NI PXI 嵌入式控制器設計優勢

NI PXI 嵌入式控制器可為 PXI Express (PXIe) 量測系統提供高效能而又精巧的機箱內嵌入式電腦解決方案。PXI 嵌入式控制器提供執行 PXI 系統所需的一切功能，不需外接電腦，也是 PXI 系統內部所有儀器的中央處理與控制中心。本文說明 NI 設計的下列各項特色，協助您了解 NI 何以能夠提供兼具高效能與高穩定性的控制器：

• 與處理器製造商合作，將最新技術整合於我們的嵌入式控制器，從而發揮最高效能。
• 支援在極端溫度下的作業條件、24 小時全天候作業，並且提供即時作業系統選項，能提升系統相依性，確實保持高穩定性。
• 提供預先設定的靈活作業系統選項，以及應用軟體與裝置驅動程式的原廠安裝功能，支援從桌上型 DUT 驗證到長期測試站的各項用途。
• 提供多種服務計畫，致力於採用一組標準的週邊 I/O，確實讓新的嵌入式控制器能立即取代舊款控制器，從而確保長期支援。

NI 從事 PXI 嵌入式控制器業務的經驗超過 25 年。公司與 Intel 及 AMD 等主流處理器製造商有著密切的合作關係。舉例來說，NI (Emerson 測試與量測業務) 是 Intel 合作夥伴聯盟的 Titanium 會員，這個聯盟提供最新的 Intel 產品規劃藍圖與樣品。由於諸如此類的合作關係，當 NI 推出新的 PXI 嵌入式控制器時，會採用主流電腦製造商用於自家產品的同款最新桌上型 CPU。這樣的趨勢彰顯出 NI 在設計方面的專業知識，也證明 NI 致力於為儀器產業提供採用最新技術 (如 Intel Core i7 或 Xeon 處理器) 的高效能 PXI 嵌入式控制器。除運算效能外，I/O 頻寬也是設計儀器系統的關鍵。隨著現代的測試與量測系統日趨繁複，儀器與系統控制器之間需要交換的資料也不斷增加。PCI Express (PCIe) 與 PXI Express (PXIe) 問世之後，NI 嵌入式控制器已能因應這方面的需求，現在能提供每秒最高 24 GB 的系統頻寬，供 PXI Express 機箱背板使用。

^{圖 1： NI PXIe-8881 嵌入式控制器採用 18 核心 Intel Xeon 處理器，適用於高效能、高通量且需進行大量運算的測試與量測用途。}

隨著 PCI Express 標準發展到 PCI Express 3.0，PXI Express 亦持續充分運用相關新功能。NI PXIe-8881 嵌入式控制器運用 PCI Express 技術的優勢，提供一個 x8 和一個 X16 Gen 3 PCI Express 連結，用於介接 PXI 機箱背板。

使用 NI PXIe-8881 嵌入式控制器結合 PXI Express 機箱 (例如 NI PXIe-1095)，系統資料總傳輸率可以達到每秒 24 GB。既能運用此類高頻寬，您就可以輕鬆進行需要高傳輸率的密集運算用途，例如新一代無線通訊設計與原型製作、RF 記錄與播放。

隨著測試、量測、控制用途的發展，NI 也不斷擴充 PXI 嵌入式控制器的各式配件，確實支援發揮最高效能。針對高記憶體需求的用途，NI 的嵌入式控制器記憶體最多能升級到 64 GB 的 RAM。

除了能選擇記憶體升級之外，NI 也提供多種硬碟升級選項。從高容量的標準硬碟 (HDD) 到固態磁碟 (SSD)，全數可供選擇。儲存應用產生的儀器資料時，可方便地將之儲存在嵌入式控制器的内建 HDD 中。為確實有足夠的資料儲存空間，另可針對客戶需求升級使用容量更大的 HDD。

一般而言，如果要將測試與量測系統部署於機密區域，系統就需要有一套相關的解密流程。要進行 PXI 系統解密，必須了解系統內所有的記憶元件，包含機箱、控制器和模組。PXI 嵌入式控制器提供硬碟或隨身碟形式的非揮發性儲存空間，即便系統關機也能保留使用者與系統資訊。PXI 嵌入式控制器必須要有非揮發性儲存空間才能運作，因此，配備可攜式磁碟機 (RHDD) 的 NI PXIe-8862 讓使用者能夠拔除儲存媒介，將其存放於安全的環境中。此外，NI PXIe-8862 RHDD 嵌入式控制器還能將獨立且不重複的軟體映像載入到同一個測試站硬體。

^{圖 2：使用可經由人機介面存取的硬碟托架就能輕鬆拿取硬碟，方便拆卸攜帶。}

想在嚴苛的環境中操作控制器或儲存資料，也可以使用 SSD。此款磁碟並不具備任何移動式零件，因此可大幅降低機械故障的風險，進而提高系統穩定度。另可耐受極端衝擊、高海拔、高振動，或是其他嚴苛的作業環境。相較於標準的旋轉式硬碟，SDD 不但更能適應嚴苛的作業環境且穩定性更高，還能大幅縮短讀寫搜尋時間。此即代表序列和隨機資料讀寫速率更高。使用 SSD 之後，應用程式載入時間變快，整體測試也因為檔案 I/O 加快而更加省時。

在極嚴苛的作業條件下，必須先確保現代儀器控制系統具備高度可靠性，這是非常重要的一點。因此，NI 讓 PXI 嵌入式控制器達到更高的作業環境溫度範圍，並能承受 24 小時不間斷的長時間作業。這些嵌入式控制器使用更堅固耐用的硬碟，在高/低溫極端環境下能發揮可靠性，也能 24 小時連續運轉，達到 100% 工作週期。這些嵌入式控制器使用標準硬碟，作業溫度範圍介於 5 °C 到 50 °C 之間，20% 運轉工作週期可達一週 5 天、一天八小時，與桌上型電腦和筆記型電腦相似。溫度範圍更大且 24 小時全天候連續運轉的版本，作業溫度達 0 到 55 °C，適用於最多一週七天、一天 24 小時的 100% 連續工作週期。您也可以選擇以固態硬碟取代旋轉硬碟，提高系統在嚴苛環境中的穩定性。NI 採用如此獨一無二的設計，支援您將 PXI 架構的儀器部署應用於挑戰性更高的用途。

PXI 嵌入式控制器將持續搭載市面上的最新處理器。為確保嵌入式控制器能在整個運作期間發揮最佳效能，NI 會執行詳盡的熱能、機械、電氣測試，確實避免 NI PXI 嵌入式控制器內部的 CPU 在嚴苛環境中影響處理器效能。讓 CPU 確實能夠保持最佳效能與穩定性，有助於提高 PXI 系統的整體穩定性。NI 運用開發嵌入式控制器的專業知識，更應用先進設計模擬與設計客製化散熱器之類的技術，順利達成這樣的目標。

為讓系統確實發揮精確度並提供更高的穩定性，NI 的 PXI 嵌入式控制器會執行 Real-Time OS、NI Linux Real-Time 與 NI LabVIEW Real-Time Module 軟體，而非執行標準的 Windows OS。執行 Windows 或其他通用作業系統的系統未必能在指定時間完成某項特定作業，原因在於作業系統會與其他同時執行的系統處理序共用處理器。嵌入式控制器中若執行 NI Linux Real-Time，整個處理器只會執行特定的應用程式，從而確實發揮精確度與穩定性。

為避免嵌入式控制器硬體故障，NI 嵌入式控制器更採用能迅速現場替換重要元件 (如硬碟與記憶體) 的設計，不會影響客戶的保固權益。而為能在軟體故障後迅速復原，所有 Windows 架構的 NI PXI 嵌入式控制器全數另行分割出隱藏磁碟區，用於保留硬碟的原廠映像檔。您可以使用這個映像檔將控制器快速還原成原廠安裝狀態。使用新款控制器則能建立自訂的硬碟映像檔，以備日後發生軟體毀損時用於復原，不需要使用預設的原廠映像檔。這些 NI PXI 嵌入式控制器的功能，除了有助於縮短系統停機時間之外，更可大幅提升 PXI 架構自動測試或儀器系統的生產力。

除了系統復原功能之外，為提高維修 PXI 嵌入式控制器的可行性，您可以快速進行硬碟和記憶體的 In-ROM 診斷，不需另外使用第三方工具。執行這些診斷功能就能判斷是否需要替換硬碟或記憶體。控制器設計旨在支援現場快速替換硬碟與記憶體等重要元件，完全不會影響客戶的保固權益。為簡化購買元件備品的流程，嵌入式控制器提供硬碟與記憶體升級服務。綜合上述所有特色，嵌入式控制器的維修可行性大幅提升。

NI PXI 控制器支援數種作業系統，選項包括 Windows OS、Real-Time OS 以及無作業系統，請按照用途需求進行選擇。 

• Windows：Windows 適用於多種用途，能提供穩定、功能豐富且方便好用的作業系統。大多數控制器均預先安裝 Windows 10 或 11，能快速開始使用。 
• NI Linux Real Time：這是專為即時應用而設計的專用作業系統。這款作業系統提供精確效能，常應用於控制系統和自動化系統，且能使用 LabVIEW Real-Time Module 軟體進行程式設計。LabVIEW Real-Time Module 是一款 NI LabVIEW 軟體附加元件，能用於建立並部署穩定且能執行於嵌入式硬體裝置的獨立應用程式。 
• 無作業系統：您也可以購買未安裝作業系統的控制器，並安裝自己的 Linux 發行版，例如 Ubuntu 或 Red Hat Enterprise Linux (NI 軟體與驅動程式均支援此版本)。

這些控制器也支援包括 LabVIEW、C/C++、C#/.NET 與 Python 的開發環境。NI 提供多項線上資源，主題涵蓋整合語言與 LabVIEW，以及結合 NI 軟硬體使用 Python。此外，所有 PXI 嵌入式控制器出廠前均已安裝 PXI Platform Services。這款 NI 驅動程式支援您監控 PXI 控制器狀態，包括溫度、CPU 負載、記憶體和磁碟容量等等。

信賴平台模組 (Trusted Platform Module, TPM) 是一款安全的加密處理器，專爲特定的嵌入式控制器所設計，此元件可針對關鍵作業與其他注重安全性的作業提供有安全保障的空間，使平台安全性超越現今軟體所能發揮的功能。金鑰安全最薄弱的階段，就是在未加密的情況下使用純文字金鑰的時候，TPM 會在這個階段運用軟硬體保護金鑰的加密與簽署作業。TPM 經特殊設計，能妥善保護未加密金鑰與平台認證資訊，確實避免遭到軟體式攻擊。NI PXIe-8881 與 NI PXIe-8862/42/22 機型全數配備最新的 TPM 2.0 版 (圖 3 中的第 3 項)。

^{1. 64 GB 的 DDR4 RAM | 2.高頻寬串流 | 3.TPM v1.2 安全防護 | 4.最高 18 核心 Xeon 處理器 | 5.兩個 Thunderbolt™ 連接埠 | 6.GPIB 連接埠 | 7.兩個 Gigabit 乙太網路連接埠 | 8.四個 USB 連接埠 | 9.顯示連接埠 | 10.兩個 USB 3 連接埠 | 11.外接 SMB 監控器/觸發器}

^{圖 3： PXIe-8881 嵌入式控制器最高規格是一組 18 核心 Xeon 處理器，適用於高效能、高傳輸率、需要大量運算的測試與量測用途。}

Intel 公司創辦人之一的摩爾 (Gordon Moore) 在 1965 年即指出：積體電路 (IC) 上的電晶體數量，將每隔 24 個月即倍數成長 1 次。此項預測即為大家所熟知的摩爾定律 (Moore's law)，目前仍由 AMD 與 Intel 等的晶片製造商奉為圭臬。而單一晶片的電晶體數量確實不斷提升。

電晶體數量急遽增加的這股趨勢，也造就每年不斷有款式更新、速度更快、效能更高的處理器問世。雖然 PXI 架構的儀器能因為這些進步而佔優勢，也別忘了，新款處理器問世就代表必須淘汰舊款處理器。

為降低淘汰舊款控制器所造成的影響，NI 致力於讓各款嵌入式控制器都能達到平均 5 年的市場流通壽命。如果需要延長支援期限，則 NI 服務團隊可與您攜手合作，建立符合您特定支援需求的服務計畫。計畫亦包含如快速替換、長期維修/校準 (超過產品壽命週期)、年度使用週期與淘汰報告等服務，亦可透過 NI 技術資源來更新技術。至於能移轉採用最新技術的用途，NI 另提供一組標準的週邊 I/O (如 USB、乙太網路、GPIB 和序列)，確保新款嵌入式控制器能相容於/汰換舊款產品。因此，設計嵌入式控制器時，一定要選擇能達到最佳效能並確實配合控制器使用壽命或週期的處理器。

NI 長期與兩家主流處理器製造商密切合作，以長期採用為前提，選擇適合 PXI 嵌入式控制器使用的處理器與晶片組。如此做法能確保這些元件在控制器生命週期內不虞匱乏，隨時能應用於必要的維修或替換作業。這項特性除了能提高嵌入式控制器的價值之外，更可延長整體 PXI 儀器系統的使用壽命。

總而言之，NI 的 PXI 嵌入式控制器是適合測試系統使用的高效能而又精巧的解決方案。這些控制器能發揮中央處理與控制中心的作用，完全不需要外接電腦。NI 的設計整合與處理器製造商合作的最新技術、支援極端作業條件，且能透過即時作業系統選項全天候運作，確實保持穩定並發揮效能。有鑑於我們的合作關係，以及長期致力於發展標準化平台的承諾，NI PXI 控制器針對測試與量測需求提供高效能且靈活的方法。 

• 深入了解 PXI 時序與同步化
• 設定 PXI 系統
• 深入了解建立測試系統的基本概念

^{Linux® 是 Linus Torvalds 在美國與其他國家/地區的註冊商標。}