NI X 시리즈란?

내용

X 시리즈 디바이스는 NI가 설계한 디바이스 중 가장 발전된 다기능 데이터 수집 (DAQ) 디바이스입니다. 이들 디바이스는 가장 까다로운 테스트, 측정 및 제어 어플리케이션의 요구사항을 충족하는 개선사항을 적용된 점이 특징입니다.

USB, PCI Express 및 PXI Express 버전으로 제공되는 각 X 시리즈 디바이스는 아날로그 I/O, 디지털 I/O, 4개의 32비트 카운터/타이머를 포함합니다.

X 시리즈는 PC 기반 다기능 I/O를 새로운 수준으로 끌어 올립니다. 디바이스에는 NI-STC3 타이밍 및 동기화 기술, USB용 NI 신호 스트리밍 기술, PCI Express에 대한 네이티브 인터페이스와 멀티코어 지원 드라이버 소프트웨어가 포함됩니다.

제품 개요

NI는 USB, PCI Express 및 PXI Express용 X 시리즈 디바이스를 제공합니다.
그림 1.  NI는 USB, PCI Express 및 PXI Express용 X 시리즈 디바이스를 제공합니다.

NI는 저가형 디바이스부터 동시 샘플링 기능이 있는 고속 디바이스까지 다양한 X 시리즈 디바이스를 제공합니다. 표 1에는 선택할 수 있는 모델과 주요 스펙이 요약되어 있습니다.

모듈

아날로그 입력

최대 AI 샘플링 속도

총 AI 처리량 (모든 채널)

아날로그 출력

디지털 I/O

DIO 최대 클럭 속도

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

표 1. 다양한 채널 수, 샘플링 속도, 버스 옵션 중에서 선택할 수 있습니다.

어플리케이션에 적합한 버스 선택하기

어플리케이션에 적합한 버스를 선택하려면 고려해야 할 몇 가지 요소가 있습니다. 예를 들어, USB는 이동성과 플러그 앤 플레이 기능이 필요한 어플리케이션에 이상적입니다. PCI Express와 PXI Express는 여러 디바이스를 쉽게 동기화할 수 있고 최대 대역폭과 최소 지연 시간을 제공합니다.

표 2는 USB와 PCI Express 또는 PXI Express 중에서 선택할 때 중요한 몇 가지 요소를 요약한 것입니다.

  USB PCI Express 및 PXI Express
NI-STC3 기술
동시 아날로그, 디지털 및 카운터 기능
휴대 기능 – 
플러그 앤 플레이 기능
통합된 신호 연결
높은 대역폭
지연 시간 짧음
LabVIEW Real-Time 지원
다중 디바이스 동기화

표 2. USB와 PCI Express 또는 PXI Express 중에서 선택할 때는 중요한 이 요소를 고려하십시오.

X 시리즈 기술

X 시리즈 디바이스는 이전 세대를 훌쩍 뛰어넘는 다기능 디바이스 기능과 유연성을 제공하기 위해 다음 세 가지 주요 기술을 통합합니다.

  1. NI-STC3 타이밍 및 동기화 기술
  2. USB 및 PCI Express/PXI Express용 고속 버스 인터페이스
  3. 병렬 소프트웨어 실행

NI-STC3 타이밍 및 동기화 기술

모든 다기능 데이터 수집 하드웨어에는 아날로그, 디지털, 카운터 I/O 라인을 제어하기 위해 내장 타이밍 회로가 필요하며, 타이밍 ASIC 기술은 수십 년 동안 발전했습니다. X 시리즈 DAQ 제품군은 네 개의 발전된 카운터, 100MHz의 타임베이스, I/O 타이밍 및 트리거링을 위한 추가 옵션을 제공하는 새로운 NI-STC3 기술을 갖추고 있습니다.

네 개의 발전된 카운터

X 시리즈의 새로운 NI-STC3 기술은 카운터 기능을 향상하여 32비트 분해능 100MHz 카운터를 네 개 제공합니다. 단일 X 시리즈 디바이스에 네 개의 카운터가 있을 뿐만 아니라, 이전 디바이스에서 두 개의 카운터가 필요한 작업을 이제 하나의 카운터 채널로 수행할 수 있습니다. 예를 들어 스텝퍼 모터를 제어하는 경우, 유한한 개수의 디지털 펄스를 생성해야 하는 경우가 많습니다. 이전에는 한 개의 카운터를 사용하여 연속적으로 펄스를 생성하고 또 하나의 카운터를 사용하여 모터로 보내는 펄스를 게이트해야 했습니다. NI-STC3 카운터는 단일 카운터로 이 작업을 수행할 수 있으며, 이는 X 시리즈 디바이스 한 개로 최대 네 개의 스텝퍼 모터를 제어할 수 있다는 것을 의미합니다.

100MHz 타임베이스

모든 데이터 수집 디바이스의 내장 타임베이스는 모든 디지털 회로를 구동하는 내부 심장 박동 역할을 합니다. 샘플 클럭에서 트리거 라인까지 모든 것은 내장 타임베이스를 참조하여 클럭 주파수를 생성하고 디지털 에지를 래치합니다. NI-STC3 기술은 모든 아날로그 및 디지털 타이밍에 새로운 100MHz 타임베이스를 사용하며, 이는 이전에 출시된 모든 DAQ 디바이스보다 다섯 배 빠른 것입니다. 이는 샘플링 주파수의 정확도가 다섯 배 높고 아날로그 트리거가 조건이 충족된 후 10ns 이내에 응답할 수 있다는 것을 의미합니다.

아날로그 및 디지털 I/O를 위한 독립적인 타이밍 엔진

데이터 수집 디바이스의 고급 타이밍 및 트리거링 기능은 특수 하드웨어 타이밍 기반의 성능을 달성하기 위해 내장 카운터와 복잡한 신호 라우팅에 의존한 경우가 많습니다. NI-STC3 기술은 다기능 디바이스의 서로 다른 I/O 그룹에 대해 완전히 독립적인 샘플 클럭 및 트리거를 제공합니다. 예를 들어 재트리거 가능한 수집은 트리거 조건이 충족될 때까지 기다리고, 유한한 수의 샘플을 수집한 후 다음 수집을 위해 즉시 트리거를 재활성화하는 것을 포함합니다. 드라이버 소프트웨어 함수 호출을 사용하여 트리거를 다시 활성화하면 소프트웨어 지연 때문에 다음 트리거를 잃게 될 수 있습니다. 그러므로 가능한 한 최상의 성능을 얻으려면 하드웨어 타이밍에 의한 접근 방식이 필요합니다. 이전에는 카운터가 하드웨어 타이밍에 의한 재트리거링을 구현하는 유일한 방법이었으므로, 카운터를 사용하여 다시 트리거링할 수 있는 펄스 트레인을 생성하고, 이 펄스 트레인은 내부적으로 아날로그 입력 샘플 클럭으로 동작하도록 연결되었습니다.

새로운 X 시리즈 DAQ 보드의 NI-STC3 기술을 사용하면 아날로그 채널은 재트리거 가능한 수집을 구현하기 위해 카운터를 사용할 필요가 없으며, 트리거는 소프트웨어 간섭 없이 독립적으로 재활성화할 수 있습니다. 새롭고 독립적인 타이밍 기능의 또 다른 예로는 하드웨어 타이밍에 의한 디지털 웨이브폼을 수집하거나 생성하는 전용 클럭입니다.

고속 버스 인터페이스

X 시리즈 디바이스에는 고처리량 어플리케이션, 즉 디바이스와 PC 메모리 사이에서 대량의 데이터를 전달하는 어플리케이션을 위해 여러 가지 개선사항이 포함되어 있습니다. USB용 X 시리즈 디바이스는 NI 신호 스트리밍 기술을 포함합니다. PCI Express 및 PXI Express용 X 시리즈 디바이스는 최대 처리량과 낮은 지연 시간을 위해 PCI Express에 대한 네이티브 인터페이스를 포함합니다.

특허받은 NI 신호 스트리밍 기술

USB X 시리즈 디바이스에는 USB를 통해 고속의 양방향 데이터 전송을 보장하도록 특허받은 NI 신호 스트리밍 기술이 적용됩니다.

USB X 시리즈는 고급 타이밍 및 트리거링을 위한 NI-STC3 기술과 USB 버스 처리량을 최대화하는 NI 신호 스트리밍 기술을 포함합니다.

그림 2.  USB X 시리즈는 고급 타이밍 및 트리거링을 위한 NI-STC3 기술과 USB 버스 처리량을 최대화하는 NI 신호 스트리밍 기술을 포함합니다.

NI는 이 기술을 활용하여 8개의 아날로그 입력 각각에서 1.25 MS/s 및 2 MS/s로 샘플링할 수 있고 32MB 및 64MB의 내장 메모리를 포함하는 두 개의 디바이스를 사용하여 동시 샘플링 다기능 USB 디바이스를 처음으로 만들 수 있었습니다. 모든 채널에서 샘플링 속도가 높으므로 이러한 디바이스를 휴대용 초음파 테스트 및 과도 신호 기록 어플리케이션에 사용하기에 이상적입니다. 이러한 디바이스의 장기적인 연속 작동은 호스트 PC, 샘플링 속도, 채널 수에 따라 다릅니다.

네이티브 PCI Express 인터페이스

PCI Express가 도입되고 PXI Express 표준에 통합되면서, 측정 시스템에 존재하던 데이터 병목 현상이 사라지고 있습니다. PCI의 132MB/s 공유 대역폭과는 달리, PCI Express는 각 디바이스에 전용 시리얼 레인을 제공하고 각 방향에서 250MB/s의 이론적 대역폭을 제공합니다.

일부 데이터 수집 디바이스는 브리지 기반 구현 방식을 사용하여 PCI 설계를 PCI Express로 변경하므로 대역폭이 PCI의 대역폭으로 제한되고 추가적인 지연이 발생합니다. 대신 X 시리즈는 전체 PCI Express 대역폭을 가진 네이티브 x1 (“1배”) PCI Express 및 PXI Express 인터페이스를 제공합니다. x1부터 x16까지의 PCI Express 슬롯에서 PCI Express X 시리즈 디바이스를 사용할 수 있습니다.

    x1부터 x16까지 모든 PCI Express 슬롯에서 PCI Express용 X 시리즈를 사용할 수 있습니다.

그림 3.  x1부터 x16까지 모든 PCI Express 슬롯에서 PCI Express용 X 시리즈를 사용할 수 있습니다.

X 시리즈에는 또한 CPU와의 상호작용 또는 추가적인 프로그래밍이 없이 디바이스와 PC 메모리 사이에 데이터를 직접 스트리밍하는 8개의 DMA 채널도 있습니다. 이러한 8개의 채널은 아날로그 I/O, 디지털 I/O와 네 개의 카운터/타이머에 모두 병렬 데이터 스트림을 제공합니다. 네 개의 32비트 카운터 각각에 있는 확장된 127 샘플 FIFO 덕분에, 이전 디바이스보다 훨씬 빠른 속도로 이벤트 카운팅 또는 PWM 출력 생성과 같이 버퍼링된 카운터 작업을 수행할 수 있습니다.

대부분의 내부 버스와 마찬가지로, PCI Express는 지연 시간이 매우 짧으므로 폐루프 제어 어플리케이션에 이상적입니다. 또한, X 시리즈 디바이스는 디바이스의 모든 서브시스템에서 하드웨어 타이밍 기반으로 단일 포인트 성능을 확장합니다.

멀티코어 PC에서의 병렬 처리

DAQ 디바이스의 병렬 하드웨어 서브시스템을 최대한 활용하려면 고성능 드라이버와 어플리케이션 소프트웨어가 필요합니다.

X 시리즈용 드라이버 소프트웨어는 NI-DAQmx로, 모든 측정 및 생성 타입 사이에서 일관된 API를 제공합니다. NI-DAQmx는 멀티스레드 사용이 가능하며, 이는 측정 및 생성 태스크의 처리를 별도의 스레드로 분할하는 어플리케이션을 개발할 수 있다는 의미입니다. NI LabVIEW, NI LabWindows™/CVI, C/C++, Visual Basic 6, .NET을 포함한 여러 프로그래밍 환경에서 NI-DAQmx를 호출할 수 있습니다.

NI-DAQmx에 연결하여 멀티코어 컴퓨터에 데이터 수집 어플리케이션을 최적화하는 가장 쉬운 방법은 LabVIEW를 사용하는 것입니다. 각 측정 태스크에 대해 While 루프를 생성하면, LabVIEW가 자동으로 어플리케이션을 여러 스레드로 나눕니다. 그러면 OS가 하나 이상의 CPU 코어에서 이러한 스레드를 최적으로 실행할 수 있습니다. 예를 들어, 코어 하나에서는 PID (Proportional Integral Derivative) 제어를 위한 While 루프를 실행하고 다른 코어에서는 빠른 푸리에 변환 (FFT)을 처리하는 While 루프를 실행할 수 있습니다.

그림 3.  LabVIEW에서 병렬 While 루프를 사용하면 서로 다른 CPU 코어에서 DAQ 디바이스 I/O를 처리할 수 있습니다

PCI Express 및 PXI Express X 시리즈 디바이스에는 NI-DAQmx 9.0 또는 이후 버전이 필요하고, USB X 시리즈 디바이스에는 NI-DAQmx 9.2 또는 이후 버전이 필요합니다. NI-DAQmx 9.0에는 다음 두 가지 강력한 기능이 추가되었습니다.

    1. 빠르고 쉬운 데이터 로깅 수집한 데이터를 후처리 또는 추세 분석 목적으로 디스크에 기록해야 하는 경우가 많습니다. NI-DAQmx를 사용하면 NI-DAQmx 태스크에 하나의 [DAQmx 로깅 설정] VI만 추가하여 기술 데이터 관리 스트리밍 (TDMS) 측정 파일에 데이터를 기록할 수 있습니다. 이러한 TDMS 파일 쓰기 방법은 매우 빠르며, 예비 벤치마크에서는 1GB/s 이상의 속도로 디스크 쓰기가 가능한 것으로 나왔습니다.
    2. X 시리즈용의 다중 디바이스 태스크 X 시리즈를 이용한 다채널 수 어플리케이션의 경우, 여러 디바이스를 쉽게 동기화할 수 있습니다. PCI Express X 시리즈의 경우, 리얼타임 시스템 통합 (RTSI) 케이블로 연결하면 됩니다. PXI Express X 시리즈의 경우, PXI Express 백플레인의 타이밍 및 트리거링 버스를 통해 서로 동기화할 수 있습니다. NI-DAQmx 9.0에서는 X 시리즈용으로 다중 디바이스 태스크가 추가되었습니다. 이는 두 디바이스를 포함하는 하나의 측정 코드 세트를 생성하면 NI-DAQmx가 자동으로 샘플 클럭 공유를 관리한다는 뜻입니다.

NI-DAQmx 드라이버 소프트웨어를 사용하면 두 개 이상의 X 시리즈 디바이스를 다중 디바이스 태스크로 쉽게 동기화할 수 있습니다.

그림 5.  NI-DAQmx 드라이버 소프트웨어를 사용하면 두 개 이상의 X 시리즈 디바이스를 다중 디바이스 태스크로 쉽게 동기화할 수 있습니다.

결론

타이밍 및 트리거링, 버스 전송 및 데이터 처리 기술 발전이 포함된 X 시리즈 디바이스는 NI가 지금껏 설계한 디바이스 중 기술적으로 가장 발전한 DAQ 디바이스입니다. PCI Express 및 멀티코어 프로세서를 포함한 최신 PC 기술을 활용하여 이제 신호에서 소프트웨어까지 비용 효율적이면서 진정한 병렬 실행이 가능한 측정 및 제어 시스템을 만들 수 있습니다.

다음 단계

LabWindows 상표는 Microsoft Corporation의 라이센스 하에 사용되고 있습니다. Windows는 미국 및 기타 국가에 등록된 Microsoft Corporation의 등록 상표입니다.