En quoi consiste la Série X de NI ?

Les matériels de la Série X sont les matériels d’acquisition de données (DAQ) multifonctions les plus avancés jamais conçus par NI. Ils comportent des améliorations pour répondre aux besoins des applications de test, de mesure et de contrôle les plus exigeantes.

Disponible pour USB, PCI Express et PXI Express, chaque périphérique de la Série X inclut des E/S analogiques, des E/S numériques et quatre compteurs/timers 32 bits.

La Série X offre un nouveau niveau d’excellence pour les E/S multifonctions sur PC. Les périphériques incluent la technologie de cadencement et de synchronisation NI-STC3, la technologie de streaming de signaux NI pour USB, une interface native vers PCI Express et un logiciel driver prêt à l’emploi multicœur.

Figure 1.  NI propose des périphériques de la Série X pour USB, PCI Express et PXI Express.

NI propose une large gamme de périphériques de la Série X, du faible coût à la haute vitesse avec échantillonnage simultané. Le tableau 1 résume les modèles que vous pouvez choisir et leurs principales spécifications.

Tableau 1. Vous pouvez choisir parmi une large gamme de voies, de fréquences d’échantillonnage et d’options de bus.

Lors du choix du bus qui convient à votre application, il y a plusieurs facteurs à prendre en compte. Par exemple, l’USB est idéal pour les applications nécessitant une portabilité et des fonctionnalités Plug and Play. PCI Express et PXI Express offrent une synchronisation facile entre plusieurs périphériques, la bande passante la plus élevée possible et une latence minimale.

Le tableau 2 résume certains facteurs importants pour choisir entre USB et PCI Express ou PXI Express.

	USB	PCI Express et PXI Express
Technologie NI-STC3
Opérations analogiques, numériques et de compteurs simultanées
Portabilité		–
Fonctionnement Plug and Play		–
Connectivité de signal intégrée		–
Large bande passante	–
Faible latence	–
Support de LabVIEW Real-Time	–
Synchronisation de plusieurs matériels	–

Tableau 2. Prenez en compte ces facteurs importants pour choisir entre USB et PCI Express ou PXI Express.

Pour étendre les fonctionnalités et la flexibilité d’un périphérique multifonction bien au-delà de ce qui était possible avec les périphériques de la génération précédente, les périphériques de la Série X intègrent trois technologies principales :

1. Technologie de cadencement et de synchronisation NI-STC3
2. Interfaces de bus à haute vitesse pour USB et PCI Express/PXI Express
3. Exécution logicielle parallèle

Tout matériel d’acquisition de données multifonction nécessite un circuit de cadencement embarqué pour contrôler des lignes d’E/S analogiques, numériques et de compteurs, et suivre les évolutions des technologies ASIC de cadencement survenues ces dix dernières années. La famille DAQ de Série X s’enrichit d’une nouvelle technologie NI-STC3 qui offre quatre compteurs améliorés, une base de temps de 100 MHz, ainsi que des options supplémentaires pour le cadencement et le déclenchement des E/S.

Quatre compteurs améliorés

La nouvelle technologie NI-STC3 de la Série X fait passer les compteurs au niveau supérieur, offrant quatre compteurs de 100 MHz avec une résolution de 32 bits. Non seulement chaque matériel de la Série X compte quatre compteurs, mais les opérations qui, sur les matériels précédents, nécessitaient deux compteurs, peuvent désormais se faire avec une unique voie de compteur. Par exemple, si vous contrôliez un moteur pas à pas, vous auriez souvent besoin de générer un nombre fini d’impulsions numériques et, auparavant, cela nécessitait l’utilisation d’un compteur pour générer en continu des impulsions et d’un deuxième compteur pour fenêtrer les impulsions envoyées au moteur. Les compteurs NI-STC3 peuvent accomplir cette tâche avec un seul et unique compteur, ce qui signifie qu’un matériel de Série X peut contrôler, à lui seul, jusqu’à quatre moteurs pas à pas.

Base de temps de 100 MHz

La base de temps embarquée de n’importe quel matériel d’acquisition de données sert de rythme cardiaque interne et dirige toute la circuiterie numérique. Tous les matériels, des horloges d’échantillonnage aux lignes de déclenchement, utilisent la base de temps comme référence embarquée pour générer des fréquences d’horloge et cadencer les fronts numériques. La technologie NI-STC3 utilise une nouvelle base de temps de 100 MHz pour le déclenchement analogique et numérique, qui est cinq fois plus rapide que n’importe quel autre matériel DAQ de NI sorti précédemment. Cela signifie que les fréquences d’échantillonnage sont cinq fois plus précises, et les triggers analogiques peuvent réagir dans les 10 ns lorsqu’une condition de déclenchement est remplie.

Moteurs de cadencement indépendants pour les E/S analogiques et numériques.

Les fonctionnalités avancées de cadencement et de déclenchement sur les matériels d’acquisition de données reposent souvent sur des compteurs embarqués et un routage complexe de signaux pour atteindre des performances spécifiques cadencées de façon matérielle. La technologie NI-STC3 offre des triggers et des horloges d’échantillonnage complètement indépendants pour chaque groupe différent d’E/S sur un matériel multifonction. Des acquisitions redéclenchables, par exemple, nécessitent d’attendre qu’une condition de déclenchement soit remplie, en prenant un nombre fini d’échantillons, puis en réarmant immédiatement le trigger pour la prochaine acquisition. Utiliser des appels de fonctions de logiciels drivers pour réarmer le déclencheur risque de faire rater le prochain déclenchement en raison de la latence logicielle. Par conséquent, c’est l’approche cadencée de façon matérielle qui est à privilégier pour garantir les meilleures performances possibles. Dans le passé, les compteurs étaient le seul moyen de mettre en œuvre un redéclenchement cadencé de façon matérielle ; les compteurs servaient à générer un train d’impulsion redéclenchable, qui était ensuite acheminé en interne pour servir d’horloge d’échantillonnage d’entrée analogique.

Avec la technologie NI-STC3 sur les nouvelles cartes DAQ de Série X, les voies analogiques n’ont plus besoin d’utiliser des compteurs pour mettre en œuvre des acquisitions redéclenchables et les déclencheurs peuvent se réarmer de façon indépendante sans intervention logicielle. Un autre exemple des nouvelles fonctionnalités de déclenchement indépendant est la nouvelle horloge dédiée pour acquérir et générer des formes d’ondes numériques cadencées de façon matérielle.

Les matériels de Série X incluent plusieurs fonctionnalités pour les applications haut débit, c’est-à-dire les applications qui transmettent de grandes quantités de données en provenance et vers le matériel et la mémoire du PC. Les périphériques de la Série X pour USB incluent la technologie NI Signal Streaming. Les périphériques de la Série X pour PCI Express et PXI Express incluent une interface native vers PCI Express pour un débit maximal et une latence faible.

Technologie brevetée NI Signal Streaming

Les périphériques USB de la Série X incluent la technologie brevetée NI Signal Streaming, qui utilise des transferts basés sur les messages et l’intelligence côté périphérique pour assurer un transfert de données bidirectionnel à haute vitesse sur USB.

Figure 2.  La Série X USB intègre la technologie NI-STC3 pour le cadencement et le déclenchement avancés et la technologie NI Signal Streaming, pour maximiser le débit du bus USB.

En tirant parti de cette technologie, NI est en mesure de créer pour la première fois des périphériques USB multifonctions à échantillonnage simultané avec deux périphériques capables d’échantillonner à 1,25 Méch./s et 2 Méch./s sur chacune des huit entrées analogiques et d’inclure 32 ou 64 Méch./s de mémoire embarquée. Les fréquences d’échantillonnage élevées sur toutes les voies rendent ces périphériques idéaux pour les applications portables de test par ultrasons et d’enregistrement de transitoires. Le fonctionnement continu et à long terme de ces périphériques dépendra du PC hôte, de la fréquence d’échantillonnage et du nombre de voies.

Interface native PCI Express

Avec l’introduction du PCI Express et son intégration dans la norme PXI Express, les goulots d’étranglement au niveau des données qui existaient autrefois dans un système de mesure sont en passe de disparaître. Contrairement à la bande passante partagée de 132 Mo/s du PCI, le PCI Express offre des lignes Série dédiées à chaque matériel, ainsi qu’une bande passante théorique de 250 Mo/s dans chaque direction.

Certains matériels d’acquisition de données utilisent une mise en œuvre basée sur un pont pour convertir une conception PCI en PCI Express, ce qui limite la bande passante à celle du PCI et introduit une latence supplémentaire. La Série X fournit plutôt une interface PCI Express et PXI Express x1 (« par un ») native avec toute la bande passante PCI Express. Vous pouvez utiliser les périphériques de la série X PCI Express dans les emplacements PCI Express de x1 à x16.

Figure 3.  Vous pouvez utiliser la Série X pour PCI Express dans n’importe quel emplacement PCI Express, de x1 à x16

La Série X inclut aussi huit voies DMA pour transférer en continu les données directement entre le matériel et la mémoire du PC sans interaction de l’unité centrale ni aucun effort de programmation supplémentaire. Ces huit voies offrent des transferts de données en continu parallèles pour les E/S analogiques, les E/S numériques et les quatre compteurs/timers. Avec une FIFO étendue de 127 échantillons pour chacun des quatre compteurs 32 bits, il est désormais possible d’effectuer des opérations de comptage bufférisées, comme le comptage d’événements ou la génération d’une sortie PWM, à des vitesses nettement plus rapides que sur les matériels précédents.

Comme avec la plupart des bus internes, le PCI Express présente une latence très faible, idéale pour les applications de contrôle à boucle fermée. Les matériels de Série X étendent aussi les fonctionnalités des performances monopoint cadencées de façon matérielle sur tous les sous-systèmes du matériel.

Pour profiter pleinement des sous-systèmes matériels parallèles sur un matériel DAQ, vous avez besoin d’un driver et d’un logiciel d’application hautes performances.

Le logiciel driver pour la Série X est NI-DAQmx, qui offre une API simple et homogène parmi tous les types de mesure et de génération. NI-DAQmx est multithread, ce qui signifie que vous pouvez développer des applications qui segmentent le traitement de vos tâches de mesure et de génération en threads séparés. Vous pouvez effectuer des appels dans NI-DAQmx depuis plusieurs environnements de programmation, dont NI LabVIEW, NI LabWindows™/CVI, C/C++, Visual Basic 6 et .NET.

La façon la plus simple de s’interfacer avec NI-DAQmx et d’optimiser votre application d’acquisition de données pour fonctionner sur un ordinateur multicœur est d’utiliser LabVIEW. Vous pouvez créer une boucle While pour chaque tâche de mesure, et LabVIEW divisera automatiquement votre application en plusieurs threads. Votre système d’exploitation peut ensuite gérer l’exécution optimale de ces threads parmi un ou plusieurs cœurs de l’unité centrale. Par exemple, vous pouvez créer une boucle While pour un contrôle PID (proportionnelle intégrale dérivée) qui s’exécute sur un cœur et une boucle While qui traite une Transformée de Fourier rapide (FFT) sur un autre.

Figure 3.  Vous pouvez traiter les E/S de votre matériel DAQ sur des cœurs d’unité centrale séparés en utilisant des boucles While parallèles dans LabVIEW.

Les périphériques PCI Express et PXI Express de la Série X nécessitent NI-DAQmx 9.0 ou version ultérieure, et les périphériques USB de la Série X nécessitent NI-DAQmx 9.2 ou version ultérieure. NI-DAQmx 9.0 introduit deux puissantes fonctionnalités :

1. 1. Un enregistrement de données rapide et simple. Vous aurez souvent besoin d’enregistrer vos données acquises sur disque pour un post-traitement ou un tracé de tendance. Avec NI-DAQmx, il est désormais possible d’enregistrer des données dans des fichiers de mesure TDMS (Technical Data Management Streaming) en ajoutant un seul VI « DAQmx - Configurer l’enregistrement » à votre tâche NI-DAQmx. Cette méthode d’écriture de fichiers TDMS est également extrêmement rapide ; les tests préliminaires indiquent que les écritures sur disque sont possibles à plus de 1 Go/s.
   2. Tâches multi-périphériques pour la Série X. Pour les applications à grand nombre de voies avec la Série X, vous pouvez facilement synchroniser plusieurs matériels. Pour la Série X PCI Express, vous devez les connecter avec un câble RTSI (Real-Time System Integration). Pour la Série X PXI Express, les modules peuvent se synchroniser les uns aux autres sur les bus de cadencement et de déclenchement sur le fond de panier PXI Express. NI-DAQmx 9.0 introduit des tâches sur plusieurs périphériques pour la Série X, ce qui signifie que vous pouvez créer un ensemble unique de code de mesure qui comprend deux matériels, et NI-DAQmx gère automatiquement le partage de l’horloge d’échantillonnage.

Figure 5.  Le logiciel driver NI-DAQmx facilite la synchronisation de deux ou plusieurs matériels Série X avec les tâches sur plusieurs périphériques.

Avec les avancées en matière de cadencement et de déclenchement, de transfert de bus et de traitement de données, les matériels de Série X représentent les matériels DAQ les plus avancés techniquement jamais conçus par NI. En profitant des toutes dernières technologies des PC, comme les processeurs multicœurs et PCI Express, il est dorénavant possible de créer un système de mesure et de contrôle très économique, capable de fonctionner dans un parallélisme total, du signal au logiciel.

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