Avantages du NI GPIB

Depuis plus de deux décennies, il existe deux bus prédominants pour le contrôle d’instruments : le bus série RS232, principalement utilisé pour contrôler l’instrumentation scientifique et analytique, et le GPIB IEEE 488, principalement utilisé pour contrôler les équipements de test et de mesure traditionnels.

Alors que les ports RS232 sont facilement disponibles sur les ordinateurs de bureau et portables dans le monde entier, le contrôle des instruments via GPIB nécessite l’utilisation d’un matériel de contrôle spécial. Lors de l’examen des choix pour le matériel de contrôle d’instruments, de nombreux scientifiques et ingénieurs font souvent ce choix uniquement en fonction du prix, supposant à tort que les interfaces GPIB sont une marchandise et que tous les contrôleurs sont égaux.

Dans ce white paper, trois différenciateurs clés pour le matériel de contrôleur GPIB sont examinés et les fonctionnalités matérielles et logicielles qui peuvent apporter des améliorations significatives dans tous les domaines de vos systèmes de test et de mesure, du développement d’applications plus productif et efficace à une exécution d’application plus rapide et plus fiable, en passant par une mise au point et une maintenance sans soucis.

Lors de l’achat d’un contrôleur GPIB pour votre système de contrôle d’instruments, n’oubliez pas que dans trois domaines clés, les contrôleurs NI GPIB offrent des avantages qui peuvent vous aider à économiser du temps et de l’argent tout au long de la vie de votre système, du développement à la production et à la maintenance. Ces trois domaines sont :

• Performances - Avec un débit matériel inégalé et un driver logiciel hautement optimisé, vous pouvez exécuter plus de tests en un laps de temps plus court, ce qui augmente votre efficacité globale et vous aide à créer plus de produits et à générer plus de revenus
• Fiabilité - La fiabilité du matériel et des logiciels vous donne la tranquillité d'esprit que votre système fonctionnera sans erreur sur de longues périodes sans interruptions. Cette fiabilité réduit les temps d’arrêt et vous fait gagner du temps et de l’argent
• Productivité - Des outils de configuration, de dépannage et de mise au point, un support technique de classe mondiale, une interface de programmation d'applications (API) standard de facto qui a amélioré les performances et l'efficacité, mais qui n'a pas changé dans l'expérience utilisateur depuis plus de 20 ans, et le support du système d'exploitation le plus large sont parmi les nombreuses fonctionnalités qui vous offrent l'environnement de développement le plus productif, garantissant que vous pouvez créer vos applications avec un minimum de temps et d'efforts, vous faisant à nouveau gagner un temps précieux et vous aidant à introduire des produits plus rapidement

Pour le reste de ce white paper, nous nous concentrons sur ces trois domaines critiques pour le matériel de contrôleur GPIB et analysons les fonctionnalités spécifiques du matériel et des logiciels NI GPIB qui vous donnent des avantages clairs dans chacun d’entre eux. De plus, nous comparons d’autres produits matériels GPIB non NI et examinons les avantages d’une solution NI, à la fois en temps et en argent.

Avant de continuer, il est très important de noter que bien que chacun de ces trois domaines soit abordé séparément, il n’est pas possible de les diviser complètement. Par exemple, pour qu’un driver offre une fiabilité et une robustesse élevées, il peut entraîner une surcharge interne supplémentaire qui pourrait nuire aux performances. Avoir la meilleure combinaison GPIB Software et matériel, c'est avoir un équilibre délicat de fonctionnalités qui fournit l'optimum en termes de performances, de fiabilité et de productivité.

Lors de l’évaluation des performances globales du matériel GPIB, la spécification la plus évidente est le débit nominal de la carte. Par exemple, la carte a-t-elle un débit maximal de 700 Ko/s, 1,5 Mo/s ou 8 Mo/s ? Cependant, en plus de cette évaluation, il y a plusieurs autres facteurs importants à examiner qui sont maintenant explorés plus en détail. Ces facteurs peuvent être combinés en deux domaines : 1) vitesse du matériel et 2) vitesse du driver.

Vitesse du matériel

Le débit nominal maximal sur une carte est très important car il indique le débit le plus rapide auquel la carte peut transférer des données via le GPIB. Plus le transfert est rapide, plus les données peuvent être transférées sur une période plus courte. Cela peut être très important dans un environnement de test en production où la réduction du temps de test du produit de quelques millisecondes peut entraîner des économies importantes. Il est également important de voir à quelle vitesse une carte GPIB peut transférer des données sous différentes tailles de transfert. Par exemple, la carte fonctionne-t-elle aussi bien en utilisant de petits blocs de données et de grands blocs de données ? Dans quelle mesure la réponse du débit de la carte est-elle cohérente sur une gamme de tailles de blocs de transfert de données ? La figure 1 montre les performances du NI PCI-GPIB pour différentes tailles de blocs de données.

Figure 1. Performances d'une carte PCI-GPIB

Comme vous pouvez le voir sur le graphique, la vitesse de transfert maximale de NI PCI-GPIB est supérieure à 1,5 Mo/s et atteint une vitesse de transfert supérieure à 1 Mo/s pour une taille de bloc de transfert de 500 B, une taille de transfert assez courante. De plus, même avec des tailles de blocs de transfert inférieures à 500 B, la carte reste très performante.

NI atteint cette amélioration des performances en s’appuyant sur des ASIC GPIB conçus sur mesure. Tout le matériel NI conçu depuis 1997 utilise un NI TNT GPIB ASIC. En plus du circuit NAT4882 personnalisé requis pour effectuer les fonctions de contrôleur/parleur/auditeur IEEE 488.2, les ASIC NI TNT intègrent le noyau d’amélioration des performances Turbo488 ainsi que les émetteurs-récepteurs GPIB requis. De plus, les ASIC NI TNT incluent une FIFO embarquée et sont capables de transferts DMA, ce qui fait gagner du temps au processeur car le PC peut se concentrer sur d’autres tâches pendant un transfert GPIB.

En revanche, de nombreux autres fournisseurs GPIB utilisent la fonctionnalité GPIB dans FPGA. Cependant, les FPGA n'intègrent aucune des fonctionnalités d'amélioration des performances disponibles dans les ASIC NI TNT. De plus, de nombreuses cartes à faible coût offrent une faible vitesse matérielle car elles ne sont pas capables de DMA et n’incluent pas de FIFO embarquées.

Les ASIC NI TNT fournissent également des fonctionnalités supplémentaires qui améliorent les performances. Les ASIC TNT de NI respectent exactement les délais de l’IEEE 488.1 T1, garantissant qu’aucune donnée n’est perdue par les instruments et que les transferts se déroulent aussi efficacement que possible. De plus, les ASIC TNT de NI fournissent des temps de réponse incroyablement rapides aux signaux de handshake. Enfin, les ASIC TNT de NI offrent le protocole de handshake haute vitesse, HS488, défini par la norme IEEE 488.1-2003. Le protocole HS488 définit des débits de données allant jusqu'à 8 Mo/s. Les utilisateurs peuvent tirer parti du HS488 s'ils connectent leur contrôleur NI GPIB à un instrument compatible HS488.

Une comparaison des performances matérielles du NI PCI-GPIB avec les contrôleurs GPIB basés sur PCI d’autres fournisseurs montre un avantage clair de NI. En plus des performances évaluées par les fabricants, un test a été mis en place dans lequel une unité sous test chargée d’une charge électronique programmable et de sa réponse a été lue par un oscilloscope. Ces instruments étaient contrôlés par une application logicielle très simple. L’application était flexible et pouvait envoyer et recevoir des données vers et depuis les instruments en petits blocs, grands blocs et une combinaison des deux. La comparaison des performances du matériel NI GPIB par rapport aux cartes GPIB à moindre coût a montré que selon la carte utilisée, une amélioration des performances de 5 à 30 % pourrait être obtenue. C'est un avantage important. Par exemple, sur un quart de travail de 10 heures, avec un temps de test de 20 s par périphérique, une amélioration des performances de 5 à 30 % se traduit par 110 à 820 périphériques supplémentaires testés. Sur une semaine de travail de 5 jours, cet avantage se traduit par 570 à 4120 appareils supplémentaires testés.

Vitesse du driver

Bien que la vitesse du matériel puisse être le facteur le plus important pour déterminer les performances globales d’une carte GPIB, la vitesse du driver est un autre aspect crucial de l’exécution globale d’une carte. La qualité de la conception de l’architecture du driver détermine son efficacité dans la gestion de divers types d’appels GPIB, y compris les transferts de données GPIB ainsi que les appels de gestion de bus GPIB et la gestion des erreurs.

Une tâche importante que le driver gère est l'interrogation série. La norme GPIB exige que le contrôleur soit capable d'effectuer une interrogation série, où il interroge chaque périphérique sur le bus GPIB et détermine quel périphérique a demandé le service. Une application doit consacrer un certain temps d'exécution à l'interrogation série pour déterminer quels périphériques du bus nécessitent un service. Le driver NI-488.2 implémente cela de manière très efficace, et fournit en outre un mécanisme d'interrogation automatique par lequel le driver effectue les interrogations série en arrière-plan, en tirant parti du temps d'inactivité de l'application et du processeur. Non seulement l'interrogation automatique utilise plus efficacement les ressources du PC, mais en effectuant une interrogation automatique, le driver est capable de détecter et de répondre à une demande de service beaucoup plus rapidement qu'il ne le ferait autrement.

Outre l'interrogation, il est important qu'un driver soit capable de transferts synchrones et asynchrones. En ayant la capacité de transférer des données de manière asynchrone, l’application de contrôle d’instruments peut consacrer du temps processeur PC à d’autres tâches. Par exemple, une application peut avoir deux boucles simultanées, une responsable des transferts GPIB et une qui peut effectuer d'autres tâches d'analyse ou d'interface utilisateur.

Enfin, comme l’API du driver NI GPIB est de facto la norme de l’industrie, les fournisseurs GPIB à moindre coût fournissent généralement un driver qui utilise un wrapper autour de leur driver qui répond aux appels au driver NI. Comme ces développeurs de drivers ne connaissent pas l'architecture interne et les subtilités du driver NI, ils ne sont pas en mesure d'optimiser les performances de leur driver. Il en résulte de mauvaises performances de ces drivers encapsulés. De plus, les développeurs de drivers fournissent rarement un wrapper pour chaque fonction du driver NI, ce qui laisse certaines applications avec des fonctions non disponibles.

Le deuxième facteur important dans le choix d’une solution GPIB est la fiabilité, qui ne se limite pas à la fiabilité du matériel mais s’étend à la fiabilité du logiciel ainsi qu’à la fiabilité du fournisseur.

Fiabilité du matériel

L’utilisation d’un matériel hautement fiable est cruciale car elle se traduit généralement directement par des économies de coûts. Si le matériel est fiable et fonctionne sans problème, vous pouvez éviter le coût des temps d’arrêt ainsi que le coût du changement de matériel et de la revalidation de vos systèmes. NI met tout en œuvre pour garantir que notre matériel GPIB est extrêmement fiable. Certaines des choses qui aident à assurer cela sont:

• ASIC personnalisés - NI utilise les ASIC TNT personnalisés, qui intègrent près de 30 ans de savoir-faire en ingénierie GPIB.
• Conceptions efficaces - En utilisant des ASIC personnalisés, NI est en mesure de réduire le nombre global de composants dans chaque conception, réduisant ainsi les risques de défaillance. Par exemple, le temps moyen entre défaillances (MTBF) pour un certain produit est généralement calculé en fonction du MTBF pour chaque composant. Plus le nombre de composants d'un produit est petit, meilleur sera son MTBF.
• Spécifications environnementales - La plupart des matériels NI GPIB sont conçus pour fonctionner avec la même précision et fiabilité à des températures allant de 0 à 55 *C (chaque produit peut varier). De nombreuses cartes GPIB tierces sont évaluées de 0 à 40 *C et leurs fonctionnalités diffèrent plus près des bords de cette gamme.
• Spécifications industrielles - Le matériel NI GPIB est conforme aux dernières spécifications industrielles, y compris IEEE 488.1-2003 et la spécification PCI v 2.1 pour le NI PCI-GPIB.
• Efficacité de fabrication - Il est important pour votre fournisseur GPIB d'avoir un processus de fabrication fiable qui produit un produit de haute qualité. NI fabrique des produits GPIB depuis plus de 30 ans, optimisant le processus pour augmenter les rendements et garantir des produits de la plus haute qualité. Par conséquent, nos produits GPIB ont des taux de retour extrêmement bas.
• Garantie matérielle - Le matériel NI GPIB est assorti d'une garantie de trois ans garantissant que dans les rares cas où un produit ne fonctionne pas correctement, vous n'êtes pas responsable des frais de réparation.

Fiabilité du logiciel

Disposer de logiciels fiables garantit un temps d’arrêt minimal ainsi qu’une plus grande variété de systèmes sur lesquels développer et déployer des applications GPIB. Le driver NI-488.2 est complet et a évolué au cours de nombreuses années de développement. Par exemple, avec NI-488.2 vous pouvez développer des applications multithread ainsi que celles écrites pour s'exécuter sur des systèmes multiprocesseurs ou hyperthread. Le driver a été soigneusement testé sur ces types de systèmes pour garantir une utilisation fiable et ininterrompue.

Fiabilité du fournisseur

Enfin, votre fournisseur GPIB peut jouer un rôle majeur dans la fiabilité globale de votre application. NI fabrique des produits GPIB depuis plus de 30 ans. Nous avons une grande expertise dans la fabrication de ces produits et une longue expérience dans le support des interfaces plus anciennes et la fourniture de la même API compatible pour ces 20 années. NI est également certifié ISO 9001:2000, ce qui montre que nos processus internes répondent aux normes de l’industrie et garantissent davantage la qualité et la fiabilité de nos produits.

En plus des performances et de la fiabilité, un facteur très important à examiner est la productivité. La productivité peut être maximisée à la fois au moment du développement et lors de la maintenance du système et des applications. La productivité peut être obtenue en utilisant un driver complet, hautement utilisable et architecturalement stable.

NI Instrument Driver Network (IDNet)

Un driver d'instruments est un ensemble de sous-programmes logiciels permettant de contrôler un instrument programmable.  Drivers d'instruments simplifient considérablement le contrôle d'instruments et réduisent les temps d'élaboration des tests en rendant inutile l'apprentissage du protocole de programmation pour chaque instrument.  NI fournit des drivers pour plus de 6 500 instruments et 300 fournisseurs différents.  Ces Drivers d'instruments sont écrits pour LabVIEW, LabWindow/CVI et/ou Microsoft Visual Studio  Comme ces drivers ont déjà été créés pour vous et sont disponibles en téléchargement gratuit, votre productivité ne sera pas entravée lors de la configuration et vous pourrez démarrer beaucoup plus rapidement avec votre application.

Productivité du développement

Le driver NI GPIB, NI-488.2, fournit d'innombrables fonctionnalités qui augmentent la productivité du développement et améliorent la convivialité du driver. Bon nombre de ces fonctionnalités sont uniques au NI-488.2 et ne sont disponibles avec aucun des produits GPIB à moindre coût disponibles sur le marché.

• Driver commun — NI fournit un driver GPIB commun qui gère les contrôleurs GPIB NI pour PCI, PCI Express, PXI, PCMCIA, USB, Ethernet et ISA (PnP). Vous pouvez facilement porter une application d'une plate-forme à une autre sans avoir à réécrire le logiciel.
• Localisation du driver — NI-488.2 est localisé en japonais, coréen, chinois simplifié et chinois traditionnel. ¹ La localisation simplifie l'installation de la carte, le fonctionnement du driver et la programmation car les instructions d'installation et les logiciels sont dans la langue maternelle de l'utilisateur.
• Support technique — NI fournit gratuitement un support de classe mondiale grâce à de nombreuses options de support en ligne. Il est essentiel de vous assurer que vous pouvez obtenir des réponses rapides et précises à vos questions pour garantir le bon déroulement et le respect des délais de vos projets.
• Multiple Interface Capability — NI-488.2 est l'un des rares drivers sur le marché qui vous permet d'installer et d'utiliser plusieurs interfaces sur le même système. Par exemple, vous pouvez installer un PCI-GPIB à GPIB0 et GPIB-USB-B à GPIB1 pour contrôler plusieurs instruments, indépendamment l'un de l'autre, pour des applications qui nécessitent une réponse plus prévisible de l'instrument. Comme le driver fournit cette fonctionnalité, le développement de telles applications est assez simple. Grâce à cette fonctionnalité, un contrôleur GPIB peut être remplacé par un contrôleur GPIB d’un autre type sans aucune modification logicielle.
• Utilitaires — NI- 488.2 fournit plusieurs utilitaires qui améliorent considérablement la productivité du développement.

Communicateur NI-488.2

Vous pouvez utiliser NI-488.2 Communicator pour vérifier que vous pouvez établir une communication simple avec votre instrument GPIB. Ceci est un utilitaire interactif qui vous permet d'écrire des commandes à votre instrument et de lire les réponses de votre instrument. Il fournit des informations détaillées sur l'état des appels NI-488.2 et vous pouvez l'utiliser pour imprimer un exemple de code source C qui effectue une requête simple vers un instrument GPIB.

Figure 2. NI-488.2 Communicator vérifie rapidement la connexion matérielle

Contrôle interactif

Interactive Control ou ibic est disponible pour une communication interactive plus avancée, mais très rapide, avec vos instruments GPIB.  Il vous permet d'entrer et d'exécuter de manière interactive des fonctions ou des sous-programmes GPIB sans utiliser d'application de développement ou de langage de programmation.  En communiquant avec votre instrument GPIB à l’aide de l’utilitaire de contrôle interactif, vous pouvez rapidement confirmer que votre matériel est entièrement capable de s’intégrer à votre environnement de programmation. 

Figure 3 : IBIC permet une communication GPIB plus avancée

NI I/O Trace

Grâce à NI I/O Trace, l'utilisateur peut suivre les appels de drivers. Cette fonctionnalité est extrêmement utile pour la mise au point d'applications.  Le NI I/O Trace enregistre tous les appels au niveau du périphérique et de la carte avec un horodatage. Les développeurs peuvent détecter facilement et efficacement les erreurs et les problèmes de cadencement dans leurs applications.  Cet utilitaire différencie davantage les fonctionnalités et la convivialité des périphériques GPIB de NI.

Figure 4 : Exemple de capture NI-I/O Trace

Analyseur GPIB

Avec GPIB Analyzer, vous pouvez analyser l’activité physique du bus en observant tous les signaux de handshake GPIB, les signaux de gestion d’interface et les signaux de données. Cette capacité est très utile pour une mise au point avancée où NI I/O Trace seul ne peut pas résoudre les problèmes. De plus, vous pouvez analyser les problèmes de cadencement du bus beaucoup plus en détail. Le logiciel GPIB Analyzer n'est disponible qu'avec les cartes NI GPIB Analyzer (PCI-GPIB+). Aucun autre fournisseur GPIB ne fournit une fonctionnalité similaire.

Figure 5 : Capture active de l’analyseur GPIB avec PCI-GPIB+

Intégration avec les produits NI - NI-488.2 s'intègre très bien avec d'autres produits NI, y compris LabVIEW, LabWindows/CVI, Measurement Studio pour Microsoft Visual Studio et Measurement & Automation Explorer (MAX). Bien que certains autres fournisseurs GPIB fournissent des wrappers de drivers pour le driver NI-488.2, ces drivers sont généralement incomplets, ne fonctionnent qu'avec LabVIEW et ne fournissent aucun des utilitaires de configuration et de mise au point disponibles dans MAX.

Stabilité architecturale

Le driver NI-488.2 offre également une stabilité architecturale inégalée, ce qui contribue également à augmenter la productivité. Étant donné que le driver et son architecture sont très stables, il n’est pas nécessaire que les utilisateurs perdent du temps à réécrire et à mettre au point des applications lorsqu’ils veulent les mettre à niveau vers une nouvelle interface ou un nouveau système d’exploitation. Voici quelques-unes des caractéristiques spécifiques qui contribuent à la stabilité architecturale :

• Compatibilité API − L ' API NI-488.2 est de facto la norme industrielle de communication GPIB.  L’API a amélioré les performances et l’efficacité tout en restant inchangée du point de vue de l’utilisateur depuis plus de 20 ans. Avec cette stabilité, les applications écrites à l'origine pour une carte ISA sous DOS ou une carte NuBus sur un Macintosh peuvent s'exécuter sans changement avec une carte PCI sous Windows XP.
• Broad Bus Coverage - NI fournit des contrôleurs GPIB pour la plus grande variété de bus. En plus des bus actuellement populaires tels que PCI, PCI Express, PXI/CompactPCI, PCMCIA, USB et Ethernet, NI fournit également des contrôleurs pour ISA, IEEE 1394, SBus (Sun Solaris), PMC, PC/104 et VME, entre autres. Bien que certaines de ces interfaces requièrent une version distincte du driver NI-488.2, car l'API est la même, vous pouvez toujours porter des applications d'une des interfaces grand public vers une de ces interfaces spécialisées avec peu ou pas d'effort
• Transparence des systèmes d'exploitation - NI fournit des drivers complets pour la plupart des interfaces sur les systèmes d'exploitation les plus courants, tels que Windows Vista/XP/2000/NT/Me/9x, Linux, Solaris et Mac. NI fournit également des drivers pour certaines interfaces sur des systèmes d'exploitation moins courants tels que HP-UX et Tru64 Digital UNIX. Enfin, pour les interfaces et les systèmes d'exploitation pour lesquels NI ne propose pas de driver complet, nous fournissons un kit de développement de driver (DDK) afin que vous puissiez implémenter le driver sur le système d'exploitation de votre choix. Encore une fois, comme l’API du driver est toujours la même, l’utilisateur peut facilement porter des applications entre les systèmes d’exploitation et les interfaces.
• Disponibilité des produits - Non seulement NI fournit des contrôleurs GPIB pour la plus grande variété de bus, mais ces produits restent disponibles pendant de nombreuses années après que le bus n'est plus populaire. NI vend toujours des interfaces pour ISA et SBus, entre autres. Cette fonctionnalité garantit que vous n'avez pas à passer du temps inutilement à mettre à niveau une application car une interface plus ancienne n'est plus disponible.

Cet article donne un aperçu des avantages que vous obtenez en utilisant le matériel et les logiciels GPIB de NI. Les produits matériels et logiciels NI GPIB offrent des performances améliorées, une fiabilité élevée et une productivité accrue. Les performances sont améliorées grâce à un matériel de pointe et à des logiciels hautement optimisés qui maximisent le débit. Les produits NI GPIB offrent une fiabilité élevée grâce à un matériel et des logiciels stables et plus de 30 ans en tant que fournisseur GPIB de premier plan. Vous pouvez augmenter votre productivité en utilisant des outils de développement et de mise au point faciles et efficaces, ainsi qu’une architecture logicielle stable.

Les produits NI GPIB offrent ces avantages afin que vous puissiez concevoir, développer et tester vos produits plus rapidement et plus efficacement. Même un petit avantage supplémentaire qui résulte de ces avantages peut, au fil du temps, se traduire par de très grandes économies de temps et d’argent.

• Tutorial sur le contrôle d’instruments GPIB
• Messages GPIB
• Compatibilité du matériel et des logiciels NI avec les systèmes d’exploitation
  

¹ Localisation en coréen, chinois simplifié et chinois traditionnel disponible dans NI-488.2 pour Windows 2000/XP version 2.3 et ultérieure. La localisation japonaise est actuellement disponible.

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