20년 이상, 계측기 제어에는 두 가지 주요 버스가 사용되었습니다. RS232 직렬 버스는 주로 과학 및 분석 계측 제어에, IEEE 488 GPIB는 주로 기존 테스트 및 측정 장비 제어에 사용되었습니다.
RS232 포트는 전 세계적으로 데스크탑과 노트북 컴퓨터 모두에서 쉽게 사용할 수 있지만 GPIB를 통해 계측기를 제어하려면 특수 컨트롤러 하드웨어를 사용해야 합니다. 계측기 제어 하드웨어에 대한 선택을 고려할 때 많은 과학자와 엔지니어는 GPIB 인터페이스가 상용 제품으로 흔하고, 모든 컨트롤러가 동일하다고 잘못 가정하여 가격만을 기준으로 선택하는 경우가 많습니다.
이 백서는 GPIB 컨트롤러 하드웨어의 3가지 주요 차별화 요소를 검토하고 보다 생산적이고 효율적인 어플리케이션 개발에서 보다 빠르고 안정적인 어플리케이션 실행 및 걱정 없는 디버깅 및 유지 관리에 이르기까지 테스트 및 측정 시스템의 모든 영역에서 상당한 개선을 이룰 수 있는 하드웨어 및 소프트웨어 기능을 설명합니다.
계측기 제어 시스템용 GPIB 컨트롤러를 구입할 때 NI GPIB 컨트롤러는 개발에서 생산 및 유지보수에 이르기까지 시스템 수명 전반에 걸쳐 시간과 비용을 절약하는 데 도움이 되는 이점을 세 가지 주요 영역에서 제공한다는 점을 기억하십시오. 이 세 가지 영역은 다음과 같습니다.
이 백서의 나머지 부분에서는 GPIB 컨트롤러 하드웨어의 세 가지 중요한 영역에 중점을 두고 각각의 명확한 이점을 제공하는 NI GPIB 하드웨어 및 소프트웨어의 특정 기능을 분석할 것입니다. 또한 우리는 타사 GPIB 하드웨어 제품과 비교를 제공하고 시간과 비용 측면에서 NI 솔루션의 장점을 살펴볼 것입니다.
계속 진행하기 전에, 이 세 영역 각각을 별도로 논의하지만 완전히 나눌 수는 없다는 점에 유의하는 것이 매우 중요합니다. 예를 들어, 드라이버가 높은 신뢰성과 견고성을 제공하려면 성능에 부정적인 영향을 줄 수 있는 추가 내부 오버헤드가 발생할 수 있습니다. 최고의 GPIB 소프트웨어 및 하드웨어 조합을 갖추려면 성능, 신뢰성 및 생산성 면에서 최적의 조합을 제공하는 기능의 섬세한 균형이 필요합니다.
GPIB 하드웨어의 전체 성능을 판단할 때 가장 확실한 사양은 보드의 정격 처리량입니다. 예를 들어 보드의 최대 처리량은 700kB/s, 1.5MB/s 또는 8MB/s일 수 있습니다. 하지만 이 등급 외에도 살펴보아야 할 몇 가지 다른 중요한 요소를 지금부터 자세히 살펴봅시다. 이러한 요소는 두 가지 영역으로 결합될 수 있습니다. 바로 1) 하드웨어 속도와 2) 드라이버 속도입니다.
보드의 최대 처리량 등급은 보드가 GPIB를 통해 데이터를 전송할 수 있는 가장 빠른 처리량을 나타내기 때문에 매우 중요합니다. 전송 속도가 빠를수록 더 짧은 시간 동안 더 많은 데이터를 전송할 수 있습니다. 이는 제품 테스트 시간을 몇 밀리초 줄이면 상당한 비용 절감을 가져올 수 있는 생산 테스트 환경에서 매우 중요할 수 있습니다. GPIB 보드가 다양한 전송 크기에서 데이터를 얼마나 빨리 전송할 수 있는지 살펴보는 것도 중요합니다. 예를 들어, 보드가 작은 데이터 블록과 큰 데이터 블록을 사용할 때 똑같이 잘 작동합니까? 다양한 데이터 전송 블록 크기에 대해 보드의 처리량 응답이 얼마나 일관성이 있습니까? 그림 1은 다양한 데이터 블록 크기에 대한 NI PCI-GPIB의 성능을 보여줍니다.
차트에서 볼 수 있듯이 최대 NI PCI-GPIB 전송 속도는 1.5MB/s 이상이며 상당히 일반적인 500B의 전송 블록일 때 1MB/s 이상에 도달합니다. 또한 500B 미만의 전송 블록 크기에서도 보드는 여전히 매우 잘 작동합니다.
NI는 맞춤형으로 설계된 GPIB ASIC에 의존하여 이러한 성능 향상을 달성합니다. 1997년부터 설계된 모든 NI 하드웨어는 NI TNT GPIB ASIC을 사용했습니다. IEEE 488.2 컨트롤러/토커/리스너 기능을 수행하는 데 필요한 맞춤형 NAT4882 회로 외에도 NI TNT ASIC은 Turbo488 성능 향상 코어뿐 아니라 필요한 GPIB 트랜시버를 갖추고 있습니다. 또한 NI TNT ASIC에는 온보드 FIFO가 포함되어 있으며 DMA 전송이 가능하여 GPIB 전송이 진행되는 동안 PC가 다른 작업에 집중할 수 있기 때문에 CPU 시간을 절약할 수 있습니다.
대조적으로, 다른 많은 GPIB 공급업체는 FPGA에서 GPIB 기능을 사용합니다. 그러나 FPGA에는 NI TNT ASIC에 있는 성능 향상 기능이 없습니다. 또한 많은 저가 보드는 DMA를 지원하지 않고 온보드 FIFO를 포함하지 않기 때문에 하드웨어 속도가 좋지 않습니다.
NI TNT ASIC은 또한 성능을 향상시키는 추가 기능도 제공합니다. NI TNT ASIC은 IEEE 488.1 T1 지연 시간을 정확히 준수하여 계측기에 의해 데이터가 손실되지 않고 전송이 가능한 한 효율적으로 되도록 합니다. 또한 NI TNT ASIC은 핸드셰이킹 신호에 매우 빠른 응답 시간을 제공합니다. 마지막으로, NI TNT ASIC은 IEEE 표준 488.1-2003에 의해 정의된 고속 핸드셰이킹 프로토콜인 HS488을 지원합니다. HS488 프로토콜은 최대 8MB/s로 데이터 처리 속도를 정의합니다. 사용자는 NI GPIB 컨트롤러를 HS488 지원 계측기에 연결하면 HS488을 활용할 수 있습니다.
NI PCI-GPIB의 하드웨어 성능을 다른 제공업체의 PCI 기반 GPIB 컨트롤러와 비교하면 NI의 장점이 명확하게 나타납니다. 제조업체가 평가한 성능 외에도, 테스트 중인 장치에 프로그래밍 가능한 전자 부하를 로드하고 그 응답을 오실로스코프가 읽는 테스트를 준비했습니다. 이 계측기들은 매우 간단한 소프트웨어 어플리케이션에 의해 제어되었습니다. 이 어플리케이션은 유연했으며 작은 블록, 큰 블록 및 둘의 조합으로 계측기와 데이터를 주고받을 수 있었습니다. 이렇게 NI GPIB 하드웨어와 보급형 GPIB 보드의 성능을 비교한 결과, 보드에 따라 5~30%의 성능 향상이 달성될 수 있음을 보였습니다. 이것은 상당한 장점입니다. 예를 들어, 10시간 교대조, 장치당 테스트 시간 20초를 5~30% 향상하면 110~820개의 추가 장치를 테스트할 수 있습니다. 주 5일 근무라면 이 이점은 570~4120개의 추가 장치 테스트로 귀결됩니다.
하드웨어 속도가 GPIB 보드의 전체 성능을 결정하는 가장 중요한 요소일지도 모르지만, 드라이버 속도는 보드의 전반적 동작에서 또 다른 중요한 측면입니다. 드라이버 아키텍처가 얼마나 잘 설계되었는지에 따라 GPIB 데이터 전송, GPIB 버스 관리 호출, 오류 처리를 비롯한 다양한 유형의 GPIB 호출 처리가 얼마나 효율적인지 결정됩니다.
드라이버가 처리하는 중요한 작업 중 하나는 시리얼 폴링입니다. GPIB 표준에 따르면 컨트롤러가 GPIB 버스의 모든 장치를 폴링하고 서비스를 요청한 장치를 결정하는 시리얼 폴링을 수행할 수 있어야 합니다. 어플리케이션은 버스에서 서비스가 필요한 장치를 결정하기 위해 시리얼 폴링에 어느 정도 실행 시간을 할당해야 합니다. NI-488.2 드라이버는 이를 매우 효율적인 방식으로 구현하며, 또한 드라이버가 백그라운드에서 직렬 폴링을 수행하여 어플리케이션 및 프로세서 유휴 시간을 활용하는 자동 폴링 메커니즘을 제공합니다. 자동 폴링은 PC 리소스를 보다 효율적으로 사용할 뿐만 아니라 자동 폴링을 수행하지 않은 경우보다 드라이버가 훨씬 빠르게 서비스 요청을 감지하고 응답할 수 있게 합니다.
폴링 외에 중요한 점으로, 드라이버는 동기 및 비동기 전송이 가능해야 합니다. 데이터를 비동기식으로 전송하는 기능을 통해 계측기 제어 어플리케이션은 PC 프로세서 시간을 다른 작업에 할애할 수 있습니다. 예를 들어, 한 어플리케이션이 GPIB 전송을 담당하는 루프와 다른 분석 또는 사용자 인터페이스 작업을 수행할 수 있는 루프의 두 개의 동시 루프를 가질 수 있습니다.
마지막으로, NI GPIB 드라이버 API는 사실상 업계 표준이므로, 저가형 GPIB 제공업체는 일반적으로 자사 드라이버의 래퍼 형태로 NI 드라이버로의 요청에 응답하는 드라이버를 공급합니다. 이같은 드라이버 개발자들은 NI 드라이버의 내부 아키텍처 및 복합성에 대해 모르기 때문에 드라이버의 성능을 최적화할 수 없습니다. 이 때문에 래퍼 드라이버의 성능은 좋지 않습니다. 또한 드라이버 개발자들은 NI 드라이버에 있는 모든 기능에 대한 래퍼를 제공하지 않으므로 몇몇 어플리케이션에서는 사용할 수 없는 기능이 있기 마련입니다.
GPIB 솔루션을 선택할 때 두 번째로 중요한 요소는 신뢰성으로, 이는 하드웨어 신뢰성에 국한되지 않고 소프트웨어 신뢰성과 공급업체 신뢰성까지 확장되는 개념입니다.
고신뢰도 하드웨어를 이용하는 것은 일반적으로 비용 절감으로 직결되기 때문에 매우 중요합니다. 하드웨어의 신뢰성이 높고 문제 없이 작동한다면 다운타임 비용과 하드웨어 변경 및 시스템 재검증 비용을 피할 수 있습니다. NI는 GPIB 하드웨어의 신뢰성을 보장하기 위해 많은 노력을 기울이고 있습니다. 이를 보장하는 데 도움이 되는 몇 가지 사항은 다음과 같습니다.
신뢰성 있는 소프트웨어를 사용하면 GPIB 어플리케이션을 개발 및 배포할 수 있는 시스템 범위를 늘릴 수 있을 뿐만 아니라 최소 다운타임 시간이 보장됩니다. NI-488.2 드라이버 소프트웨어는 모든 기능을 갖추고 있으며 수년간의 개발을 통해 발전해 왔습니다. 예를 들어, NI-488.2를 사용하면 멀티스레드 어플리케이션과 멀티프로세서 또는 하이퍼스레드 시스템에서 실행되도록 작성된 어플리케이션을 개발할 수 있습니다. 드라이버는 신뢰도 높고 중단 없는 사용을 보장하기 위해 이러한 유형의 시스템에서 철저히 테스트되었습니다.
마지막으로, GPIB 공급업체가 어플리케이션의 전반적인 신뢰성에서 중요한 역할을 할 수 있습니다. NI는 30년 이상 GPIB 제품을 제조해 왔습니다. NI는 이러한 제품을 만드는 데 있어 뛰어난 전문 지식을 보유하고 있으며 오래된 인터페이스를 지원하고 20년 동안 동일한 호환 API를 제공하는 데 있어 오랜 실적을 보유하고 있습니다. NI는 또한 ISO 9001:2000 인증을 획득하여 내부 프로세스가 업계 표준을 충족하고 제품의 품질과 신뢰성을 더욱 보장합니다.
성능 및 신뢰성 외에도 검토해야 할 매우 중요한 요소는 생산성입니다. 생산성은 개발 시뿐만 아니라 시스템 및 어플리케이션 유지보수 시에도 극대화될 수 있습니다. 생산성은 모든 기능을 갖추고 있고, 사용 가능성이 높으며, 구조적으로 안정적인 드라이버를 사용하여 달성할 수 있습니다.
인스트루먼트 드라이버는 프로그래밍 가능 계측기를 제어하는 소프트웨어 루틴 세트입니다. 인스트루먼트 드라이버는 각 계측기에 대한 프로그래밍 명령을 배울 필요가 없게 하여 계측기 제어를 크게 단순화하고 테스트 프로그램 개발 시간을 줄입니다. NI는 6,500개 이상의 계측기와 300개 이상의 공급업체를 위한 드라이버를 제공합니다. 이러한 인스트루먼트 드라이버는 LabVIEW, LabWindow/CVI 및/또는 Microsoft Visual Studio용으로 작성되었습니다. 이러한 드라이버가 이미 생성되어 무료로 다운로드할 수 있게 제공되므로 셋업 과정에서 생산성이 저하되지 않으며 어플리케이션을 훨씬 빠르게 시작할 수 있을 것입니다.
NI의 GPIB 드라이버인 NI-488.2는 개발 생산성을 높이고 드라이버 사용성을 향상시키는 수많은 기능을 제공합니다. 이러한 기능의 대부분은 NI-488.2에 고유하며 시중에서 판매되는 저가의 GPIB 제품에서는 찾을 수 없습니다.
NI-488.2 Communicator를 사용하면 GPIB 계측기와 간단한 통신을 설정할 수 있는지 확인할 수 있습니다. 이것은 계측기에 명령을 쓰고 응답을 읽을 수 있는 대화형 유틸리티입니다. 이는 NI-488.2 호출 상태에 대한 자세한 정보를 제공하며 이를 사용하여 GPIB 계측기에 대한 간단한 쿼리를 수행하는 샘플 C 소스 코드를 출력할 수 있습니다.
그림 2: NI-488.2 Communicator가 하드웨어 연결을 빠르게 확인
Interactive Control 또는 ibic를 사용하면 GPIB 장비와의 매우 빠르고 보다 발전된 대화식 통신을 사용할 수 있습니다. 이를 이용하면 개발 어플리케이션이나 프로그래밍 언어를 사용하지 않고 GPIB 기능 또는 루틴을 대화식으로 입력하고 실행할 수 있습니다. Interactive Control 유틸리티를 사용하여 GPIB 장비와 성공적으로 통신하면 하드웨어가 프로그래밍 환경과 완전히 통합될 수 있는지 빠르게 확인할 수 있습니다.
그림 3: IBIC로 보다 고급 GPIB 통신이 가능
NI I/O Trace를 사용하면 드라이버 호출을 "추적"할 수 있습니다. 이 기능은 어플리케이션 디버깅에 매우 유용합니다. NI I/O Trace는 모든 디바이스와 보드 레벨 호출을 타임스탬프와 함께 기록합니다. 개발자는 어플리케이션에서 오류 및 타이밍 문제를 쉽고 효율적으로 감지할 수 있습니다. 이 유틸리티는 NI GPIB 디바이스 기능 및 사용성을 더욱더 타 디바이스와 차별화합니다.
그림 4: NI-I/O Trace 캡처의 예
GPIB Analyzer를 사용하면 모든 GPIB 핸드셰이크 신호, 인터페이스 관리 신호 및 데이터 신호를 관찰하여 물리적 버스 활동을 분석할 수 있습니다. 이 기능은 NI I/O Trace만으로는 해결할 수 없는 고급 디버깅에 매우 유용합니다. 또한 버스 타이밍 문제를 훨씬 더 자세히 분석할 수 있습니다. GPIB Analyzer 소프트웨어는 NI GPIB Anaylzer 보드(PCI-GPIB+)에서만 사용할 수 있습니다. 다른 GPIB 공급업체 중 유사한 기능을 제공하는 업체는 없습니다.
그림 5: PCI-GPIB+를 사용한 GPIB Analyzer 활성 캡처
NI 제품과의 통합 - NI-488.2는 LabVIEW, LabWindows/CVI, Microsoft Visual Studio용 Measurement Studio, Measurement & Automation Explorer(MAX)를 포함한 다른 NI 제품과 매우 잘 통합됩니다. 일부 GPIB 공급업체는 NI-488.2 드라이버용 드라이버 래퍼를 제공하지만 이러한 드라이버는 일반적으로 불완전하고 LabVIEW에서만 작동하며 MAX에 있는 구성 및 디버깅 유틸리티를 하나도 제공하지 않습니다.
NI-488.2 드라이버는 또한 최상의 구조적인 안정성을 제공함으로써 생산성 증대에 일조합니다. 드라이버와 드라이버 아키텍처가 매우 안정적이기 때문에, 새로운 인터페이스나 OS로 업그레이드할 때 어플리케이션을 다시 작성하고 디버깅하는데 시간을 낭비할 필요가 없습니다. 다음은 구조적인 안정에 기여하는 세부적인 기능입니다.
이 문서는 NI의 GPIB 하드웨어 및 소프트웨어를 사용하여 얻을 수 있는 이점에 대해 간략히 설명합니다. NI GPIB 하드웨어 및 소프트웨어 제품은 향상된 성능, 높은 신뢰성, 향상된 생산성을 제공합니다. 성능 향상은 처리량을 극대화하는 최첨단 하드웨어와 고도로 최적화된 소프트웨어를 통해 달성됩니다. NI GPIB 제품은 30년 이상 GPIB 공급업체로서 안정적인 하드웨어와 소프트웨어를 통해 높은 신뢰성을 제공해왔습니다. 쉽고 효과적인 개발 및 디버깅 도구와 안정적인 소프트웨어 아키텍처를 사용하여 생산성을 높일 수 있습니다.
NI GPIB 제품은 이러한 이점을 제공하여 제품을 보다 빠르고 효율적으로 설계, 개발 및 테스트할 수 있도록 지원합니다. 이러한 장점으로 인한 작은 점진적 이점도 시간이 지남에 따라 시간과 비용면에서 매우 큰 절감 효과를 가져올 수 있습니다.
1Windows 2000/XP용 NI-488.2 버전 2.3 및 이후 버전에서 한국어, 중국어 간체 및 중국어 번체 현지화를 사용할 수 있습니다. 현재 일본어 현지화를 사용할 수 있습니다.
Linux®는 미국 및 기타 국가에서 Linus Torvalds의 등록 상표입니다.
LabWindows 상표는 Microsoft Corporation의 라이센스 하에 사용되고 있습니다. Windows는 미국 및 기타 국가에 등록된 Microsoft Corporation의 등록 상표입니다.