原创 虚拟仪器硬件问题

虚拟仪器软件运行于什么硬件I/O和平台？

    I/O在虚拟仪器中发挥着重要作用。为了加速测试、控制和设计，I/O硬件必须快速适应新的观念和产品。虚拟仪器以在可扩展的硬件平台里的模块化的形式提供了这种能力。

    NI模块化I/O涵盖了各种不同的I/O类型，因此工程师和科学家可以在众多种类中选择I/O，包括模拟、数字、计数/计时、图像和运动。模块化I/O也包括模块化仪器，例如示波器、仪表、任意波形发生器、LCR仪表等等。利用各种出色的I/O，工程师可以随意选择任意应用程序所要求的I/O类型。细心的工程师确保了这些不同类型的I/O可以无缝地一起工作，这意味着他们可以有效地共享底板和定时资源。

    包含I/O的标准硬件平台对于I/O模块化十分重要。手提和台式电脑提供了一个出色的平台，在这个平台上虚拟仪器可以使用已有的大部分标准，如USB、PCI、以太网和PCMCIA总想。通过使用这些标准总线，NI可以致力于测量硬件革新同时从不可避免的PC平台革新中受益（例如，USB2.0和PCI Express）。

    除了使用标准平台之外，NI作为65个厂商联盟的一部分，极力推动用于虚拟仪器的PXI硬件平台。PXI是一个建立在PC技术之上的模块化I/O标准。它在基于PC的体系结构上增加了集成定时和同步、工业稳定性和增强的通道计数。今天，为PXI平台而创建的1000余种产品正在世界范围内为数以千计的公司使用。

     选择合适的平台来创建虚拟仪器依赖于特定的应用要求。例如，便携性、精确的同步和采集速率都在选择平台时起到作用。

Platform

平台

PXI

PXI

Desktop

台式

Portable

便携式

Compact FieldPoint

Compact FieldPoint

CompactRIO

CompactRIO

Bus

总线

CompactPCI

CompactPCI

PCI

PCI

USB, PCMCIA, IEEE 1394 (FireWire)

USB, PCMCIA, IEEE 1394 （火线）

Ethernet, serial, wireless, Fieldbus

以太网、串行总线、无线、Fieldbus

Ethernet, serial, CAN

以太网、串行总线、CAN总线

Sampling rate

采样速率

Resolution

分辨率?

Channel capacity

通道容量

Portability

便携性?

Real-time control

实时控制?

Triggering and synchronization

触发和同步?

Ruggedness

稳定性?

? Best? ? Better ??Good?

最优 优良 良好

表2.NI硬件平台比较

新的总线技术如USB 2.0和PCI Express如何提高虚拟仪器的性能？

    与传统仪器相比，虚拟仪器利用了商业上可得的计算机技术进步来以更低的代价进行更快的、更高性能的测量。其中的一个例子就是利用PC数据总线。在仪器通信接口如串口和GPIB数十年几乎保持不变的时候，新的PC总线在带宽和易用性上提供了巨大的提高。从20世纪60年代中期开始，根据摩尔定律，PC处理能力几乎每18个月翻一番。现在，数据总线如PCI Express和USB 2.0正在速度上进行相似的跳跃。良好的虚拟仪器软件利用了这些最新的技术同时将对虚拟仪器应用的影响最小化。

   32位、33MHz的PCI总线所提供的132MB/s的带宽仍然存在于大多数台式PC，这正好与10年前的插入式外设形成对照，但是现在可以被单一的设备所垄断，例如串行ATA驱动器。而且1G网卡—1000mb/s—使用了大约95%的可从PCI总线获得的带宽。PCI总线体系结构要求总线上所有的设备共享可得的132MB/s的带宽，因此高带宽设备如串行ATA驱动器和1G网卡将抑制PCI总线上的其他设备。为了弥补这些局限，一个成为PCI Express的新串行总线近来开始应用在新PC上。PCI Express保持了与PCI的软件兼容性，但是用高速（2.5Gb/s）的串行总线替代了物理总线。数据在被成为“信道”的发射和接收信号对以数据包的形式传送，具有大约单向每信道200MB/s的带宽。多信道可以结合在一起构成x1（乘1）、x2、x4和 x8的信道带宽，而且与总线上所有设备共享带宽的PCI不同，这个带宽是提供给系统中每个设备的。PCI Express给虚拟仪器带来的益处是显而易见的。插入式设备如数据采集设备和抓帧器可以利用提高的带宽来实现更快的采集和更高的吞吐量，而且多系统设备可从有保障的带宽可用性中受益。

图1.PC总线技术的发展

    现已作为所有新的台式和便携式PC上标准的USB 2.0也为虚拟仪器提供了显著的益处。最初时为诸如键盘和鼠标等外设与PC的连接而创建的USB迅速地成为普遍的标准，用来向PC和电子设备（包括数字照相机、MP3播放器甚至数据采集设备）中发送和接收数据。USB即插即用的特性使得可用性和设备的移动性十分简单。PC在一个新设备插入时自动检测，寻找设备识别，并且适当地配置所需的驱动。此外，USB是热插拔的，所以不同于其他数据总线，在添加或去除设备之前无需关机。与USB 1.1相比，USB 2.0的高速度提高了数据吞吐量，将带宽增加至480Mb/s。

    所有的PC都装有USB 2.0端口，而且PCI Express正在成为一种全新的插入式总线标准。正如Intel、Dell、HP和其他厂商继续开发基于这些技术的系统和组件，规模经济将会继续提高性能并减少成本。虚拟仪器和NI产品将继续利用这些总线技术的发展来提供更低价格但更快速的测试和测量产品。