NI X​シリーズ​と​は?

内容

X​シリーズ​デバイス​は、​NI​が​提供​する​マルチ​ファンクション​データ​収集 (DAQ) デバイス​の​中​で​最高​クラス​の​製品​です。​極めて​要件​の​厳しい​テスト、​計測、​制御​アプリケーション​の​ニーズ​に​も​対応​できる​よう​機能​が​強化​さ​れ​てい​ます。

USB、​PCI Express、​PXI Express​用​を​ご​用意​し​て​いる​X​シリーズ​デバイス​に​は、​アナログ​I/​O、​デジタル​I/​O、​4​種類​の​32​ビット​カウンタ/​タイマ​が​あり​ます。

X​シリーズ​では、​PC​ベース​の​マルチ​ファンクション​I/​O​機能​が​さらに​充実​し​てい​ます。​NI-​STC3​タイミング/​同期​技術​や、​USB​用​NI​信号​ストリーミング​技術、​PCI Express​へ​の​ネイティブ​インタフェース、​そして​マルチ​コア​対応​の​ドライ​バ​ソフトウェア​が​含​まれ​てい​ます。

製品​概要


​図​1. NI​では、​USB、​PCI Express、​PXI Express​対応​の​X​シリーズ​デバイス​を​提供​し​てい​ます。

NI​では、​低​コスト​製品​から​同時​サンプリング​機能​付き​の​高速​製品​まで、​多彩​な​X​シリーズ​デバイス​を​ご​用意​し​てい​ます。​表​1​は、​各​製品​の​主​な​仕様​を​まとめ​た​もの​です。

モジュール

アナログ​入力数

最大​AI​サンプリング​レート

合計​AI​スループット (全​チャンネル)

アナログ​出力数

デジタル​I/O

DIO​最大​クロック​レート

NI USB-6341 16 500 kS/秒 500 kS/秒 2 24 1 MHz
NI USB-6343 32 500 kS/秒 500 kS/秒 4 48 1 MHz
NI USB-6351 16 1.25 MS/秒 1 MS/秒 2 24 10 MHz
NI USB-6353 32 1.25 MS/秒 1 MS/秒 4 48 10 MHz
NI USB-6361 16 2 MS/秒 1 MS/秒 2 24 10 MHz
NI USB-6363 32 2 MS/秒 1 MS/秒 4 48 10 MHz
NI USB-6356 8 同時 1.25 MS/​秒/​チャンネル 10 MS/秒 2 24 10 MHz
NI USB-6366 8 同時 2 MS/​秒/​チャンネル 16 MS/秒 2 24 10 MHz
NI PCIe-6320 16 250 kS/秒 250 kS/秒 0 24 1 MHz
NI PCIe-6321 16 250 kS/秒 250 kS/秒 2 24 1 MHz
NI PCIe-6323  32 250 kS/秒 250 kS/秒 4 48 1 MHz
NI PCIe-6341 16 500 kS/秒 500 kS/秒 2 24 1 MHz
NI PCIe-6343 32 500 kS/秒 500 kS/秒 4 48 1 MHz
NI PCIe-6351 16 1.25 MS/秒 1 MS/秒 2 24 10 MHz
NI PCIe-6353 32 1.25 MS/秒 1 MS/秒 4 48 10 MHz
NI PCIe-6361 16 2 MS/秒 1 MS/秒 2 24 10 MHz
NI PCIe-6363 32 2 MS/秒 1 MS/秒 4 48 10 MHz
NI PXIe-6341 16 500 kS/秒 500 kS/秒 2 24 1 MHz
NI PXIe-6361 16 2 MS/秒 1 MS/秒 2 24 10 MHz
NI PXIe-6363 32 2 MS/秒 1 MS/秒 4 48 10 MHz
NI PXIe-6356 8 同時 1.25 MS/​秒/​チャンネル  10 MS/秒 2 24 10 MHz
NI PXIe-6358 16 同時 1.25 MS/​秒/​チャンネル  20 MS/s 4 48 10 MHz
NI PXIe-6366 8 同時 2 MS/​秒/​チャンネル  16 MS/秒 2 24 10 MHz
NI PXIe-6368 16 同時 2 MS/​秒/​チャンネル  32 MS/秒 4 48 10 MHz

表​1.広範​な​チャンネル​カウント、​サンプリング​レート、​バス​オプション​から​お​選び​い​た​だけ​ます。

お客様​の​アプリケーション​に​最適​な​バス​を​選ぶ​には

お客様​の​アプリケーション​に​最適​な​バス​を​選ぶ​際​に​は、​考慮​すべ​き​点​が​いくつか​あり​ます。​たとえば、​USB​は​移植​性​や​プラグ​アンド​プ​レイ​機能​を​重視​する​アプリケーション​に​向い​てい​ます。​PXI Express​と​PXI Express​は、​複数​の​デバイス​の​簡単​な​同期、​最高​性能​の​帯域​幅、​最小​の​レイ​テン​シ​が​求め​られる​アプリケーション​に​最適​です。

表​2​は、​USB​または​PCI Express/​PXI Express​を​選ぶ​際​に​重要​な​要素​を​一覧​に​した​もの​です。

  USB PCI Express/​PXI Express
NI-​STC3​技術
アナログ/​デジタル/​カウンタ​同時​操作
移植性 – 
プラグ​アンド​プ​レイ​操作
信号​接続​機能​の​統合
広帯域幅
低​レイ​テンシ
LabVIEW Real-​Time​の​サポート
複数​デバイス​の​同期

表​2.USB​または​PCI Express/​PXI Express​を​選ぶ​際​に​は、​これらの​重要​要素​を​考慮​し​ます。

X​シリーズ​技術

マルチ​ファンクション​デバイス​の​機能​と​柔軟性​を​旧​世代​の​デバイス​より​大幅​に​拡張​する​ため​に、​X​シリーズ​デバイス​では​3​つ​の​主要​技術​を​導入​し​てい​ます。

  1. NI-​STC3​タイミング/​同期​技術
  2. USB​および​PCI Express/​PXI Express​用​高速​バス​インタフェース
  3. ソフトウェア​の​並列​実行

NI-​STC3​タイミング/​同期​技術

すべて​の​マルチ​ファンクション​データ​収集​ハードウェア​に​は、​アナログ/​デジタル/​カウンタ​I/​O​ライン​を​制御​する​ため​の​オン​ボード​タイミング​回路​が​必要​です。​タイミング​ASIC​技術​は、​この​数​十年​で​大​きく​進化​しま​した。​X​シリーズ​DAQ​製品​に​は、​性能が強化された​4​個​の​カウンタ、​100 MHz​の​タイム​ベース、​I/​O​タイミング/​トリガ​の​追加​オプション​を​提供​する​新しい​NI-​STC3​技術​が​搭載​さ​れ​てい​ます。

性能が強化された​4​個​の​カウンタ

X​シリーズ​の​新しい​NI-​STC3​技術によってカウンタが高性能化され、​32​ビット​分解能​の​100 MHz​カウンタ​を​4​個​搭載​し​てい​ます。​1​つ​の​X​シリーズ​デバイス​に​4​個​の​カウンタ​が​搭載​さ​れ​て​いる​だけ​で​なく、​これまで​カウンタ​が​2​個​必要​だ​っ​た​処理​も、​1​個​の​カウンタ​チャンネル​で​できる​よう​に​なり​ま​した。​たとえば​ステ​ッ​ピン​グ​モータ​を​制御​し​て​いる​場合、​有限​数​の​デジタル​パルス​を​生成​する​こと​が​しばしば​あり​ます。​以前​は​1​個​の​カウンタ​を​使​って​パルス​を​連続​的​に​生成​し、​もう​1​個​の​カウンタ​で​モータ​に​送​られる​パルス​の​ゲート​を​行​って​いま​した。​NI-​STC3​カウンタ​なら、​1​個​で​この​タスク​を​実行​できる​ので、​1​台​の​X​シリーズ​デバイス​で​最大​4​個​の​ステ​ッ​ピン​グ​モータ​を​制御​できる​という​ことに​なり​ます。

100 MHz​タイム​ベース

どの​よう​な​データ​収集​デバイス​の​オン​ボード​タイム​ベース​も、​すべて​の​デジタル​回路​を​駆動​させる​内部​の​ハート​ビート​信号​として​の​役割​を​果​た​し​ます。​サンプル​クロック​から​トリガ​ライン​まで、​あらゆる​もの​が​クロック​周波数​の​生成​や​デジタル​エッジ​の​ラッチ​を​行う​際​に​オン​ボード​基準​として​タイム​ベース​を​使用​し​ます。​NI-​STC3​技術​では、​すべて​の​アナログ/​デジタル​タイミング​に、​NI​の​これまで​の​DAQ​デバイス​に​比べ​5​倍​もの​速度​を​誇る​新しい​100 MHz​の​タイム​ベース​が​使用​さ​れ​ます。​つまり、​サンプリング​周波数​の​確度​が​5​倍​に​向上​し、​アナログ​トリガ​は​トリガ​条件​が​満​た​さ​れ​て​から​10 ns​以内​に​応答​し​ます。

アナログ/​デジタル​I/​O​用​に​独立​した​タイミング​エンジン

データ​収集​デバイス​の​上級​タイミング/​トリガ​機能​における​専用​の​ハードウェア​タイミング​性能​は、​多く​の​場合​オン​ボード​カウンタ​と​複素​信号​経路​によって​実現​さ​れ​てい​ます。​NI-​STC3​技術​では、​マルチ​ファンクション​デバイス​の​各​I/​O​グループ​で、​完全​に​独立​した​サンプル​クロック​や​トリガ​を​使用​でき​ます。​たとえば​再​トリガ​可能​な​収集​では、​トリガ​条件​が​満​た​さ​れる​の​を​待ち、​有限​数​の​サンプル​を​収集​し​て、​次​の​収集​の​ため​に​即座​に​トリガ​を​リ​アーム​し​ます。​ドライ​バ​ソフトウェア​を​使用​した​場合、​関数​の​呼び出し​による​トリガ​の​リ​アーム​では、​ソフトウェア​の​レイ​テン​シ​が​原因​で​次​の​トリガ​の​受信​に​失敗​する​という​リスク​が​生​じ​ます。​したがって、​最高​の​性能​を​実現​する​に​は、​ハードウェア​タイミング​を​使用​した​方法​が​必要​です。​以前​は​カウンタ​が​ハードウェア​タイミング​による​再​トリガ​を​実行​する​唯一​の​方法​で​した。​そのため、​カウンタ​を​使用​し​て​再​トリガ​可能​な​パルス列​を​生成​すると、​それ​が​内部​的​に​経路​設定​さ​れ​アナログ​入力​サンプル​クロック​として​動作​し​てい​ま​した。

また、​新しい​X​シリーズ​DAQ​ボード​に​採用​さ​れ​て​いる​NI-​STC3​技術​では、​アナログ​チャンネル​で​再​トリガ​可能​な​収集​を​実装​する​の​に​カウンタ​を​使用​する​必要​は​なく、​トリガ​は​ソフトウェア​側​で​の​操作​なし​で​自律​的​に​リ​アーム​でき​ます。​新しい​独立​した​タイミング​機能​の​もう​1​つ​の​例​として​は、​ハードウェア​タイミング​による​デジタル​波形​の​収集​と​生成​を​行う​ため​の​新しい​専用​クロック​が​あり​ます。

高速​バス​インタフェース

X​シリーズ​デバイス​は、​高​スループット​アプリケーション​に​対応​できる​よう、​性能​の​拡充​が​図​ら​れ​てい​ます。​高​スループット​アプリケーション​と​は、​デバイス​と​PC​メモリ​の​間​で​大量​の​データ​の​受け渡し​を​行う​アプリケーション​の​こと​です。​USB​用​X​シリーズ​デバイス​に​は、​NI​信号​ストリーミング​技術​が​採用​さ​れ​てい​ます。​PCI Express/​PXI Express​用​X​シリーズ​デバイス​は、​PCI Express​へ​の​ネイティブ​インタフェース​を​提供​する​こと​で、​最大​の​スループット​と​低​レイ​テン​シ​を​実現​し​ます。

特許​取得​済み​の​NI​信号​ストリーミング​技術

USB X​シリーズ​デバイス​に​は、​メッセージ​ベース​の​転送​機能​や​デバイス​サイド​の​インテリジェンス​によって​双方向​高速​データ​転送​を​USB​で​実現​する、​特許​取得​済み​の​NI​信号​ストリーミング​技術​が​採用​さ​れ​てい​ます。

図​2. USB X​シリーズ​に​は、​高度​な​タイミング​と​トリガ​を​実現​する​NI-​STC3​技術​と、​USB​バス​スループット​を​最大​に​高める​NI​信号​ストリーミング​技術​が​採用​さ​れ​てい​ます。

この​技術​を​採用​した​こと​で、​業界​初​の​同時​サンプリング​マルチ​ファンクション​USB​デバイス​が​実現​しま​した。​2​つ​の​デバイス​が、​8​つ​の​アナログ​入力​の​それぞれ​で​1.25 MS/​秒​と​2 MS/​秒​で​サンプリング​でき、​32 MS​または​64 MS​の​オン​ボード​メモリ​を​搭載​し​てい​ます。​すべて​の​チャンネル​で​高​レート​で​サンプリング​できる​ため、​これらの​デバイス​は、​ポータブル​超音波​テスト​や​過渡​的​な​状態​の​変化​を​記録​する​アプリケーション​に​最適​です。​これらの​デバイス​で​長時間​の​連続​操作​を​行う​に​は、​ホスト​PC、​サンプル​レート、​および​チャンネル​カウント​を​考慮​する​必要​が​あり​ます。

PCI Express​ネイティブ​インタフェース

PCI Express​の​登場​と​PXI Express​規格​へ​の​統合​により、​計測​システム​で​以前​データ​の​ボトルネック​と​な​って​い​た​部分​は​なく​なり​つつ​あり​ます。​132 MB/​秒​の​帯域​幅​を​共有​する​PCI​と​異​なり、​PCI Express​では​各​デバイス​用​の​各​方向​250 MB/​秒​の​理論​上の​帯域​幅​を​備え​た​専用​シリアル​レーン​が​利用​でき​ます。

一部​の​データ​収集​デバイス​では​ブリッジ​ベース​の​実装​によって​PCI​設計​を​PCI Express​に​変換​し​ます​が、​その​場合​帯域​幅​は​PCI​の​帯域​幅​となり、​さらに​レイ​テン​シ​が​増加​し​ます。​ただし​X​シリーズ​では、​PCI Express​の​全​帯域​幅​で、​x1 ("バイ​ワン") PCI Express​および​PXI Express​ネイティブ​インタフェース​を​利用​でき​ます。​PCI Express X​シリーズ​デバイス​は、​x1​から​x16​まで​の​PCI Express​スロット​で​使用​でき​ます。

    

図​3. PCI Express​用​X​シリーズ​デバイス​は、​x1​から​x16​まで​任意​の​PCI Express​スロット​で​使用​でき​ます。

また、​X​シリーズ​に​は​8​つ​の​DMA​チャンネル​が​ある​ので、​CPU​による​処理​や​余分​な​プログラミング​なし​で、​デバイス​と​PC​メモリ​間​で​の​データ​の​ストリーミング​を​直接​実行​でき​ます。​これら​8​つ​の​チャンネル​により、​アナログ​I/​O、​デジタル​I/​O、​および​4​つ​の​カウンタ/​タイマ​すべて​に対して​並列​データ​スト​リー​ミン​グ​を​実行​でき​ます。​4​つ​の​32​ビット​カウンタ​それぞれに​127​サンプル​の​FIFO​が​備​わ​って​いる​ため、​イベント​カウント​や​PWM​出力​の​生成​など​の​バッファ​型​カウンタ​操作​を​これまで​の​デバイス​に​比べ​はるかに​速い​レート​で​実行​する​こと​が​でき​ます。

多く​の​内部​バス​と​同様、​PCI Express​は​レイ​テン​シ​が​非常​に​低い​ため、​閉ループ​制御​アプリケーション​に​最適​です。​また​X​シリーズ​デバイス​では、​デバイス​の​すべて​の​サブシステム​で​ハードウェア​タイミング​による​シングル​ポイント​性能​が​拡張​さ​れ​てい​ます。

マルチ​コア​PC​で​の​並列​処理

DAQ​デバイス​で​並列​ハードウェア​サブシステム​の​メリット​を​存分​に​活用​する​ため​に​は、​高性能​な​ドライバ​と​アプリケーション​ソフトウェア​が​必要​です。

X​シリーズ​用​ドライ​バ​ソフトウェア​で​ある​NI-​DAQmx​では、​すべて​の​計測・​生成​タイプ​で​シンプル​な​一貫​した​API​を​使用​でき​ます。​NI-​DAQmx​は​マルチスレッド​型​なので、​計測・​生成​タスク​の​処理​を​別々​の​スレッド​に​分割​した​アプリケーション​を​開発​でき​ます。​NI-​DAQmx​は、​NI LabVIEW、​NI LabWindows™/​CVI、​C/​C​+​+、​Visual Basic 6、.NET​など​複数​の​プログラミング​環境​から​呼び出す​こと​が​でき​ます。

NI-​DAQmx​と​通信​し​て​データ​収集​アプリケーション​を​マルチ​コア​コンピュータ​用​に​最適​化​する​に​は、​LabVIEW​を​使用​する​の​が​最も​簡単​な​方法​です。​各​計測​タスク​に対し​While​ループ​を​作成​すると、​LabVIEW​は​自動​で​アプリケーション​を​複数​の​スレッド​に​分割​し​ます。​すると​オペレーティングシステム​が​1​つ​以上​の​CPU​コア​で​それらの​スレッド​を​管理​し、​最適​な​実行​が​できる​よう​にし​ます。​たとえば、​1​つ​の​コア​で​実行​する​比例/​積分/​微分 (PID) 制御​用​の​While​ループ​を​作成​し、​もう​1​つ​の​コア​で​高速​フーリエ​変換 (FFT) を​処理​する​While​ループ​を​作成​でき​ます。

図​3. LabVIEW​で​並列​の​While​ループ​を​使用​すると、​DAQ​デバイス​の​I/​O​を​別々​の​CPU​コア​で​処理​する​こと​が​でき​ます。

PCI Express/​PXI Express X​シリーズ​デバイス​に​は、​NI-​DAQmx​バージョン​9.0​以上​が​必要​です。​USB X​シリーズ​デバイス​に​は、​NI-​DAQmx​バージョン​9.2​以上​が​必要​です。​NI-​DAQmx 9.0​に​は、​2​つ​の​強力​な​機能​が​搭載​さ​れ​てい​ます。

    1. 簡単​で​高速​な​データ​ロギング多く​の​場合、​収集​した​データ​は​後処理​や​トレンド​分析​など​の​目的​で​ディスク​に​保存​し​ます。​NI-​DAQmx​を​使用​すると、​1​つ​の"DAQmx Configure Logging" VI​を​NI-​DAQmx​タスク​に​追加​する​だけ​で、​TDMS (テクニカル​データ​管理​ストリーミング) 計測​ファイル​に​データ​を​記録​する​こと​が​可能​に​なり​ます。​この​TDMS​ファイル​書き込み​方式​は​極めて​高速​です。​予備​ベンチマーク​では、​1 GB/​秒​を​超える​速度​で​ディスク​に​書き込める​こと​が​わか​って​い​ます。
    2. X​シリーズ​の​マルチ​デバイス​タスクX​シリーズ​を​使用​した​多​チャンネル​アプリケーション​では、​複数​の​デバイス​を​簡単​に​同期​でき​ます。​PCI Express X​シリーズ​は、​RTSI (リアルタイム​システム​インテグレーション) ケーブル​で​接続​する​必要​が​あり​ます。​PXI Express X​シリーズ​の​場合、​PXI Express​バック​プレー​ン​に​ある​タイミング/​トリガ​バス​経由​で​モジュール​を​互いに​同期​させる​こと​が​でき​ます。​NI-​DAQmx 9.0​では、​X​シリーズ​の​マルチ​デバイス​タスク​を​実行​でき​ます。​つまり、​1​つ​の​計測​コード​の​セット​を​作成​する​だけ​で​複数​の​デバイス​に​対応​でき、​NI-​DAQmx​が​サンプル​クロック​の​共有​を​自動​で​管理​し​ます。

NI-DAQmxドライバソフトウェアのマルチデバイスタスクにより複数のXシリーズデバイスの同期が容易に

図​5. NI-​DAQmx​ドライ​バ​ソフトウェア​の​マルチ​デバイス​タスク​により​複数​の​X​シリーズ​デバイス​の​同期​が​容易に

まとめ

X​シリーズ​デバイス​は、​タイミング/​トリガ、​バス​転送、​データ処理などの機能が強化され、​NI​が​これまでに​開発​した​DAQ​デバイス​の​中​で​技術​的​に​最も​高度​な​製品​と​な​って​い​ます。​PCI Express​や​マルチ​コア​プロセッサ​など​最新​の​PC​技術​を​利用​する​こと​で、​信号​から​ソフトウェア​まで​の​すべて​で​並列​処理​を​実現​した​コスト​効果​の​高い​計測・​制御​システム​を​構築​でき​ます。

次​の​ステップ

LabWindows​マーク​は、​Microsoft Corporation​から​の​使用​許諾​を​得て​使用​し​てい​ます。​Windows​は、​Microsoft Corporation​の​米国​および​その他​の​国​における​登録​商標​または​商標​です。