NI PXI嵌入式控制器的设计优势

NI PXI嵌入式控制器可以为用户的PXI Express (PXIe)测量系统提供结构紧凑的高性能机箱内嵌入式计算机解决方案。PXI嵌入式控制器无需外部PC即可为用户提供运行PXI系统所需的一切特性，并作为PXI系统中所有仪器的中央处理和控制中心。本文将介绍帮助NI提供高可靠性、高性能控制器的设计特性：

• 与处理器制造商合作，将最新技术集成至嵌入式控制器，实现最佳性能。
• 支持极端温度条件和全天候运行，并提供实时操作系统选项以提高系统可靠性，从而确保NI解决方案高度可靠。
• 提供预配置的灵活操作系统选项以及应用软件和设备驱动程序的工厂安装功能，支持从台式DUT验证到长期测试站的全部应用。
• 提供多种服务计划，承诺采用一组标准外设I/O接口，保证新的嵌入式控制器能够无缝替换上一代产品，确保为客户提供长期支持。

NI从事PXI嵌入式控制器开发已超过25年。并与美国英特尔公司(Intel)和超威半导体公司(Advanced Micro Devices, AMD)等关键处理器制造商建立了密切的合作关系。例如，NI（隶属于艾默生测试与测量）是英特尔合作伙伴联盟的钛金会员，可获取英特尔最新产品路线图和样品。凭借这些关系，NI在发布新的PXI嵌入式控制器时可使用与主要计算机制造商产品相同的最新台式机CPU。这些PXI控制器利用了最新技术，例如英特尔酷睿i7或至强处理器，展示了NI在设计方面的专业能力以及为仪器仪表行业提供高性能PXI嵌入式控制器的承诺。此外，除了计算性能，I/O带宽在仪器系统的设计中也发挥关键作用。随着现代测试及测量系统变得越来越复杂，需要在仪器与系统控制器之间交换的数据量变得越来越大。随着PCI Express (PCIe)及PXI Express (PXIe)的推出，NI嵌入式控制器已能够满足上述要求，可向PXI Express机箱背板提供高达24 GB/s的系统带宽。

^{图1： NI PXIe-8881嵌入式控制器采用18核英特尔至强处理器，非常适合高性能、高吞吐量和计算密集型测试与测量应用。}

随着PCI Express标准升级至PCI Express 3.0，PXI Express沿用新特性。NI PXIe-8881嵌入式控制器利用PCI Express技术的优势，提供1组X8和1组X16 Gen  3 PCI Express链路，用于连接PXI机箱背板。

将NI PXIe-8881嵌入式控制器与NI PXIe-1095等PXI Express机箱配合使用，可实现24 GB/s的总系统数据吞吐率。这种高带宽可助用户轻松实现需要高吞吐率的计算密集型应用，例如下一代无线通信设计和原型验证以及RF记录和回放。

随着测试、测量和控制应用需求的发展，NI不断扩充PXI嵌入式控制器的配件产品组合，以确保其性能达到最佳状态。对于内存密集型应用，NI提供最高64 GB RAM的嵌入式控制器内存升级选项。

NI不仅提供内存升级选项，还提供多种硬盘升级选项。这些选项覆盖了高容量标准硬盘(HDD)和固态硬盘(SSD)。存储应用中的仪器数据时，可轻松将数据存储至嵌入式控制器的板载HDD。为确保有足够的空间容纳所有数据，NI提供了将标准HDD升级至更大容量HDD的选项，以最大限度地提升存储空间。

通常，在机密区域部署测试和测量系统时，这些系统需要具备相关解密流程。解密PXI系统需要了解系统中的所有内存组件，包括机箱、控制器和模块。PXI嵌入式控制器具备使用硬盘驱动器或闪存驱动器的非易失性存储特性，即使系统断电也能保存用户和系统信息。由于PXI嵌入式控制器需要非易失性存储，因此配备可移动硬盘驱动器(RHDD)的NI PXIe-8862具备提供可移动存储介质的能力，以便将其置于安全环境中。此外，NI PXIe-8862 RHDD嵌入式控制器支持在同一站点硬件上加载不同的软件映像。

^{图2：硬盘托架支持通过前面板拿取硬盘，从而实现可移动存储。}

如需在严竣环境中操作控制器或存储数据，也可选择SSD。此类硬盘没有活动部件，因此显著降低了因机械故障导致的风险，从而提高系统可靠性。SSD还可承受极端冲击、高海拔和振动以及其他恶劣操作环境。除了对严竣操作环境更强的适应能力和更高的可靠性外，SSD的读写寻道时间比标准旋转介质硬盘更短。这意味着其顺序和随机数据读写速率更高。得益于文件I/O速度更快，使用SSD的应用能快速加载，并节约测试时间。

确保现代仪器系统在严苛的工作条件下保持高度可靠至关重要。因此，NI PXI嵌入式控制器提供了扩展温度和全天候运行版本。这些嵌入式控制器采用一种更坚固的硬盘，专为在低温和高温极端条件下可靠运行而设计，支持100%占空比和全天候运行。标准版本的嵌入式控制器中使用的硬盘可在5 ℃至50 ℃的工作范围内运行，并且能以20%的占空比每周5天每天运行8小时，类似于PC和笔记本电脑。扩展温度和全天候运行版本的操作温度为0 ℃至55 ℃，适用于需要连续运行的应用，支持全天候100%占空比运行。也可选择固态硬盘替代旋转硬盘，进一步提高整个系统尤其在恶劣环境中的可靠性。NI的这一独特设计考量有助于用户在更具挑战性的应用中部署基于PXI的仪器。

PXI嵌入式控制器始终配备市面最新的处理器。为确保嵌入式控制器在整个操作范围内提供最佳性能，NI进行了大量热、机械和电气测试，确保NI PXI嵌入式控制器的CPU在极端环境中使用时不会降低处理器性能。确保CPU性能稳定且可靠，有助于提高整个PXI系统的可靠性。NI利用其在开发嵌入式控制器方面的专业知识以及应用高级设计仿真和设计定制散热器等技术实现这一目标。

为保障系统的确定性和更高的可靠性，NI提供运行实时操作系统、NI Linux Real-Time和NI LabVIEW Real-Time模块软件的PXI嵌入式控制器，而非标准Windows操作系统。运行Windows或其他通用操作系统的系统无法保证在指定时间内完成特定任务，因为操作系统需要与其他并行运行的系统进程共享处理器资源。当NI Linux Real-Time在嵌入式控制器上运行时，整个处理器将专门用于运行用户的指定应用，从而确保系统运行稳定可靠。

即使在嵌入式控制器硬件出现故障这种极小概率情况下，NI嵌入式控制器的设计仍支持现场快速更换关键组件（例如，硬盘和内存），并且不影响保修条款。为更高效地从软件故障中恢复，所有基于Windows的NI PXI嵌入式控制器均包含一个隐藏分区，其中存储了硬盘的出厂状态映像。用户可利用此映像快速将控制器恢复至出厂安装状态。新款控制器还可以帮助用户创建自定义硬盘映像便于日后使用，以替代默认出厂映像，从而完成软件崩溃后的快速恢复。这些NI PXI嵌入式控制器特性显著减少了系统停机时间，并确保基于PXI的自动化测试或仪器系统实现最大生产力。

除系统恢复外，为提高PXI嵌入式控制器的可维护性，用户无需借助外部第三方工具即可快速访问硬盘和内存的ROM诊断功能。用户可通过运行这些诊断程序，判断是否需要更换硬盘或内存。控制器设计支持在现场快速更换关键组件（例如，硬盘和内存），并且不影响保修条款。为简化备件购买流程，嵌入式控制器提供了硬盘和内存升级服务。结合上述特性，嵌入式控制器的整体可维护性得到了显著提升。

NI PXI控制器支持多种操作系统，包括Windows、实时操作系统以及无操作系统选项，具体选择可根据应用需求灵活调整。 

• Windows：适用于广泛的应用场景，Windows操作系统不仅可靠、多功能，而且便于操作。多数控制器都预装了Windows 10或11，便于用户快速上手。 
• NI Linux Real-Time：这是一款专为实时应用设计的操作系统，提供确定性性能，广泛应用于控制与自动化系统中，用户可通过LabVIEW Real-Time模块软件进行编程。LabVIEW Real-Time模块是一款NI LabVIEW附加软件，可用于创建和部署可靠的独立式应用，以便在嵌入式硬件设备上执行。 
• 无操作系统：用户也可购买未安装操作系统的控制器，并自行安装NI软件和驱动支持的Linux发行版（例如，Ubuntu或Red Hat Enterprise Linux）。

这些控制器还支持LabVIEW、C/C++、C#/.NET和Python等开发环境。NI提供在线资源，主题包括将语言与LabVIEW集成以及搭配NI软硬件使用Python。此外，所有PXI嵌入式控制器在交付时都预装了PXI Platform Services。这款NI驱动可监控PXI控制器的运行状况，包括温度、CPU负载、内存和磁盘容量等。

可信平台模块(TPM)是一种安全的加密处理器，是特定嵌入式控制器上的组件，专门设计用于为关键操作和其他安全关键任务提供受保护的空间，提升平台的安全性，远超当今软件的水平。TPM利用硬件和软件在密钥最易受攻击的阶段（即密钥以未加密纯文本形式使用时）保护加密和签名密钥。TPM专门设计用于保护未加密的密钥和平台身份验证信息，使其免遭基于软件的攻击。NI PXIe-8881和NI PXIe-8862/42/22型号均配备了最新版本的TPM 2.0（如图3所示#3）。

^{1. 64 GB DDR4 RAM | 2.高带宽数据流 | 3.通过TPM v1.2保护 | 4.最高配置至强18核处理器 | 5.两个Thunderbolt™端口 | 6.GPIB端口 | 7.2个千兆以太网端口 | 8.4个USB端口 | 9.显示端口 | 10.2个USB 3端口 | 11.外部SMB看门狗/触发器}

^{图3： PXIe-8881嵌入式控制器采用最高配置至至强18核处理器，非常适合高性能、高吞吐量和计算密集型测试与测量应用。}

1965年，英特尔联合创始人Gordon Moore根据经验指出，集成电路上的晶体管数量每24个月就会翻一番。这一预测如今被称为穆尔定律，已被英特尔和AMD等芯片制造商所证实，即单个硅芯片上的晶体管数量的确呈指数级增长。

这种快速增长促使厂商每年都能持续推出更新、更快、更高效的处理器。尽管基于PXI的仪器有望从这些进步中获益，但要注意，引入一款新处理器直接意味着旧处理器的淘汰。

为尽量减少淘汰的影响，NI致力于确保嵌入式控制器在市场上平均可用五年。如需延长支持期，NI服务团队可与用户一起制定满足特定支持需求的服务计划。计划包括备件和快速更换、长期维修和校准（超出产品商业生命周期）、年度生命周期和淘汰报告以及借助NI技术资源进行技术更新规划。对于可迁移到最新技术的应用，NI承诺提供一组标准外设I/O（例如，USB、以太网、GPIB和串口），确保新的嵌入式控制器可作为前一代产品的近似即插即用替代品无缝替换。因此，设计嵌入式控制器时，必须选择性能最佳且在控制器整个生命周期内都能保证可用性的处理器。

NI利用其与两大处理器制造商之间紧密的长期合作关系，为具有长期路线图的PXI嵌入式控制器选择处理器和芯片组，确保了这些组件在整个控制器生命周期内随时可用，也便于进行必要的维修或更换。该优势最终提升了嵌入式控制器的价值，并延长了整个基于PXI的仪器系统的使用寿命。

总之，NI PXI嵌入式控制器为用户的测试系统提供了一套紧凑的高性能解决方案。作为中央处理和控制中心，这些控制器无需外部PC。通过与处理器制造商合作，集成最新技术以及支持极端操作条件，并提供全天候运行的实时操作系统选项，NI的设计特性确保了系统的可靠性和高性能。凭借我们的合作关系以及对标准化平台的长期承诺，NI PXI控制器为测试和测量需求提供了灵活的高性能解决方案。 

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^{Linux®是Linus Torvalds在美国和其他国家/地区的注册商标。}