​Considérations pour choisir un contrôleur pour votre système PXI

​Un contrôleur PXI est la principale unité de traitement et de gestion d’un système PCI eXtensions for Instrumentation (PXI). Installé dans l’emplacement du contrôleur système, il coordonne le transfert de données sur le fond de panier PXI, exécute des programmes logiciels et fournit des interfaces externes pour l’interaction utilisateur ou l’intégration réseau. Les contrôleurs PXI NI sont proposés en format embarqué ou distant. Les contrôleurs embarqués contiennent tout ce dont vous avez besoin pour exécuter votre système PXI sans ordinateur externe, alors que les contrôleurs distants vous laissent contrôler votre système PXI à partir d’un ordinateur, d’un ordinateur portable ou d’un ordinateur du serveur.

Les spécifications du contrôleur influencent directement les facteurs suivants :

• Puissance de traitement : déterminée par le processeur dans le contrôleur ; affecte le nombre de cœurs du processeur, la vitesse d'horloge, le traitement des données, le parallélisme et le multitâche.
• ​Mémoire : déterminée par la capacité et la vitesse de la RAM ; influence l'efficacité avec laquelle de grands ensembles de données sont bufférisés et traités en temps réel, réduisant la latence et permettant une communication à haut débit entre les modules PXI.
• ​Débit de données : déterminé par la largeur et la génération de la voie PCI Express ; définit les débits de données maximaux entre le contrôleur et les modules, ce qui est essentiel pour l'acquisition ou le flux haute vitesse.
• ​Performances temps réel : dictées par la sélection du processeur et le système d'exploitation, ces combinaisons influencent la latence et le déterminisme.
• Système d'exploitation : sélectionné parmi Microsoft Windows, Linux de bureau ou NI Linux Real-Time.
• ​E/S et connectivité : fournies par USB, Ethernet, Thunderbolt™ et d'autres ports de la face-avant, ce qui permet l'intégration périphérique et l'accès à distance.

​Choisir le bon contrôleur garantit que votre système PXI fournit la puissance de calcul, la connectivité et le débit de données requis pour les applications de test et de mesure les plus exigeantes d’aujourd’hui. Les contrôleurs PXI NI sont conçus pour la polyvalence, prenant en charge un large spectre de cas d’utilisation, qui incluent, mais ne sont pas limités aux exemples suivants :

• Systèmes de test en production : test automatisé des dispositifs électroniques, des PCB et des ensembles dans les environnements de fabrication.
• ​Validation et caractérisation : test de validation fonctionnelle, test acoustique et audio et caractérisation des composants électriques.
• ​Acquisition de données haute vitesse : enregistrement/lecture RF, prototypage de communications sans fil et analyse de signaux à haut débit.
• ​Hardware-in-the-loop (HIL) : simulation et contrôle en temps réel pour les systèmes embarqués automobiles, aérospatiaux et industriels.

En savoir plus sur les contrôleurs PXI NI.

Cette section compare les contrôleurs embarqués et distants. 

Contrôleurs embarqués

Les contrôleurs embarqués sont des ordinateurs autonomes qui s'installent directement dans le châssis PXI, éliminant ainsi le besoin d'un PC externe. Les contrôleurs embarqués NI fournissent des calculs fiables et hautes performances spécialement conçus pour les systèmes PXI. Avec des options de système d'exploitation préconfigurées, une construction robuste et un support à long terme, ils aident les ingénieurs à accélérer le déploiement et assurent un fonctionnement fiable de la validation de la conception jusqu'aux tests en production.

Principales capacités des contrôleurs embarqués

• Systèmes d'exploitation flexibles : choisissez parmi Windows, Desktop Linux ou Linux Real-Time pour répondre aux besoins d'application et d'intégration.
• Informatique hautes performances : gérez des charges de travail de test et de mesure exigeantes avec des processeurs puissants et un débit de données rapide.
• Développement logiciel simplifié : simplifiez l'installation, la configuration et le déploiement grâce à une intégration étroite avec les logiciels NI.
• Extensibilité à long terme : dépendez des performances constantes et du support du cycle de vie pour des années de fonctionnement fiable.
• Sécurité matérielle : activez des fonctionnalités de sécurité matérielle telles que le cryptage sécurisé du démarrage et des périphériques via TPM 2.0 pour Windows 11.

^{Figure 1. Un contrôleur embarqué NI PXIe-8842 et d'autres instruments NI sont installés dans ce châssis NI PXIe-1081.}

Contrôleurs distants

Les contrôleurs distants connectent un châssis PXI à un ordinateur hôte externe en utilisant des interfaces haute vitesse MXI-Express ou Thunderbolt. Cette configuration permet au système PXI d’utiliser la puissance de traitement, le stockage et les capacités d’affichage d’un ordinateur de bureau ou d’un ordinateur portable existant, offrant une alternative flexible et rentable au contrôle embarqué. La figure 2 montre une configuration de contrôleur à distance sur ordinateur portable et la figure 3 montre une configuration de contrôleur à distance sur ordinateur.

^{Figure 2. Configuration de contrôleur à distance basé sur ordinateur portable qui inclut un châssis NI PXI Express, un module de contrôle à distance Thunderbolt, un câble Thunderbolt 3+ M2M et un ordinateur portable avec un port Thunderbolt 3+.}

^{Figure 3. Une configuration de contrôleur à distance basé sur ordinateur de bureau qui comprend : un châssis NI PXI Express, un module de contrôle à distance, un câble MXIe, un périphérique de contrôle à distance (carte PCI) et un ordinateur de bureau.}

Principales capacités des contrôleurs distants

• Portabilité et déploiement sur le terrain : compatibilité avec les ordinateurs portables ou compacts pour les environnements mobiles ou à espace restreint, y compris le support pour les PC fournis par le client qui répondent aux politiques informatiques sur site. 
• Rendement économique : l'utilisation de ressources informatiques existantes au lieu de contrôleurs embarqués dédiés peut potentiellement réduire le coût global du système. 
• Hautes performances et évolutivité : offre des capacités de transfert de données à large bande passante et des configurations multichâssis pour les applications exigeantes.

Dans certains cas, un contrôleur distant peut être le choix préféré à une option embarquée, par exemple : 

• Systèmes de test automatisés dans les environnements de R&D et de fabrication
• Outils de diagnostic portables pour le service et la maintenance sur le terrain
• Laboratoires universitaires et de recherche où les ressources informatiques partagées sont courantes
• Configurations de validation de concept et de prototypage qui nécessitent une reconfiguration rapide

Ce white paper se concentre uniquement sur la sélection du contrôleur embarqué. Pour en savoir plus sur les contrôleurs distants PXI, reportez-vous à la brochure.

Les contrôleurs embarqués PXI NI incluent quatre modèles principaux : NI PXIe-8822, NI PXIe-8842, NI PXIe-8862 et NI PXIe-8881. Chaque modèle offre différents types de processeurs, nombre de cœurs et capacités de bande passante, qui seront traités dans les sections suivantes numérotées 1 à 3. Dans chaque modèle, il existe différents numéros de référence avec différentes sélections pour le système d’exploitation, la RAM, le stockage, etc., qui seront traitées dans les sections 4 à 8.

Lorsque vous choisissez un contrôleur, examinez les considérations clés suivantes :

• Exigences du système pour le matériel sous test
• Besoins du processeur
• Exigences de bande passante
• Mémoire (RAM) et stockage
• Le bon système d'exploitation
• Options d'E/S et de connectivité
• Compatibilité des châssis PXI
• Fiabilité
• Besoins de sécurité

Exigences du système pour le matériel sous test

Votre matériel sous test (DUT) détermine chaque décision du système PXI. Définir les paramètres suivants peut vous aider à déterminer quels types d’instruments ou de modules vous avez besoin et combien, ce qui a un impact sur votre choix de châssis et, en fin de compte, indique quel contrôleur répondra le mieux aux exigences de votre système. 

• Types de signaux et bande passante : identifiez si votre application utilise des signaux analogiques, numériques, RF ou mixtes et spécifiez la gamme de fréquences et la bande passante que vous pouvez attendre de ces modules. Les signaux à large bande passante nécessitent des contrôleurs à haut débit PCI Express et des processeurs multicœurs pour un traitement rapide des données.
• Nombre et résolution des voies : déterminez le nombre de voies simultanées et la résolution nécessaire, comme 16 ou 24 bits. Plus le nombre de voies et la résolution augmentent, plus le volume de données augmente, ce qui nécessite des contrôleurs avec une plus grande capacité de RAM et une bande passante mémoire plus rapide.
• Débit et volume de données : évaluez le débit de données maximal et le volume total de données que vous pourriez attendre pendant le test. Les applications avec des débits de données élevés nécessitent des contrôleurs offrant une bande passante PCI Express maximale, un stockage haute vitesse et suffisamment de RAM pour la bufférisation de données en temps réel.
• Contraintes environnementales et physiques : tenez compte de la température de fonctionnement, de la tolérance aux vibrations et des limites de facteur de forme imposées par votre environnement de test. Si le matériel sous test (DUT) est situé dans un environnement difficile, il est important de sélectionner des configurations à distance ou des contrôleurs certifiés pour des spécifications environnementales étendues afin de garantir la fiabilité du système.
• Modes d'exécution et parallélisme des tests : réfléchissez au fonctionnement de votre test. Devra-t-il s'exécuter en continu ou nécessiter des boucles de contrôle déterministes ? Les avantages du contrôle déterministe d’un système d’exploitation temps réel et les tests de longue durée peuvent nécessiter un matériel haute fiabilité et des options de stockage étendues. Si vous prévoyez de tester plusieurs DUT simultanément, la sélection d’un contrôleur avec un nombre de cœurs plus élevé améliorera le traitement parallèle et la cadence de test globale.
• Configuration du châssis : évaluez le débit requis pour les modules PXI de votre châssis. Un châssis doté de nombreux modules hautes performances nécessitera un contrôleur avec un nombre maximal de voies PCI Express, une bande passante système élevée et un processeur puissant pour gérer les flux de données parallèles sans goulots d’étranglement.

La compréhension de ces exigences aidera à garantir que le contrôleur que vous choisissez offre les performances, l’évolutivité et la fiabilité requises par votre application. Les sections suivantes explorent les paramètres clés des contrôleurs embarqués. À la fin de ce white paper, vous trouverez trois scénarios de test distincts qui illustrent comment ces paramètres guident la sélection du contrôleur.

1. Besoins du processeur

Choisir le bon processeur, qu’il s’agisse d’un Intel® CoreTM i3, i5, i7 ou Xeon®, est crucial pour optimiser les performances des systèmes de test et de mesure automatisés. Le processeur détermine dans quelle mesure votre contrôleur PXI peut gérer efficacement des tâches telles que l’acquisition de données, l’analyse de signaux, le traitement parallèle et le contrôle en temps réel. Lors de la sélection d'un processeur, vous pouvez évaluer différents attributs, notamment le nombre de cœurs du processeur, les performances elles-mêmes, les capacités de filetage et la vitesse d'horloge. 

Nombre de cœurs

Un plus grand nombre de cœurs permet à plusieurs tâches de s’exécuter en parallèle, ce qui est essentiel pour les applications multithread telles que l’analyse de signaux RF, l’enregistrement des données ou les boucles de contrôle.

^{Tableau 1. Nombre de cœurs de processeur et cas d'utilisation typiques}

Comparaison des performances du processeur

Lors de la comparaison des performances du processeur, le test de performance du processeur offre une comparaison plus complète entre différentes générations et fournisseurs en mesurant les performances réelles au-delà des spécifications telles que la vitesse d’horloge ou le nombre de cœurs. Des outils tels que PassMark CPU Benchmarks quantifient les performances monocœur et multicœur, fournissant une image plus précise de la manière dont un processeur fonctionnera dans des scénarios réels. Pour normaliser un score de référence sur différents contrôleurs, le score du processeur est calculé en divisant le score de test de performance du processeur d’un contrôleur par le score PXIe-8842 de 15 778. Par exemple, le PXIe-8842 a une marque de processeur normalisée de 1 (15 778 ÷ 15 778 = 1), tandis que le PXIe-8881 a un score de 2,04 (32 177 ÷ 15 778 = 2,04). En normalisant ce score, vous pouvez comparer plus facilement les rapports de marque du processeur entre différents contrôleurs de divers fournisseurs. Tous les processeurs de la même marque n’offrent pas les mêmes performances : chacun est optimisé pour des priorités différentes. Par exemple, l’Intel Xeon W-2295 utilisé dans le PXIe-8881 atteint un score de marque de processeur multithread de 2,04, grâce à ses 18 cœurs conçus pour les charges de travail à haut débit. En revanche, l'Intel Xeon W-11865MRE, que l'on trouve dans d'autres contrôleurs du marché, obtient un score d'environ 1,24. 

^{Figure 4. Marque de processeur multithread pour les contrôleurs embarqués PXI NI}

Capacité de threading

Le threading fait référence à la capacité d'un processeur à exécuter plusieurs séquences d'instructions (threads) simultanément.

• Monothreading​ : chaque cœur gère un thread à la fois, limitant ainsi le parallélisme.
• Multithreading : chaque cœur peut gérer plusieurs threads, améliorant ainsi l'utilisation des ressources et les performances dans des charges de travail simultanées. La plupart des processeurs modernes utilisent l'Hyperthreading, où chaque cœur physique exécute deux threads simultanément pour une meilleure efficacité.

Dans les langages traditionnels comme C++ ou Python, les ingénieurs doivent écrire du code de threading de bas niveau : créer des threads, gérer la synchronisation avec des verrous ou des sémaphores et distribuer manuellement les tâches sur les cœurs. Cela ajoute à la complexité et au risque de problèmes tels que les situations de compétition ou les blocages.

NI LabVIEW et NI TestStand simplifient l'exécution des tests en parallèle des manières suivantes :

• LabVIEW est un environnement de programmation graphique qui simplifie la programmation parallèle : son modèle de flux de données prend intrinsèquement en charge la concurrence, et le moteur d'exécution gère automatiquement l'allocation du cœur du processeur. Les nœuds indépendants s'exécutent dès que leurs données en entrée sont disponibles, et les ingénieurs peuvent optimiser davantage les performances en configurant les systèmes d'exécution pour séparer les threads d'IU, d'acquisition et d'analyse.
• TestStand est un logiciel de gestion de test couramment utilisé pour les tests parallèles, permettant de tester plusieurs matériels sous test (DUT) en même temps. Traditionnellement, la construction d’une exécution de test parallèle nécessite une connaissance approfondie du fonctionnement du système d’exploitation de l’ordinateur avec des opérations parallèles ainsi que de la manière de partager les ressources de l’instrument entre plusieurs DUT sans créer de conflits, ou de blocages, où les instruments peuvent se bloquer. TestStand élimine la majeure partie de cette complexité en fournissant des modèles de processus prédéfinis qui créent et gèrent automatiquement les threads, les distribuent sur les cœurs du processeur et gèrent la synchronisation pour les ressources partagées. Les ingénieurs peuvent configurer le nombre de DUT et de règles de ressources, ce qui rend les tests parallèles beaucoup plus faciles et rentables que les méthodes traditionnelles. En savoir plus sur les architectures de test parallèles pour réduire le coût des tests.

Avec la combinaison de processeurs multicœurs et de logiciels comme LabVIEW et TestStand, les ingénieurs et les développeurs peuvent obtenir un débit et une réactivité élevés sans écrire de code de threading de bas niveau. Les outils NI gèrent automatiquement la création de threads, la planification et le partage des ressources, ce qui permet aux ingénieurs de se concentrer sur la logique de test tout en tirant pleinement parti des processeurs multicœurs. 

Vitesse d'horloge et performances déterministes

La vitesse d’horloge (GHz) est critique pour les tâches monothread sensibles au temps dans les systèmes de test automatisés, tels que l’acquisition de données haute vitesse, les systèmes HIL ou l’analyse de spectre. Des vitesses d'horloge plus élevées réduisent la latence et améliorent le déterminisme, permettant des boucles de contrôle plus courtes, des fréquences d'échantillonnage plus élevées et moins de jitter. Pour les opérations monothread, les processeurs plus rapides offrent une meilleure exécution de la boucle et une meilleure précision de cadencement. Lorsque vous comparez des vitesses d'horloge, assurez-vous de le faire dans la même génération de processeur, car les différences architecturales peuvent avoir un impact significatif sur les performances du monde réel.

^{Tableau 2. Niveaux de vitesse d'horloge du processeur et cas d'utilisation recommandés}

^{Figure 5. Latence versus vitesse d'horloge}

Pour les tâches en temps réel, privilégiez une faible latence et une vitesse d'horloge élevée plutôt que le nombre de cœurs. Gardez à l’esprit que les évaluations plus élevées de GHz augmentent la production de chaleur et la consommation d’énergie, donc un refroidissement adéquat est essentiel. Hyperthreading n'améliore pas les performances monothread ; pour les tâches en temps réel, se concentrer sur la vitesse des cœurs physiques peut fournir des résultats optimaux.

Principaux points à retenir pour choisir le bon processeur

• Prioriser le nombre de cœurs : sélectionnez des nombres de cœurs plus élevés pour permettre un plus grand parallélisme et une capacité multitâche. 
• Comparer les tests de performances des processeurs : utilisez des statistiques de performances standardisées pour évaluer objectivement les processeurs du marché. 
• Tirer parti des capacités de threading : associez des processeurs multicœurs à des outils NI comme LabVIEW et TestStand pour une exécution en parallèle sans codage complexe. 
• Se concentrer sur la vitesse d'horloge en temps réel : choisissez des vitesses d'horloge plus élevées que le nombre de cœurs lorsque la latence et le déterminisme sont essentiels pour les applications sensibles au temps.

Dans l’ensemble, la compréhension des attributs discutés précédemment peut vous aider à équilibrer les performances et les coûts de votre application. 

2. Exigences de bande passante

Dans les systèmes PXI, la bande passante fait référence à la vitesse à laquelle les données peuvent être transférées entre le contrôleur, les modules PXI et d’autres composants du système. La bande passante est un facteur critique pour déterminer dans quelle mesure votre système gère les tâches à forte intensité de données. Il y a deux principaux types de bandes passantes à prendre en compte : la bande passante système globale et la bande passante mémoire. 

Bande passante système

La bande passante système fait référence à la vitesse maximale de transfert de données entre le contrôleur PXI et le fond de panier PXI Express. Cela détermine à quelle vitesse le contrôleur peut échanger des données avec les modules PXI Express installés dans le châssis.

• PXI Express
  • PCI Express Gen 1 – Jusqu’à 250 Mo/s par voie (x4 = 1 Go/s)
  • PCI Express Gen 2 – 500 Mo/s par voie (x4 = 2 Go/s)
  • PCI Express Gen 3 – 1 Go/s par voie (x4 = 4 Go/s ou plus)

La bande passante du fond de panier PXI Express détermine à quelle vitesse le contrôleur peut transférer des données aux modules d'E/S d'un châssis. Par exemple, si vous utilisez un châssis PXI Express qui supporte PCI Express Gen 3 (4 Go/s), mais que vous choisissez un contrôleur limité à PCI Express Gen 1 (1 Go/s), le système créera un goulot d'étranglement à 1 Go/s, réduisant les performances pour les applications haute vitesse telles que RF ou DAQ haute voie. Faire correspondre la génération PCI Express du contrôleur au châssis garantit un débit et une efficacité système optimaux. Pour obtenir des informations complémentaires sur la bande passante du fond de panier, reportez-vous au white paper Sélection du châssis PXI Express pour un déplacement et un débit de données efficaces.

Bande passante mémoire

La bande passante mémoire définit la vitesse à laquelle le processeur peut accéder et traiter les données de la RAM, ce qui est essentiel pour les performances en temps réel, le multitâche et les applications lourdes en données telles que l’analyse de signaux et le machine learning. La mémoire DDR4/DDR5 haute vitesse avec architecture multivoie assure une exécution fluide, en particulier lors de l'exécution de plusieurs applications ou machines virtuelles.

Comment calculer la bande passante mémoire théorique

Formule : (Voies×Octets par transfert×Vitesse d'horloge)/1 024
 
Exemple : Le PXIe-8881 fournit une bande passante mémoire (4×8×2666)/1 024=83 Go/s

La bande passante mémoire doit être supérieure à la bande passante PCI Express du système pour éviter les goulots d'étranglement car le processeur et les modules peuvent diffuser des données simultanément à partir de la mémoire. Si la bande passante mémoire est trop faible, même un fond de panier PCI Express Gen 3 haute vitesse ne peut pas fonctionner à plein potentiel, ce qui a un impact sur les performances dans les applications à haut débit.

Matrice de sélection du contrôleur PXI par niveau de bande passante

Le tableau 3 peut vous aider à sélectionner un contrôleur qui correspond à vos besoins en bande passante, en fonction du débit estimé de votre application. Tenir compte de ces facteurs peut aider à garantir que votre système peut acquérir et traiter les données efficacement, sans goulots d’étranglement.

^{Tableau 3. Recommandations du contrôleur PXI par niveau de bande passante}

3. Mémoire (RAM) et stockage 

La RAM fonctionne comme la mémoire à court terme du contrôleur, stockant temporairement les données pendant l’exécution du test. Une RAM adéquate réduit les goulots d’étranglement entre les instruments et le contrôleur, permettant un transfert fluide des données sur le fond de panier PXI Express et un traitement efficace des grands ensembles de données.

Les applications hautes performances, telles que l’analyse RF, l’acquisition de signaux mixtes, la simulation HIL et le traitement du signal en temps réel, bénéficient de capacités de RAM plus élevées pour prendre en charge des calculs plus rapides et le multitâche. Par exemple, le PXIe-8881 supporte jusqu'à 64 Go de RAM DDR4-2666 à quatre voies, et le PXIe-8862 offre jusqu'à 32 Go de RAM DDR4-3200 à deux voies pour des tâches plus intensives.

D’autres applications, telles que l’acquisition de données de base, l’enregistrement des capteurs et la surveillance de la température, s’exécutent généralement efficacement avec 8 Go de RAM en raison des besoins minimaux de bufférisation et de traitement des données.

Le stockage est l'endroit où votre système enregistre les données, les logiciels et les fichiers du système d'exploitation. Cela affecte la vitesse à laquelle les données peuvent être écrites, récupérées et analysées. Il existe deux options de stockage principales pour les contrôleurs embarqués PXI NI. Les disques électroniques (SSD) sont privilégiés pour leur vitesse, leur fiabilité et leur durabilité, avec des capacités allant jusqu’à 512 Go et des options d’extension disponibles. Pour une gestion sécurisée des données dans des environnements classifiés, certains contrôleurs, tels que le PXIe-8862, sont dotés de disques amovibles sur la face-avant, avec des options de mise à niveau jusqu’à 960 Go.

Si vous avez besoin de plus de stockage pour l'enregistrement haute vitesse (> 1 Géch./s) ou les tests de longue durée à traiter dans le châssis, envisagez d'ajouter un module de stockage PXI (NI PXIe-8267) pour une capacité et des performances étendues.

4. Le bon système d'exploitation

Le système d'exploitation détermine quels outils de développement, drivers et frameworks d'automatisation sont disponibles pour votre application. Une considération critique est la capacité du système d’exploitation à fournir un déterminisme et un cadencement précis. Pour les applications nécessitant une réponse prévisible et à faible latence, telles que la simulation hardware-in-the-loop ou le contrôle en boucle fermée, un système d'exploitation temps réel est nécessaire. 

Microsoft Windows

Windows est le système d'exploitation le plus utilisé pour les systèmes PXI, offrant une compatibilité avec un large éventail de logiciels de test et de mesure, y compris NI LabVIEW, NI TestStand et des outils tiers. Son interface utilisateur graphique (GUI) simplifie le développement, la mise au point et l’intégration avec l’infrastructure informatique d’entreprise. 

La version LTSC (Long-Term Servicing Channel) est une édition spécialisée de Windows conçue pour les environnements d’entreprise et critiques où la stabilité, la sécurité et le long cycle de vie sont essentiels. Le cycle de vie IoT Enterprise LTSC a 10 ans de support. Les contrôleurs PXI NI sont livrés avec Windows 10 LTSC ou Windows 11 LTSC.

En savoir plus sur Windows 11.

NI Linux Real-Time

NI Linux Real-Time est conçu pour les applications exigeant des performances déterministes à faible latence. Le noyau temps réel garantit des temps de réponse prévisibles, tandis que le fonctionnement sans interface graphique améliore la fiabilité dans les environnements embarqués et industriels. NI Linux Real-Time est également moins sensible aux mises à jour inattendues ou aux processus en arrière-plan qui peuvent perturber l’exécution des tests. Le système d’exploitation NI Linux Real-Time est intégralement supporté par le LabVIEW Real-Time Module.

Système d’exploitation NI Linux Real-Time fournit :

• Durée d'exécution garantie dans le pire des cas
• Hiérarchiser les sections de programme pour des performances optimales
• Cadencement de boucle cohérent (précision microseconde)

En savoir plus :

• Technologie NI Linux
• Qu’est-ce qu’un système d’exploitation temps réel ?
• Ai-je besoin d’un système temps réel ?

Pas de système d'exploitation (Installation personnalisée)

Les contrôleurs PXI NI prennent en charge le déploiement de systèmes d'exploitation personnalisés via des variantes de contrôleurs sans systèmes d'exploitation, ce qui donne aux organisations la flexibilité d'installer leurs propres systèmes d'exploitation. Cette option est idéale pour les équipes ayant des exigences propriétaires, des politiques de sécurité uniques ou des besoins d’intégration spécialisés.

Bien que cette approche offre une personnalisation maximale, elle nécessite une expertise avancée dans le déploiement de systèmes d’exploitation et l’intégration de drivers. Par exemple, les drivers matériels NI ne sont disponibles que pour certaines distributions Linux. Pour garantir la fonctionnalité des modules PXI, il est donc recommandé d’utiliser des distributions supportées telles que RHEL, Ubuntu ou OpenSUSE.

Vous pouvez également utiliser le vérificateur de compatibilité du système d'exploitation NI en ligne qui montre la compatibilité du système d'exploitation pour le matériel et les logiciels NI. Consultez ces informations pour vous assurer que la combinaison matériel/driver/logiciel sélectionnée est prise en charge par le système d’exploitation souhaité.

En savoir plus sur la plate-forme NI sous Linux Desktop.

5. Options d'E/S et de connectivité

Les contrôleurs embarqués PXI fournissent non seulement une communication haute vitesse via le fond de panier PXI Express, mais servent également d’interface aux systèmes externes. La bande passante d'E/S fait référence à la vitesse de transfert des données entre le contrôleur et les périphériques externes via des ports tels que Thunderbolt, USB, Ethernet, DisplayPort™ et le stockage NVMe. Ces connexions permettent l’enregistrement des données, le contrôle à distance, la visualisation et l’intégration avec des instruments externes.

La bande passante d’E/S devient critique pour les flux de travail à forte intensité de données ou les systèmes de test distribués qui nécessitent un transfert de données externe haute vitesse, notamment les exemples suivants :

• Transfert en continu de grands ensembles de données vers un stockage externe à l’aide de Thunderbolt ou NVMe
• Surveillance ou contrôle à distance via Ethernet
• Connexion de plusieurs écrans haute résolution pour la visualisation

Si votre application traite les données en interne dans le châssis PXI Express, la bande passante d’E/S est moins critique : il s’agit plutôt d’une fonctionnalité « à connaître ». Cependant, pour les systèmes qui reposent sur une connectivité externe, cela peut avoir un impact significatif sur les performances.

Interfaces d'E/S courantes sur les contrôleurs embarqués PXI NI

• Ethernet (RJ-45) : connectivité réseau, contrôle à distance, transfert de données
• USB (2.0/3.0/3.2) : connexions périphériques (claviers, lecteurs, instruments)
• Thunderbolt 4 : connectivité haute vitesse des périphériques externes
• DisplayPort : surveiller la connexion pour l'interface graphique et la mise au point
• Série (RS-232/RS-485) : contrôle d'anciens instruments et périphériques industriels
• GPIB : contrôle d'instruments hérité (en option sur certains modèles)
• Ports de déclenchement : routage des déclenchements PXI vers/depuis le fond de panier
• Stockage amovible (SSD U.2 NVMe) : augmentez ou mettez à niveau la capacité de stockage
• Bouton Réinitialiser et LED : réinitialisation du système et indicateurs d'état visuel

Figure 6. Diagramme détaillé du PXIe-8862 avec disque dur amovible

6. Compatibilité des châssis PXI

Les contrôleurs embarqués PXI sont logés dans un châssis PXI. Le châssis PXI est plus qu’un simple cadre mécanique : il définit l’architecture du fond de panier, la distribution d’énergie, la capacité de refroidissement et la bande passante de données disponibles pour votre contrôleur embarqué et vos modules PXI. Choisir le bon châssis garantit des performances, une compatibilité et une évolutivité optimales de votre système de test.

Comprendre l’impact du choix du contrôleur PXI

Tous les contrôleurs NI sont compatibles mécaniquement et électriquement avec n’importe quel châssis PXI, ce qui signifie qu’ils fonctionneront quelle que soit votre configuration. Cependant, la compatibilité ne garantit pas des performances optimales. Pour obtenir le débit et la stabilité les plus élevés, vous devez sélectionner un châssis qui correspond aux exigences de bande passante et de puissance du contrôleur.

• Impact sur les performances : un contrôleur haute vitesse dans un châssis à faible bande passante gaspille la bande passante PCI Express du système. Par exemple, si un contrôleur PXIe-8862 NI (PCI Express Gen 3) est utilisé dans un châssis PXIe-1071 NI (PCI Express Gen 1), la pleine vitesse Gen 3 ne peut pas être utilisée par les modules à l'intérieur du châssis. 
• Instabilité du système : une alimentation ou un refroidissement inadéquats peuvent provoquer une surchauffe et des arrêts. Ceci ne s'applique qu'au contrôleur PXIe-8881 NI qui requiert un châssis de refroidissement de 82 W. Les contrôleurs embarqués PXI nécessitent un emplacement système pour fonctionner. Ils ne peuvent pas fonctionner dans les châssis MXIe ou Thunderbolt (par exemple, NI PXIe-1083 ou NI PXIe-1090) car ces châssis ne comportent pas d'emplacement système.

Facteur de forme du contrôleur embarqué

Le facteur de forme physique des contrôleurs embarqués PXI détermine leur compatibilité avec les châssis PXI. La plupart des châssis PXI incluent un espace de contrôleur système à quatre emplacements, tandis que certains châssis tiers ne fournissent qu'un seul emplacement système. Bien qu'un contrôleur à un emplacement puisse fonctionner dans un châssis à quatre emplacements, il n'utilise pas pleinement l'espace disponible. Inversement, un contrôleur à quatre emplacements ne peut pas tenir dans un châssis conçu pour un seul emplacement système.

En résumé, votre choix de châssis et de contrôleur affecte directement le mouvement des données et le débit global du système. Pour obtenir des conseils sur l’optimisation des performances du système PXI, consultez ce white paper sur la maximisation du mouvement et du débit des données.

En savoir plus :

• Conceptions de châssis NI
• Vérifier la compatibilité du contrôleur et du châssis
• Valider la compatibilité complète du système

7. Fiabilité

Les contrôleurs embarqués PXI sont conçus pour un fonctionnement continu et critique dans divers environnements, des laboratoires contrôlés aux installations d'ateliers de fabrication et de test sur le terrain. La fiabilité est assurée par la tolérance environnementale et la gestion thermique.

Tolérance environnementale

• Température de fonctionnement
  • 0 °C à 55 °C pour les contrôleurs.
  • Le système PXIe-8881 dégrade sa température de fonctionnement à 40 °C en pleine charge en raison des limitations de performances du processeur.
• Rapport cyclique :
  • Contrôleurs : jusqu'à 100 % d'utilisation du processeur et 0,3 écriture SSD/jour pour un fonctionnement 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7.
  • Disques durs standard : rapport cyclique de 20 % (8 heures/jour, 5 jours/semaine), comme les PC.

Gestion thermique

• Les processeurs hautes performances et les systèmes PXI densément peuplés génèrent une chaleur importante, qui peut affecter la stabilité s’ils ne sont pas gérés.
• La meilleure pratique consiste à associer des contrôleurs haute puissance à des châssis hautes performances pour un refroidissement optimal. 
  Exemple : Le châssis PXIe-1095 NI (82 W par emplacement de refroidissement) avec un contrôleur PXIe-8881 NI (processeur 8 cœurs) assure une marge thermique pour les systèmes multi-emplacements à calcul intensif.

8. Besoins de sécurité

À mesure que les systèmes de test deviennent plus connectés et intégrés aux réseaux d’entreprise, la protection des données et le maintien de l’intégrité du système sont essentiels. Nous implémentons des protocoles de sécurité robustes pour tous les produits NI, y compris les contrôleurs. Pour en savoir plus sur la sécurité au niveau de la plate-forme, consultez Sécurité des produits PXI.

De plus, nous collaborons avec les principaux fabricants de processeurs pour nous assurer que les derniers contrôleurs NI offrent une sécurité matérielle avancée, telle que TPM 2.0. Trusted Platform Module (TPM) est une puce dédiée qui stocke en toute sécurité les clés cryptographiques, permet un démarrage sécurisé, vérifie l'intégrité du firmware, prend en charge le cryptage sur disque et facilite l'authentification. TPM 2.0 est désormais standard dans la plupart des contrôleurs embarqués NI, offrant une sécurité renforcée et une compatibilité avec les frameworks de cybersécurité modernes, y compris les fonctionnalités de Windows 11 telles que le cryptage de démarrage sécurisé et de périphérique

En savoir plus :

• La sécurité Windows 11 et les avantages pour les applications de test
• Questions fréquentes TPM

TPM 2.0 en Chine

Les contrôleurs NI sont disponibles dans les options TPM 2.0 standard et TPM 2.0 en Chine. TPM 2.0 en Chine est conforme aux réglementations gouvernementales chinoises et utilise des algorithmes cryptographiques locaux (SM2, SM3, SM4) au lieu des normes internationales (RSA, SHA, AES). TPM 2.0 en Chine est requis pour les produits déployés en Chine afin de répondre aux normes de sécurité locales. Si votre système sera utilisé en Chine, sélectionnez l'option TPM en Chine. Vérifiez le support TPM pour des contrôleurs spécifiques ici. 

De plus, certains contrôleurs embarqués PXI NI incluent des options de disque amovible pour une gestion sécurisée des données dans des environnements classifiés. Reportez-vous au Guide d'initiation PXIe-8822/42/62 pour en savoir plus.

En évaluant les exigences de votre application et en tenant compte de facteurs allant de la puissance de traitement et de la bande passante système à la sécurité, vous pouvez prendre une décision confiante et éclairée lors du choix de votre contrôleur.

Les trois scénarios de test suivants illustrent comment des exigences d’application spécifiques déterminent le choix de l’instrumentation, du châssis et des contrôleurs, fournissant un aperçu pratique de la construction d’un système PXI rentable et optimisé.

Scénario de test 1 : Validation automatisée de base pour l’électronique grand public

Un client est en train de construire un système de test automatique rentable pour valider l’électronique grand public telle que les appareils domestiques intelligents, portables ou les gadgets portables.

Exigences clés

• Faible débit de données : jusqu'à 100 Mo/s pour les E/S numériques, les mesures de capteurs et l'acquisition analogique de base. 
• Performances fiables : capable d'exécuter des scripts de test, d'enregistrer les résultats et d'effectuer des analyses de base sans décalage. 
• Compatibilité du système d’exploitation Windows : assure l’intégration avec LabVIEW, TestStand et les outils basés sur Python. 
• Instrumentation évolutive : prend en charge plusieurs modules PXI pour les E/S, la puissance et la mesure. 
• Abordable : donne la priorité à un faible coût total de possession avec un minimum de complexité de configuration.

Sélection de l'instrument

Le système comprend les modules suivants :

• NI PXIe-6509 : E/S numériques à 96 voies pour le contrôle du périphérique et la surveillance d'état.
• NI PXIe-4300 : Entrée analogique à 8 voies pour la validation des capteurs.
• NI PXIe-4112 : Alimentation programmable pour alimenter les DUT.
• NI PXIe-2527 : Multiplexeur pour le routage et la commutation de signaux.

Ces instruments nécessitent une bande passante modérée et bénéficient d’un déclenchement et d’un cadencement synchronisés.

Sélection du châssis

Châssis PXIe-1088 NI

• 9 emplacements PXI Express
• Jusqu’à 8 Go/s de bande passante système
• Compact et abordable, idéal pour les configurations sur table ou en baie.

Ce châssis supporte tous les instruments sélectionnés et fournit une bande passante suffisante pour l'application.

Recommandation du contrôleur

Contrôleur embarqué PXIe-8822 NI

^{Tableau 4. Spécifications du contrôleur embarqué PXIe-8822 NI}

Pourquoi le PXIe-8822 fonctionne bien pour ce scénario

• Performances équilibrées : idéal pour les tâches de validation à usage général sans surinvestir dans des spécifications haut de gamme.
• Extensible : prend en charge des modules PXI supplémentaires pour les E/S numériques, les entrées analogiques ou les mesures de puissance.
• Compact et fiable : faible consommation d'énergie et stockage à l'état solide, il convient aux environnements de laboratoire ou de production.

Scénario de test 2 : Test fonctionnel en grand volume pour les périphériques intelligents critiques pour la sécurité

Un fabricant de systèmes intelligents de détection d’incendie et de gaz a besoin d’une plate-forme de test automatisée standardisée pour valider et produire des millions de dispositifs critiques pour la sécurité chaque année. Le système doit garantir zéro compromis sur la qualité, gérer des fonctionnalités complexes et évoluer efficacement pour une production en grand volume.

Exigences clés

• Couverture de test élevée : validation fonctionnelle des capteurs, des protocoles sans fil, des logiciels embarqués et des interfaces utilisateur.
• Automatisation : capacité à exécuter des centaines de tests pendant la nuit pour accélérer la validation et réduire les efforts manuels.
• Intégrité des données : mesures précises et traçabilité pour la conformité réglementaire et le long cycle de vie des produits (10 ans et plus).
• Évolutivité : prise en charge des tests parallèles de DUT et reproduction facile des stations de test pour la croissance en volume.
• Standardisation : architecture matérielle/logicielle commune pour la validation et la production afin de réduire le temps de cycle et les frais généraux de maintenance.

Sélection de l'instrument

• NI PXIe-4300 : entrée analogique pour l'étalonnage des capteurs et les mesures environnementales.
• NI PXIe-6571 : instrument de pattern numérique pour le test fonctionnel des interfaces embarquées.
• NI PXIe-4112 : alimentation programmable pour le séquencement de puissance du DUT.
• NI PXIe-2532B : commutateur matriciel pour le routage et la commutation de signaux.

Sélection du châssis

Châssis PXIe-1095 NI

• 18 emplacements PXI Express pour les configurations haute densité.
• Jusqu'à 24 Go/s de bande passante système pour les tests parallèles de DUT.
• Refroidissement avancé de 82 W pour un fonctionnement de longue durée à forte charge.

Recommandation du contrôleur

Contrôleur embarqué PXIe-8862 NI

^{Tableau 5. Spécifications du contrôleur embarqué PXIe-8862 NI}

Pourquoi le PXIe-8862 fonctionne bien pour ce scénario

• Performances équilibrées : gère les tests fonctionnels et l'automatisation en grand volume sans surinvestir dans les spécifications de classe Xeon.
• Rendement économique : réduction des coûts par rapport au PXIe-8881 tout en prenant en charge des configurations multi-emplacements haute densité.
• Évolutivité : fonctionne de manière transparente avec les châssis PXIe-1095 pour les tests parallèles de DUT.
• Fiabilité : le stockage à semi-conducteurs et la conception robuste garantissent la disponibilité des appareils critiques pour la sécurité.

Scénario de test 3 : Validation RF à large bande passante pour les systèmes sans fil

Un client développe un système de test automatisé pour valider les modules sans fil 5G, les frontaux RF et les émetteurs-récepteurs haute vitesse. Le système doit gérer de grands flux de données pour l'analyse et l'enregistrement/la lecture de signaux en temps réel.

Exigences clés

• Haut débit de données : transfert continu jusqu'à 4 GHz de bande passante instantanée pour l'enregistrement/la lecture RF et l'acquisition de signaux multivoies.
• Compatibilité du système d'exploitation Windows : intégration transparente avec les personnalités et API de mesure LabVIEW, TestStand et NI RFmx.
• Architecture évolutive : prise en charge de plusieurs instruments RF et extension aux configurations multichâssis.
• Gestion thermique robuste : le processeur hautes performances et les modules RF denses nécessitent un refroidissement avancé.

Sélection de l'instrument

• NI PXIe-5842 : émetteur-récepteur de signal vectoriel (VST) pour la génération et l'analyse de signaux RF jusqu'à 54 GHz.
• NI PXIe-5668 : analyseur de signaux RF hautes performances pour les mesures à large bande.
• NI PXIe-7903 : module coprocesseur FPGA pour le traitement du signal et le flux de données en temps réel.
• NI PXIe-6674T : module de cadencement et de synchronisation pour les mesures en cohérence de phase.

Ces instruments nécessitent une bande passante PCI Express élevée et bénéficient d’un déclenchement déterministe.

Sélection du châssis

Châssis PXIe-1095 NI

• 18 emplacements PXI Express
• Capacité de refroidissement jusqu’à 82 W par emplacement
• 24 Go/s de bande passante système pour une évolutivité multichâssis
• Idéal pour les applications intensives en RF et FPGA nécessitant un débit maximal et une marge thermique maximale.

Recommandation du contrôleur

Contrôleur embarqué PXIe-8881 NI

^{Tableau 6. Spécifications du contrôleur embarqué PXIe-8881 NI}

Pourquoi le PXIe-8881 fonctionne bien pour ce scénario

• Bande passante extrême : gère le flux RF multivoie et le mouvement des données FPGA sans goulot d'étranglement.
• Puissance de calcul : le processeur Intel Xeon 8 cœurs prend en charge l'analyse en temps réel et le traitement de signaux complexes.
• Fiabilité thermique : conçu pour les modules RF haute puissance dans les châssis PXIe-1095.
• Évolutivité : prend en charge les configurations multichâssis pour les grands systèmes de test RF.

Le choix du bon contrôleur PXI NI dépend des exigences de votre application, y compris la vitesse de traitement, la bande passante, la mémoire, etc. Vous pouvez utiliser les conseils généraux suivants comme point de départ et explorer NI System Advisor pour configurer un système dès aujourd’hui. Pour comparer les modèles et les numéros de référence, consultez la brochure du contrôleur PXI NI.

^{Tableau 7. Contrôleurs PXI NI recommandés par application}

• Construire un système PXI dès aujourd’hui
• Découvrir les avantages de conception des contrôleurs embarqués PXI
• En savoir plus sur les principes fondamentaux de construction d'un système de test

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