Avantages de la conception de contrôleur embarqué NI PXI

Les contrôleurs embarqués PXI de NI fournissent une solution informatique embarquée hautes performances et compacte en châssis pour votre système de mesure PXI Express (PXIe). Un contrôleur embarqué PXI fournit tout ce dont vous avez besoin pour faire fonctionner votre système PXI sans PC externe et fait office de centre de traitement et de contrôle pour tous les instruments d’un système PXI. Dans cet article, découvrez les caractéristiques de conception qui permettent à NI de proposer des contrôleurs hautes performances très fiables, notamment :

• Partenariat avec des fabricants de processeurs afin d’intégrer les dernières technologies dans nos contrôleurs embarqués pour obtenir des performances optimales.
• Prise en charge des conditions de fonctionnement à des températures extrêmes, opérations 24 h/24 et 7 j/7 et option de système d’exploitation en temps réel disponible pour une fiabilité améliorée du système permettant d’assurer une fiabilité élevée.
• Options de système d’exploitation flexibles préconfigurées et possibilité d’installation en usine de logiciels d’application et de drivers de périphériques, prenant en charge toutes les activités, de la validation de DUT sur table aux stations de test à long terme.
• Divers plans de service proposés, engagement envers un ensemble standard d’E/S périphériques pour garantir que les nouveaux contrôleurs embarqués remplacent les générations précédentes de manière étroite, garantissant ainsi un support à long terme.

NI commercialise des contrôleurs embarqués PXI depuis plus de 25 ans. L’entreprise a développé une relation professionnelle étroite avec les principaux fabricants de processeurs tels qu’Intel et Advanced Micro Devices (AMD). Par exemple, NI (en tant que division Test et mesure d’Emerson) est membre Titanium de l’Intel Partner Alliance, qui donne accès aux dernières feuilles de route et échantillons de produits Intel. Grâce à ces relations, lorsque NI commercialise de nouveaux contrôleurs embarqués PXI, l’entreprise utilise les mêmes processeurs de bureau que les principaux fabricants d’ordinateurs intègrent dans leurs produits. Cette tendance illustre l’expertise en conception de NI et son engagement à fournir à l’industrie de l’instrumentation des contrôleurs embarqués PXI hautes performances qui tirent parti des dernières technologies, telles que les processeurs Intel Core i7 ou Xeon. Outre des performances de calcul, la bande passante d’E/S joue un rôle essentiel dans la conception de systèmes d’instrumentation. À mesure que les systèmes de test et de mesure modernes deviennent plus complexes, on observe un besoin croissant d’échanger de plus en plus de données entre les instruments et le contrôleur du système. Avec l’introduction du PCI Express (PCIe) et du PXI Express (PXIe), les contrôleurs embarqués NI ont répondu à ce besoin et fournissent jusqu’à 24 Go/s de bande passante système au fond de panier du châssis PXI Express.

^{Figure 1 : Le contrôleur embarqué NI PXIe-8881, doté du processeur Intel Xeon à 18 cœurs, est idéal pour les applications de test et de mesure hautes performances, à haut débit et calculs intensifs.}

Alors que la norme PCI Express a évolué vers PCI Express 3.0, PXI Express a continué à tirer parti de nouvelles fonctionnalités. Le contrôleur embarqué NI PXIe-8881 utilise les avancées de la technologie PCI Express pour proposer une liaison PCI Express X8 et une liaison PCI X16 de 3e génération pour l’interface avec le fond de panier du châssis PXI.

L’utilisation du contrôleur embarqué NI PXIe-8881 avec un châssis PXI Express, tel que le NI PXIe-1095, fournit un débit total de données système de 24 Go/s. Grâce à cette bande passante élevée, vous pouvez désormais facilement mettre en œuvre des applications qui nécessitent des calculs intensifs et des débits élevés, telles que la conception et le prototypage de communications sans fil de nouvelle génération ou l’enregistrement et la lecture RF.

À mesure que les besoins des applications de test, de mesure et de contrôle évoluent, NI continue d’étendre la gamme d’accessoires du contrôleur embarqué PXI pour garantir des performances optimales. Pour les applications nécessitant beaucoup de mémoire, NI propose des options de mise à niveau de la mémoire du contrôleur embarqué avec jusqu’à 64 Go de RAM.

Non seulement vous pouvez choisir parmi des options de mise à niveau de la mémoire, mais NI fournit également une variété d’options de mise à niveau de disque dur. Ces options vont des disques durs standard (HDD) haute capacité aux disques électroniques (SSD). Lors du stockage des données d’instrumentation de votre application, il est pratique de les enregistrer sur le disque dur HDD embarqué du contrôleur embarqué. Afin de garantir un espace disque suffisant pour toutes les données souhaitées, NI propose une option de mise à niveau de votre disque dur standard vers un disque dur de capacité supérieure en vue de maximiser l’espace de stockage.

Souvent, pour déployer des systèmes de test et de mesure dans des zones classifiées, vous avez besoin de ces systèmes pour disposer du processus de déclassification associé. Pour déclassifier un système PXI, il est nécessaire de connaître tous les composants de mémoire système, notamment le châssis, le contrôleur et les modules. Les contrôleurs embarqués PXI comprennent un stockage non volatil sous forme de disque dur ou de clé USB qui conserve les informations sur les utilisateurs et le système, même après la mise hors tension du système. Étant donné que le contrôleur embarqué PXI a besoin d’un stockage non volatil pour fonctionner, le modèle NI PXIe-8862 avec disque dur amovible (RHDD) offre la possibilité de retirer ce support de stockage afin de le placer dans un environnement sécurisé. De plus, le contrôleur embarqué du NI PXIe-8862 RHDD offre la possibilité de charger des images logicielles distinctes et uniques sur le même matériel de station.

^{Figure 2 : Accédez facilement au disque dur via le support de disque dur accessible par le panneau avant pour profiter d’options de stockage amovibles.}

Pour les environnements difficiles dans lesquels vous souhaitez utiliser le contrôleur ou stocker des données, des disques SSD sont également disponibles. Ces disques ne contiennent pas de pièces mobiles. Par conséquent, elles réduisent considérablement les risques liés à une défaillance mécanique, améliorant ainsi la fiabilité du système. Ils peuvent également supporter des chocs extrêmes, une altitude et des vibrations élevées ainsi que d’autres environnements d’exploitation difficiles. Outre une meilleure tolérance aux environnements d’exploitation difficiles et une fiabilité accrue, les disques SSD fournissent des temps de recherche de lecture et d’écriture inférieurs à ceux des disques durs rotatifs moyens standard. Cela se traduit par des vitesses plus rapides de lecture et d’écriture de données séquentielles et aléatoires. Les applications utilisant des disques SSD bénéficient de temps de chargement d’applications plus rapides et d’un gain de temps de test global grâce à des E/S de fichiers accélérées.

Il est essentiel de s’assurer que les systèmes d’instrumentation modernes sont hautement fiables dans des conditions d’exploitation exigeantes. C’est pourquoi NI propose des versions à température étendue et fonctionnement 24 h/24, 7 j/7 de ses contrôleurs embarqués PXI. Ces contrôleurs embarqués contiennent un disque dur plus robuste conçu pour la fiabilité à des températures extrêmes basses et élevées, avec un rapport cyclique de 100 % et un fonctionnement 24 h/24, 7 j/7. Les disques durs utilisés dans les versions standard de ces contrôleurs embarqués fonctionnent dans une plage de 5 °C à 50 °C et peuvent fonctionner à un rapport cyclique de 20 % pendant huit heures par jour, cinq jours par semaine, comme les PC et les ordinateurs portables. Les versions à température étendue et fonctionnement 24 h/24, 7 j/7 ont une température de fonctionnement de 0 °C à 55 °C et peuvent être utilisées pour des applications nécessitant un fonctionnement continu, avec un rapport cyclique jusqu’à 100 %, 24 h/24, 7 j/7. Vous pouvez également opter pour un disque SSD au lieu d’un disque dur rotatif afin d’améliorer encore davantage la fiabilité de l’ensemble du système, en particulier dans les environnements difficiles. Grâce à cette considération de conception NI unique, vous pouvez déployer des instruments basés sur PXI dans des applications plus difficiles.

Les contrôleurs embarqués PXI intègrent en continu les derniers processeurs du marché. Pour garantir les performances optimales du contrôleur embarqué sur toute la plage de fonctionnement, NI réalise des tests thermiques, mécaniques et électriques approfondis pour s’assurer que le processeur d’un contrôleur embarqué NI PXI ne limite pas les performances de son processeur en cas d’utilisation dans des environnements extrêmes. Garantir les performances et la fiabilité appropriées du processeur renforce la fiabilité globale du système PXI. NI y parvient en appliquant son expertise au développement de contrôleurs embarqués et de techniques telles que la simulation de conception avancée et la conception de dissipateurs thermiques personnalisés.

Pour garantir le déterminisme et offrir une fiabilité encore plus élevée, NI propose des contrôleurs embarqués PXI exécutant un système d’exploitation temps réel, NI Linux Real-Time et le logiciel NI LabVIEW Real-Time Module au lieu des systèmes d’exploitation Windows standard. Les systèmes exécutant Windows ou d’autres systèmes d’exploitation polyvalents ne peuvent pas garantir l’exécution d’une certaine tâche dans un temps spécifié car le système d’exploitation partage le processeur avec d’autres processus système s’exécutant en parallèle. Avec NI Linux Real-Time s’exécutant sur le contrôleur embarqué, l’ensemble du processeur est dédié à l’exécution de votre application spécifique, assurant alors un comportement déterministe et fiable.

Dans le cas peu probable d’un dysfonctionnement matériel du contrôleur embarqué, la conception du contrôleur embarqué NI permet de remplacer rapidement des composants critiques sur le terrain, tels que le disque dur et la mémoire, sans affecter la garantie. Pour reprendre plus rapidement les activités suite à un dysfonctionnement logiciel, tous les contrôleurs embarqués PXI Windows de NI disposent d’une partition masquée qui contient une image d’usine du disque dur. Vous pouvez utiliser cette image pour restaurer rapidement le contrôleur à son état d’installation en usine. Avec les contrôleurs les plus récents, vous pouvez créer des images personnalisées du disque dur utilisables ultérieurement au lieu de l’image d’usine par défaut afin de réaliser la récupération après un blocage logiciel. Ces caractéristiques de contrôleur embarqué NI PXI permettent de réduire les temps d’arrêt du système et de garantir la productivité maximale d’un système de test automatique ou d’instrumentation basé sur PXI.

Parallèlement à la récupération du système, en vue d’améliorer la facilité d’entretien du contrôleur embarqué PXI, vous pouvez accéder rapidement aux diagnostics dans la ROM pour le disque dur et la mémoire sans nécessiter d’outils tiers externes. En exécutant ces diagnostics, vous pouvez déterminer s’il est nécessaire de remplacer le disque dur ou la mémoire. La conception du contrôleur permet un remplacement rapide sur le terrain des composants critiques, tels que le disque dur et la mémoire, sans affecter la garantie. Pour faciliter le processus d’achat de composants de rechange, des mises à niveau du disque dur et de la mémoire sont disponibles avec le contrôleur embarqué. Par conséquent, la combinaison de toutes ces fonctionnalités améliore considérablement la facilité d’entretien du contrôleur embarqué.

Les contrôleurs NI PXI prennent en charge plusieurs options de systèmes d’exploitation, y compris le système d’exploitation Windows, le système d’exploitation temps réel et aucun système d’exploitation en fonction des besoins de vos applications. 

• Windows : utilisé pour une grande variété d’applications, Windows constitue un système d’exploitation fiable, polyvalent et convivial. La plupart des contrôleurs sont livrés avec Windows 10 ou 11 préinstallé sur le contrôleur pour un démarrage rapide. 
• NI Linux Real-Time : il s’agit d’un système d’exploitation spécialisé conçu pour les applications temps réel. Fournissant des performances déterministes, il est couramment utilisé dans les systèmes de contrôle et d’automatisation et peut être programmé avec le logiciel LabVIEW Real-Time Module. LabVIEW Real-Time Module est un complément logiciel pour NI LabVIEW qui vous permet de créer et de déployer des applications autonomes fiables qui s’exécutent sur du matériel embarqué. 
• Aucun système d’exploitation : vous pouvez également acheter un contrôleur sans système d’exploitation et installer votre propre distribution Linux, comme Ubuntu ou Red Hat Enterprise Linux, qui sont pris en charge par les logiciels et drivers NI.

Ces contrôleurs prennent également en charge les environnements de développement, notamment LabVIEW, C/C++, C#/.NET et Python. NI propose des ressources en ligne sur des sujets tels que l’intégration de langages avec LabVIEW et l’utilisation de Python avec le matériel et les logiciels NI. De plus, tous les contrôleurs embarqués PXI sont livrés avec PXI Platform Services installé. Ce driver NI permet de surveiller l’état de votre contrôleur PXI, notamment la température, la charge du processeur, la mémoire et la capacité du disque, entre autres.

Le Trusted Platform Module (TPM), un cryptoprocesseur sécurisé, est un composant de certains contrôleurs embarqués spécialement conçu pour faire passer la sécurité de la plateforme au-dessus des capacités logicielles actuelles en fournissant un espace protégé pour les opérations clés et d’autres tâches critiques pour la sécurité. En utilisant du matériel et des logiciels, le TPM protège les clés de cryptage et de signature à leurs stades les plus vulnérables : les opérations où les clés sont utilisées en clair. Le TPM est spécialement conçu pour protéger les clés non cryptées et les informations d’authentification de la plateforme contre les attaques logicielles. Les modèles NI PXIe-8881 et NI PXIe-8862/42/22 sont tous équipés du TPM 2.0, la version la plus récente (n°3 dans la figure 3).

^{1. 64 Go de RAM DDR4 | 2. Diffusion à large bande passante | 3. Sécurisé avec TPM v1.2 | 4. Jusqu’au processeur Xeon 18 cœurs | 5. Deux ports Thunderbolt™ | 6. Port GPIB | 7. Deux ports Gigabit Ethernet | 8. Quatre ports USB | 9. DisplayPort | 10. Deux ports USB 3.0 | 11. Chien de garde/déclenchement SMB externe}

^{Figure 3 : Le contrôleur embarqué PXIe-8881, proposant des options allant jusqu’au processeur Xeon 18 cœurs, est idéal pour les applications de test et de mesure hautes performances, à haut débit et calculs intensifs.}

En 1965, Gordon Moore, cofondateur d’Intel, a déclaré de manière empirique que le nombre de transistors sur un circuit intégré doublerait tous les 24 mois. Cette prédiction, désormais connue sous le nom de loi de Moore, a jusqu’à présent été suivie par les fabricants de puces tels qu’Intel et AMD et a entraîné une augmentation exponentielle du nombre de transistors sur une seule puce de silicium.

Cette augmentation rapide a directement conduit à l’introduction cohérente de processeurs plus récents, plus rapides et plus efficaces chaque année. Bien que les instruments basés sur PXI aient tout à gagner de ces avancées, soyez conscient du fait que l’introduction d’un nouveau processeur est directement liée à l’obsolescence d’un ancien modèle.

Afin de minimiser l’impact de l’obsolescence, NI s’engage à garantir qu’un contrôleur embarqué soit disponible sur le marché pendant cinq ans en moyenne. Si une période de support prolongée est nécessaire, l’équipe de services NI peut collaborer avec vous pour créer des plans de service répondant à vos besoins spécifiques. Les plans peuvent inclure des services tels que des services de pièces de rechange et de remplacement rapide, des services de réparation et d’étalonnage à long terme (au-delà de la fin de vie commerciale du produit), des rapports annuels sur le cycle de vie et l’obsolescence et une planification de l’actualisation technologique avec les ressources techniques de NI. Pour les applications qui peuvent être migrées vers les dernières technologies, NI s’engage à proposer un ensemble standard d’E/S périphériques (p. ex. : USB, Ethernet, GPIB et série) afin de garantir que les nouveaux contrôleurs embarqués remplacent étroitement les produits de génération précédente. Par conséquent, lors de la conception d’un contrôleur embarqué, il est impératif de choisir un processeur qui offre les meilleures performances et garantit la disponibilité tout au long de la vie du contrôleur.

NI tire parti de sa relation professionnelle étroite et à long terme avec les deux principaux fabricants de processeurs pour choisir des processeurs et des chipsets destinés aux contrôleurs embarqués PXI avec des feuilles de route à long terme. Cela garantit que ces composants sont facilement disponibles tout au long de la vie des contrôleurs et pour toute réparation ou remplacement nécessaire. Cela ajoute également de la valeur au contrôleur embarqué et augmente la durée de vie du système d’instrumentation basé sur PXI.

Pour conclure, les contrôleurs embarqués PXI de NI offrent une solution compacte hautes performances pour vos systèmes de test. Agissant comme centre de traitement et de contrôle, ces contrôleurs éliminent le besoin d’un PC externe. Les caractéristiques de conception NI garantissent la fiabilité et les performances grâce à l’intégration des dernières technologies en partenariat avec les fabricants de processeurs, à la prise en charge des conditions de fonctionnement extrêmes et au fonctionnement 24 h/24, 7 j/7 avec des options de système d’exploitation temps réel. Grâce à nos partenariats et à notre engagement à long terme en faveur d’une plateforme standardisée, les contrôleurs NI PXI fournissent une approche flexible et hautes performances pour les besoins de test et de mesure.  

• En savoir plus sur le cadencement et la synchronisation PXI
• Configurer un système PXI
• En savoir plus sur les principes fondamentaux de construction d’un système de test

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