et la précision requises pour les architectures de test automatique modernes.

​Il est essentiel d’obtenir un alignement étroit entre les voies dans les systèmes à grand nombre de voies, en particulier dans les applications qui dépendent d’une corrélation de cadencement précise ou d’une cohérence de phase. Sans SMIS, même les instruments bien configurés peuvent présenter de petites variations dans le cadencement des échantillons, ce qui entraîne un décalage de plusieurs nanosecondes entre les périphériques.

^{Figure 7. Variation de cadencement lors de la programmation de plusieurs oscilloscopes PXI sans SMIS}

​Les systèmes de test modernes exigent plus que des mesures précises ; ils requièrent rapidité, évolutivité et simplicité. L’instrumentation modulaire NI PXI avec la fonctionnalité SMIS permet à plusieurs modules de partager la même horloge et un déclenchement commun, éliminant ainsi cette variation. Cette capacité produit un ensemble de données cohérent et parfaitement aligné prêt pour une analyse plus approfondie, transformant la manière dont les ingénieurs configurent et automatisent les systèmes multivoies.

^{Figure 8. Alignement précis des voies obtenu à l’aide du SMIS sur plusieurs modules d’oscilloscope PXI}

​Avec SMIS, ce qui nécessitait autrefois des dizaines d'appels répétitifs et une synchronisation manuelle se produit désormais en une seule session, réduisant la complexité du code et accélérant le développement dans LabVIEW, Python, C/C++, et autres. Cette approche unifiée garantit un alignement de cadencement précis sans matériel supplémentaire ni logique personnalisée, permettant aux ingénieurs de passer d’un petit nombre de voies à des centaines avec un minimum d’efforts.

​Au-delà de l’efficacité de la programmation, l’architecture PXI fournit un débit de données et une synchronisation inégalés au niveau matériel. Que vous validiez des périphériques complexes ou que vous effectuiez des tests en production en grand volume, le PXI garantit un accès rapide aux données, des performances fiables et la flexibilité nécessaire pour s’étendre en fonction de l’évolution des exigences.

La véritable valeur de NI PXI réside dans sa capacité à évoluer avec votre stratégie de test. En combinant du matériel modulaire, des logiciels intelligents et des innovations au niveau du driver telles que SMIS, le matériel NI PXI vous permet de construire des systèmes de test automatisés plus rapides à déployer, plus faciles à maintenir et prêts à relever les défis de demain.

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