Ventajas del diseño del controlador embebido NI PXI

Los controladores embebidos NI PXI proporcionan una solución informática, integrada, compacta y de alto rendimiento para su sistema de medidas PXI o PXI Express (PXIe). Un controlador embebido PXI proporciona todo lo que necesita para ejecutar su sistema PXI sin una PC externa y actúa como el centro de procesamiento y control para todos los instrumentos dentro de un sistema PXI. En este artículo, aprenda sobre las características de diseño que le dan a NI la capacidad de ofrecer controladores de alto rendimiento altamente confiables, incluyendo:

• Asociarse con fabricantes de procesadores para integrar la última tecnología en nuestros controladores embebidos para obtener el máximo rendimiento.
• Soportar condiciones de operación en temperaturas extremas, operaciones 24/7, y ofrecer una opción de SO en tiempo real para mejorar la fiabilidad del sistema para garantizar una alta fiabilidad.
• Proporcionar opciones de SO flexibles que vienen preconfiguradas y la capacidad de instalación de fábrica de software de aplicación y controladores de dispositivos, lo que soporta todo, desde la validación DUT de laboratorio hasta estaciones de pruebas a largo plazo.
• Ofrecer varios planes de servicio y comprometerse con un conjunto estándar de E/S periféricas para garantizar nuevos controladores embebidos son un reemplazo inmediato para las generaciones anteriores, lo que garantiza un soporte a largo plazo.

NI ha estado en el negocio de lanzar controladores embebidos PXI durante más de 25 años. La compañía ha desarrollado una estrecha relación de trabajo con fabricantes clave de procesadores como Intel y Advanced Micro Devices (AMD). Por ejemplo, NI (como Emerson Test & Measurement) es miembro Titanium de Intel Partner Alliance, que ofrece acceso a roadmaps y muestras de productos Intel más recientes. Con estas relaciones, cuando NI lanza nuevos controladores embebidos PXI, utilizan las mismas CPUs de escritorio recientemente lanzadas que los principales fabricantes de PCs utilizan para sus productos. Esta tendencia ilustra la experiencia de diseño de NI y su compromiso de proporcionar a la industria de la instrumentación controladores embebidos PXI de alto rendimiento que aprovechan las últimas tecnologías, como los procesadores Intel Core i7 o Xeon. Además del rendimiento de cómputo, el ancho de banda de E/S juega un papel fundamental en el diseño de sistemas de instrumentación. Conforme los sistemas modernos de pruebas y medidas se vuelven más complejos, existe una creciente necesidad de intercambiar más y más datos entre los instrumentos y el controlador del sistema. Con la introducción de PCI Express (PCIe) y PXI Express (PXIe), los controladores embebidos de NI han cubierto esta necesidad y ahora proporcionan hasta 24 GB/s de ancho de banda del sistema al plano trasero del chasis PXI Express.

^{Figura 1: El controlador embebido NI PXIe-8881, con el procesador Intel Xeon de 18 núcleos, es ideal para aplicaciones de pruebas y medidas de alto rendimiento y de cómputo intenso.}

A medida que el estándar PCI Express evolucionó a PCI Express 3.0, PXI Express continuó aprovechando las nuevas características. El controlador embebido NI PXIe-8881 utiliza los avances de la tecnología PCI Express para ofrecer enlaces PCI Express X8 y X16 Gen 3 para la interfaz con el plano trasero del chasis PXI.

Usar el controlador embebido NI PXIe-8881 con un chasis PXI Express, como el NI PXIe-1095, proporciona un rendimiento total de datos del sistema de 24 GB/s. Con este alto ancho de banda, ahora puede implementar fácilmente aplicaciones computacionalmente intensivas que exigen altas tasas de rendimiento, como el diseño y generación de prototipos de comunicaciones inalámbricas de próxima generación y grabación y reproducción de RF.

A medida que evolucionan las necesidades de las aplicaciones de pruebas, medidas y control, NI continúa ampliando el portafolio de accesorios del controlador embebido PXI para garantizar un rendimiento óptimo. Para aplicaciones que requieren mucha memoria, NI ofrece opciones de actualización de memoria de controlador embebido de hasta 64 GB de RAM.

No solo puede elegir entre opciones de actualización de memoria, sino que NI también proporciona una variedad de opciones de actualización de disco duro. Estas opciones van desde unidades de disco duro estándar de alta capacidad (HDD) hasta unidades de estado sólido (SSD). Al almacenar datos de instrumentación de su aplicación, es conveniente almacenarlos en el disco duro integrado en el controlador embebido. Para garantizar suficiente espacio para todos los datos deseados, NI ofrece la opción de actualizar su disco duro estándar a un disco duro de mayor capacidad para maximizar el espacio de almacenamiento.

A menudo, para implementar sistemas de pruebas y medidas en áreas clasificadas, necesita que estos sistemas tengan un proceso de desclasificación asociado. La desclasificación de un sistema PXI requiere el conocimiento de todos los componentes de memoria del sistema, incluyendo el chasis, el controlador y los módulos. Los controladores embebidos PXI cuentan con almacenamiento no volátil en forma de disco duro o una unidad flash que conserva la información del usuario y del sistema, incluso después de que el sistema se apaga. Debido a que se requiere almacenamiento no volátil para que el controlador embebido PXI funcione, el NI PXIe-8862 con unidad de disco duro extraíble (RHDD) ofrece la capacidad de eliminar este medio de almacenamiento para que pueda colocarse en un entorno seguro. Además, el controlador embebido NI PXIe-8862 RHDD agrega la capacidad de tener imágenes de software separadas y únicas cargadas en el mismo hardware de la estación.

^{Figura 2: Acceda fácilmente al disco duro a través del soporte de disco duro accesible al panel frontal para opciones de almacenamiento extraíbles.}

Para entornos difíciles en los que desea operar el controlador o almacenar datos, también hay unidades SSD disponibles. Estos accionamientos no tienen partes móviles; por lo tanto, reducen significativamente el riesgo debido a fallas mecánicas, lo que resulta en una mayor fiabilidad del sistema. También pueden soportar choques extremos, gran altitud y vibración, y otros entornos de operación duros. Además de una mejor tolerancia para entornos operativos difíciles y una mayor fiabilidad, los SSD proporcionan tiempos de búsqueda de lectura y escritura más bajos en comparación con los discos duros medianos, giratorios y estándares. Esto se traduce en mayores tasas de lectura y escritura de datos secuenciales y aleatorios. Las aplicaciones que utilizan SSD experimentan tiempos de carga de aplicación más rápidos y ahorros generales de tiempo de pruebas debido a una E/S de archivo más rápida.

Es fundamental garantizar que los sistemas de instrumentación modernos sean altamente fiables en condiciones de funcionamiento exigentes. Por esta razón, NI ofrece versiones de temperatura extendida y funcionamiento 24/7 de sus controladores embebidos PXI. Estos controladores embebidos utilizan un disco duro más resistente diseñado para la fiabilidad en extremos de baja y alta temperatura, con un ciclo de trabajo del 100% y funcionamiento 24/7. Los discos duros utilizados en las versiones estándar de estos controladores embebidos funcionan en un rango de operación de 5 °C a 50 °C y pueden funcionar a un ciclo de trabajo del 20% durante ocho horas al día, cinco días a la semana, de manera similar a las PCs y laptops. Las versiones de operación a temperatura extendida y 24/7 tienen una temperatura de operación de 0 °C a 55 °C y se pueden utilizar para aplicaciones que requieren operación continua, con hasta 100% de ciclo de trabajo, durante 24 horas al día, siete días a la semana. También puede elegir un disco duro de estado sólido en lugar de un disco duro giratorio para mejorar aún más la fiabilidad de todo el sistema, especialmente en entornos difíciles. Debido a esta consideración de diseño única de NI, usted puede implementar instrumentos basados en PXI en aplicaciones más desafiantes.

Los controladores embebidos PXI cuentan continuamente con los últimos procesadores del mercado. Para garantizar que el controlador embebido ofrece un rendimiento óptimo en todo el rango operativo, NI realiza extensas pruebas térmicas, mecánicas y eléctricas para garantizar que la CPU de un controlador integrado NI PXI no reduzca el rendimiento de su procesador cuando se usa en entornos extremos. Garantizar el rendimiento y la fiabilidad adecuados de la CPU aumenta la fiabilidad general del sistema PXI. NI logra esto utilizando su experiencia en el desarrollo de controladores embebidos y la aplicación de técnicas tales como simulación de diseño avanzado y el diseño de disipadores de calor personalizados.

Para garantizar el determinismo y ofrecer una fiabilidad aún mayor, NI ofrece controladores embebidos PXI que ejecutan un sistema operativo en tiempo real, software NI Linux Real-Time y NI LabVIEW Real-Time Module en lugar de los sistemas operativos Windows estándar. Los sistemas que ejecutan Windows u otros sistemas operativos de uso general no pueden garantizar la finalización de una determinada tarea en un tiempo especifico porque el sistema operativo comparte el procesador con otros procesos del sistema que se ejecutan en paralelo. Con NI Linux Real-Time ejecutándose en el controlador embebido, todo el procesador se dedica a ejecutar su aplicación específica, lo que garantiza un comportamiento determinista y confiable.

En el improbable caso de un mal funcionamiento del hardware del controlador embebido, el diseño del controlador embebido permite una rápida sustitución en campo de componentes críticos como el disco duro y la memoria sin afectar a la garantía. Para recuperarse más rápido de un mal funcionamiento del software, todos los controladores embebidos PXI basados en Windows contienen una partición oculta que contiene una imagen de estado de fábrica del disco duro. Puede usar esta imagen para restaurar rápidamente el controlador a su estado de instalación de fábrica. Con los controladores más recientes, tiene la capacidad de crear imágenes personalizadas del disco duro que puede usar más tarde, en lugar de la imagen predeterminada de fábrica, para recuperarse de un bloqueo de software. Estas funciones de controlador embebido NI PXI ayudan a reducir el tiempo de inactividad del sistema y garantizan la máxima productividad de un sistema automatizado de pruebas o instrumentación basado en PXI.

Junto con la recuperación del sistema, para mejorar la capacidad de servicio del controlador embebido PXI, puede acceder rápidamente a diagnósticos en ROM para el disco duro y la memoria sin requerir herramientas externas de terceros. Al ejecutar estos diagnósticos, puede determinar si necesita reemplazar el disco duro o la memoria. El diseño del controlador permite la sustitución rápida de componentes críticos como el disco duro y la memoria sin afectar a la garantía. Para facilitar el proceso de compra de componentes de repuesto, el controlador embebido ofrece actualizaciones de disco duro y memoria. Por lo tanto, la combinación de todas estas características mejora significativamente la capacidad de servicio del controlador embebido.

Los controladores NI PXI soportan varios sistemas operativos, incluyendo el sistema operativo Windows, el sistema operativo en tiempo real y ninguna opción de sistema operativo según las necesidades de sus aplicaciones. 

• Windows Utilizado para una amplia variedad de aplicaciones, windows proporciona un sistema operativo confiable, versátil y fácil de usar. La mayoría de los controladores vienen con Windows 10 u 11 preinstalado en el controlador para comenzar rápidamente. 
• NI Linux Real Time: Este es un sistema operativo especializado diseñado para aplicaciones en tiempo real. Proporciona un rendimiento determinista y se utiliza comúnmente en sistemas de control y automatización y se puede programar con el software LabVIEW Real-Time Module. El LabVIEW Real-Time Module es un complemento de software para NI LabVIEW que usted puede usar para crear aplicaciones confiables y autónomas que se ejecutan en dispositivos de hardware embebido. 
• Sin SO: También puede comprar un controlador sin sistema operativo instalado e instalar su propia distribución de Linux, como Ubuntu o Red Hat Enterprise Linux, que son compatibles con software y controladores NI.

Estos controladores también soportan entornos de desarrollo, incluyendo LabVIEW, C/C++, C#/.NET y Python. NI ofrece recursos en línea sobre temas como la integración de lenguajes con LabVIEW y el uso de Python con hardware y software de NI. Además, todos los controladores embebidos PXI se entregan con los servicios de plataforma PXI instalados. Con este controlador NI, puede monitorear el estado de su controlador PXI, incluyendo la temperatura, la carga de la CPU, la memoria y la capacidad del disco, entre otros.

El módulo de plataforma de confianza (TPM), un criptoprocesador seguro, es un componente en controladores integrados seleccionados específicamente y diseñados para elevar la seguridad de la plataforma por encima de las capacidades del software actual, proporcionando un espacio protegido para operaciones clave y otras tareas críticas de seguridad. Usando hardware y software, el TPM protege las claves de cifrado y firma en sus etapas más vulnerables, operaciones cuando las claves se usan sin cifrar en forma de texto plano. El TPM está diseñado específicamente para proteger las claves no encriptadas y la información de autenticación de la plataforma de ataques basados en software. Los modelos NI PXIe-8881 y NI PXIe-8862/42/22 están equipados con TPM 2.0, la última versión (mostrada como #3 en la Figura 3).

^{1. 64 GB de DDR4 RAM | 2. Transmisión de alto ancho de banda | 3 Asegurado con TPM v1.2 |4. Hasta un procesador Xeon de 18 núcleos | 5. Dos puertos Thunderbolt™ | 6. Puerto GPIB | 7. Dos puertos Ethernet Gigabit | 8. Cuatro puertos USB | 9. Puerto de visualización | 10. Dos puertos USB 3 | 11. Watchdog SMB externo/disparo}

^{Figura 3: El controlador embebido PXIe-8881, con opciones de procesador hasta Xeon de 18 núcleos, es ideal para aplicaciones de pruebas y medidas de alto rendimiento y de cómputo intenso.}

En 1965, Gordon Moore, cofundador de Intel, declaró empíricamente que la cantidad de transistores en un circuito integrado se duplicaría cada 24 meses. Esta predicción, ahora conocida como la Ley de Moore, ha sido sostenida hasta ahora por fabricantes de chips como Intel y AMD y ha resultado en un aumento exponencial en el número de transistores en un solo chip de silicio.

Este rápido aumento ha llevado directamente a la introducción constante de procesadores más nuevos, más rápidos y más eficientes cada año. Aunque los instrumentos basados en PXI pueden beneficiarse de estos avances, tenga cuidado con el hecho de que la introducción de un nuevo procesador se relaciona directamente con la obsolescencia de uno más antiguo.

Para minimizar el impacto de la obsolescencia, NI se compromete a garantizar que un controlador embebido esté disponible en el mercado en un promedio de cinco años. Si se requiere un período de soporte prolongado, el equipo de NI Services puede trabajar con usted para crear planes de servicio que cubran sus necesidades de soporte específicas. Los planes pueden incluir servicios como reemplazos rápidos y de ahorro; reparación y calibración a largo plazo (más allá del final comercial del producto); informes anuales sobre el ciclo de vida y la obsolescencia; y planificación de actualización tecnológica con recursos técnicos de NI. Para aquellas aplicaciones que pueden migrar a la última tecnología, NI se compromete a ofrecer un conjunto estándar de E/S periféricas, por ejemplo USB, Ethernet, GPIB y serial, para garantizar que los nuevos controladores embebidos sean un reemplazo inmediato para los productos de la generación anterior. Por lo tanto, al diseñar un controlador embebido, es imperativo elegir un procesador que ofrezca el mejor rendimiento y garantice la disponibilidad durante toda la vida útil del controlador.

NI utiliza su relación de trabajo estrecha y a largo plazo con los dos principales fabricantes de procesadores para elegir procesadores y chipsets para controladores embebidos PXI con roadmaps a largo plazo. Esto garantiza que estos componentes estén disponibles durante toda la vida útil de los controladores y para cualquier reparación o reemplazo requerido. Esto añade valor al controlador embebido y aumenta la vida útil del sistema de instrumentación basado en PXI.

En conclusión, los controladores embebidos PXI ofrecen una solución compacta y de alto rendimiento para sus sistemas de pruebas. Actuando como el centro de procesamiento y control, estos controladores eliminan la necesidad de un PC externo. Las características de diseño de NI garantizan fiabilidad y rendimiento a través de la integración de la última tecnología en asociación con los fabricantes de procesadores, soporte para condiciones de funcionamiento extremas y funcionamiento 24/7 con opciones de SO en tiempo real. Con nuestras alianzas y nuestro compromiso a largo plazo con una plataforma estandarizada, los controladores NI PXI proporcionan un enfoque flexible y de alto rendimiento para las necesidades de pruebas y medidas.  

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