为您的测量应用选择合适的总线

2014-11-10 10:22:39来源: ck365

概览

NI Labview 2009延续了直观的图形化开发环境以及数据采集硬件与PC总线的无缝集成。面对多种总线上超过200种的不同硬件设备,如何选择一款总线来满足您的应用需求?该白皮书讨论了可供选择的总线,并概述了您在为测量应用选择最佳总线时需要考虑的各种因素。

目录

  1. 在选择最佳总线时您需要回答的五个问题
  2. 最常见总线的选择指南
  3. 数据采集总线概览

在选择最佳总线时您需要回答的五个问题

1.      我将通过该总线传输的数据有多少?

2.      我的单点I/O需求是什么?

3.      我需要实现多台设备的同步么?

4.      该系统应当具有怎样的便携性?

5.      我的测量结果距离我的计算机有多远?

我将通过该总线传输的数据有多少?

所有的PC总线均对于在某个时间段内可以传输的数据量有一定的限制。这被称为总线带宽,通常以每秒兆字节(MB/s)为 表述单位。如果动态波形测量在您的应用中很重要,请必须考虑一种具有足够带宽的总线。

总带宽可以为多台设备间共享或为某台设备专用,这取决于您所选用的总线,例如,PCI总线为计算机上所有PCI设备提供了共享132 MB/s的理论带宽。提供专用带宽的总线,如PCI Epresss和快速PXI Express,实现了每台设备的最大数据吞吐量。

在进行波形测量时,您需要一定的采样率和精度,这基于您的信号频率而确定。您可以通过将每个采样点的字节数(如不满一个字节则进位到一字节)分别与采样率、通道数相乘,计算所要求的最低带宽。

例如,一台16-bit的设备(两个字节),其四路通道的采样率为4 MS/s,有:

 

您的总线带宽需要能够满足正在被采集的信号的速率,而且,重要的是,注意到实际系统的带宽将会低于总线的理论带宽。实际带宽取决于系统中设备的数目和开销带来的任何额外总线流量。若您需要在众多的通道上传输大量的数据,带宽可能是在选择您数据采集总线时最为重要的考虑因素。

我的单点I/O需求是什么?

要求单点读写的应用常常要求I/O数值的一致性与及时性。如果基于总线架构如何在软硬件中实现,单点I/O需求可能会成为您选择总线的决定性因素。

总线时延是I/O的响应特性。它是指驱动程序软件函数被调用时刻与该I/O的实际硬件数值被更新时刻之间的时间延滞。取决于您所选择的总线,该时延范围可能从少于1微妙到数毫秒。

例如,在一个PID控制系统中,该总线时延可能会直接影响控制循环的最大速率。

单点I/O应用中另一个重要因素便是确定性,它用于度量I/O如何一致地执行。与响应特性会发生改变的总线相比,那些在与I/O通信时总是具有相同时延的总线拥有更高的确定性。确定性对于控制应用很重要,因为它直接影响了控制循环的可靠性,而许多控制算法是基于该控制循环将总是以恒定速率执行为前提设计的。任何相对期望速率的偏离都将使得整个控制系统降低效率。

从软件层面来讨论通信总线如何被实现,对于总线时延和确定性有着重要的作用。支持实时操作系统的总线与软件驱动程序将提供最佳的确定性,进而为您提供最高的性能。一般情况下,内部总线,如PCI Epress和PXI Epresss,比外部总线(如USB或无线)更适合低时延的单点I/O应用。

我需要实现多台设备的同步么?

许多测量系统存在复杂的同步需求,无论它是实现数百个通道的同步还是实现多种类型仪器的同步。例如,一个激励响应系统可能会要求输出通道共用同一个采样时钟,使用触发作为输入通道以实现I/O的相关操作,并更好地分析其结果。NI不同总线上的数据采集设备都提供了这一功能。几乎所有的NI数据采集(DAQ)设备都提供对可编程多功能输入(PFI)端的访问(PFI可用于实现时钟与触发信号在不同设备间的路由),以及在NI-DAQmx中通过软件方便地配置这些PFI端口。然而,某些总线拥有额外的、内置的定时与触发线路,以使得多设备的同步尽可能地方便。PCI与PCI Express设备提供了实时系统集成(RTSI)总线,通过此总线,一个台式系统的多只板卡可以在机箱内部直接用导线连接。这样免除了从前面连接端子额外接线,并简化了I/O的连接。

对于多台设备的同步,最佳的总线选择便是PXI平台,包括PXI和PXI Express。该开放性标准特别适合高性能的同步与触发,并对于同一块底板内的I/O模块的同步以及多块底板的同步,具有大量不同的可选方案。

该系统应当具有怎样的便携性?

引入便携式计算为工程师和科学家们提供了新的利用基于PC的数据采集进行创新的方式。便携性对于许多应用都是一项重要的因素,而且可能会轻易地成为选择一种总线而不是另一种总线的主要理由。例如,车载数据采集应用获益于紧凑且方便运输的硬件。外部总线,如USB和以太网,特别适合于便携式数据采集系统,因为其快速的硬件安装和与便携式电脑的兼容性。总线供电的USB设备提供了额外的便利,因为它们不需要提供一个分立的电源供应。采用无线数据传输总线是实现便携性的另一个较好的选择,因为该测量硬件自身变为便携式的,而该计算机仍可放在原有位置。

测量结果距离我的计算机有多远?

您需要进行测量的位置和计算机所处的位置之间的距离,可能会因应用而异。为实现最佳的信号完整性和测量精度,您应当将您的数据采集硬件放置在尽可能靠近信号源的地方。这对于大规模分布式测量(如那些面向结构健康监测或环境监测的应用)可能会成为一项挑战。跨越大桥或工厂地面布置很长的线缆,不仅成本高昂,而且会引入噪声。解决该问题的方法便是利用便携式计算平台将采集系统移至更接近信号源的地方。利用无线技术,计算机与测量硬件之间的有线连接被去除,您可以进行分布式测量并将该数据回传至中央位置。

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关键字:测量  总线  无线技术

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/1110/article_10006.html
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