Na rozdíl od systémů zásuvných desek pro PC obvykle poskytují definované a obecně klidnější (EMI/EMC) prostředí

Transkript

1 Modulární systémy

2 Modulární systémy Jako modulární systémy sběru dat se obvykle označují různé druhy tzv. cardcage systémů obsahující šasi (případně s interním kontrolérem), rozhraní k nadřazenému PC a expanzní sloty pro Vst./Výst. moduly. Na rozdíl od systémů zásuvných desek pro PC obvykle poskytují definované a obecně klidnější (EMI/EMC) prostředí Na rozdíl od desktop přístrojů (DMM, Osciloskopy) jsou moduly obvykle generické a samostatně víceméně nepoužitelné Moduly zahrnují specializované typy pro připojení senzorů a aktuátorů i obecné napěťové VaV. Rovněž se vyskytují moduly interface a komunikační pro připojení podsítí (CAN, Profibus, ) a/nebo pro propojení více šasi do rozsáhlejšího systému

3 Modulární systémy Průmyslové modulární systémy: Kontrolér (typ. PLC) IO moduly (U, I, RTD, TČ, tenzometry, IRC polohové enkodéry, LVDT,, výstupy pro spínání relé, ) Použití: průmyslové řízení a regulace produkčních technologií Laboratorní systémy: Kontrolér (typ. PC) IO moduly (podobně jako u průmyslových) ALE TAKÉ: Přístroje na kartě/modulu (DMM, osciloskopy/digitizéry, generátory, up-/down-convertery, multiplexery, prog. zdroje, ) Použití: Laboratorní výzkum Průmyslové testování v produkčním prostředí (Q.C. výrobků) Předletové testování apod.

4 Modulární systémy Během let několik rozšířených laboratorních standardů: 1987 VXI (VXIbus Consortium) 1991 SCXI pouze úprava signálu 1997 PXI NI CompactDAQ, CompactRIO, CompactFieldPoint 2005 PXI express 2005 LXI (vlastně ne cardcage, ale LAN) 2008 AXIe Příklady viz také: um_sys.pdf

5 VXI varianty mainframe s přístroji Obr.: VTI instruments Obr.: EADS Obr.: Hewlett-Packard / Agilent (horizontal slotted)

6 VXI Motivace k zavedení systému VXI: Komunikace mezi přístroji, precizní synchronizace Omezení nákladů na vývoj SW použitím standardních rozhraní Redukce rozměrů oproti systémům složeným z mnoha desktop přístrojů Systém pro integtraci složitých testovacích sestav s vysokým výkonem (kvalita měřicích modulů) a vysokou prostupností dat (rychlost) Vybavení pro použití ve vojenských systémech Přístroj-na-kartě Implementace nové funkce pomocí virtuálních přístrojů Definice implementace vícemodulových přístrojů Odvozeno od systému MATE (primární uživatel USAF ~1985) a standardu průmyslových počítačů VMEbus HW specifikace: IEEE-1155 (1993), otevřený standard (poslední aktualizace VXI: rev. 4, 2010) SW specifikace (interoperabilita): VXI PnP

7 VXI VME extension for Instrumentation VME: otevřený systém HW základem je VMEbus (IEEE-1014) sběrnice průmyslových počítačů (odvozena z up Motorola 68000) - Adresní a datová sběrnice, handshake, arbitráž; mechanický formát karet (Eurocard size A,B), konektory P1 (event. část P2 pro 32bit adresaci). přenosová rychlost 40 MB/s (později VME64x 320MB/s) VXI: otevřený systém (IEEE-1155) Zpětně kompatibilní s moduly VMEbus, přidány velikosti Eurocard C a D Přidány specifikace a funkce důležité pro měřicí systémy (chybějící ve VMEbus): Chlazení a výkon Rušení (EMC) Synchronizace (obr. National Instruments)

8 VXI Systém 1x VXI subsystém: 13 slotů Slot 0 pro kontrolér a zdroj časování + až 12 modulů v jednom šasi (mainframe), s rezervou se vejde do 19 racku Lze kombinovat více subsystémů dohromady, max. 256 modulů, propojení jednotlivých subsystémů speciálním interfacem nebo GPIB, RS232, Typicky 1 modul = 1 přístroj (V jednom modulu může být více přístrojů, a jeden přístroj může sestávat z více modulů) Každý modul má 64Byte konfiguračních registrů v horní části A16 prostoru, případné další nároky na paměť indikuje v příslušném registru. Po zapnutí napájení resource manager načte konfigurační informace a přidělí další paměťový prostor modulům v A24 nebo A32 prostoru Mechanická specifikace: Eurocard A, B, C (233x340mm (x 1.2in)), D Chlazení: definovány požadavky modulů (určuje kompatibilitu s mainframem) Rušení (EMC): požadavky na moduly (max. vyzářený a vedený šum x min. odolnost) (=>Zlepšení spolehlivosti a interoperability existuje záruka definovaného prostředí)

9 VXI backplane konektory P1: realizuje VMEbus (32 pinů x 3 řady) 16bit nebo 24bit adresy (A16, A24) 8bit nebo 16bit data (D08, D16) Handshake, arbitráž sběrnice, přerušení, napájení P2: (střední řada kontaktů) realizuje pro VMEbus 32bit adresy (A32) a 32bit data (D32) P2 (vnější řady kontaktů) realizují VXI-specifické funkce: 10 MHz ECL clock napájení ECL a analogové ECL a TTL triggery Analogová sumační sběrnice Module identification line (MODID) jen VME Local bus (daisy-chained): propojuje sousední sloty (pro vícemodulové přístroje použití např. jako interní analogová sběrnice, nebo sériové datové propojení více sousedících DSP) P3: další VXI funkce (pro typy modulů vyšších výkonů) 100 MHz Clock a Sync. Další napájení, další ECL triggery, další Local bus Star trigger precizní ECL hvězdicová sběrnice s propojovací ústřednou ve Slot 0 (zpoždění nezáleží na slotu)

10 VXI Local Bus (obr. Tektronix-CDS) MODID (module id) identifikace jednotlivých modulů ve slotech Clock & Sync 10 MHz clock, 100 MHz clock, 100 MHz Sync (Slot 0 -> Slot 1-12) Star Bus rychlá sběrnice s hvězdicovou topologií např. pro šíření ext. hodin z DUT, start-stop signálu, apod. Trigger Bus 8x TTL TRG + 6x ECL TRG Sum Bus analogová sčítací sběrnice (např. sečte signály ze 3 arb. generátorů do složitějšího průběhu pro 4.modul)

11 Příklad VXI kontroléru Intel 2.16 GHz Dual-Core VXI Embedded Controller Ethernet, USB, GPIB VXI Slot 0 Resource Manager OS: WinXP, Vista, Win7 (32bit) (National Instruments 2013, cca 300 kkč)

12 VXI přístroje - příklady Arbitrary Waveform Generator 12-bit, 40 MSa/s, four 16k-deep arbitrary waveforms 100 MSa/s Digitizer with DSP 0-40 MHz input BW, 18MB RAM FIFO 6.5 digit DMM (4.5 1kSa/s) 8-chan. DAQ 16-bit 5MSa/s /chan. 16 Msa RAM /chan. 64-chan. muxed to 16- bit 100KHz A/D 64 ksample dual-ported FIFO (Agilent) (Agilent) (Agilent) (Spectral Dynamics) (VTI instruments)

13 VXI kontroléry a MXI rozhraní Zabudovaný kontrolér (průmyslové PC ve VXI), připojeny běžné periferie (monitor, kb) + nejrychlejší prostupnost dat - drahé, jednoúčelové PC, rychle zastarávající Externí kontrolér (kancelářské PC) + levné PC, snadná obměna - pomalejší prostupnost dat MXI sběrnicí (asi 20MB/s) Alternativa: MXI=Multisystem extension Bus (National Instruments 1989) (obr. KineticSystems) Propojení více zabudovaných kontrolérů sítí LAN

14 VXI-MXI2 pro PCI sběrnici VXI-USB kontolér Prostupnost: 33 MB/s burst; 14.5 MB/s ustálená Prostupnost: 33 MB/s ustálená (obr. National Instruments)

15 PCI-MXI2 (obr. National Instruments)

16 VXI programování a registry Třídy přístrojů: Register based nejzákladnější ovládání (zápis/čtení registrů) Message based Word serial protocol emuluje přenos zpráv podobně jako v GPIB Memory devices Extended devices (obr. National Instruments)

17 Programování VXI pomocí VISA register-based devices: message-based devices (pomocí Word Serial Protocol): viread()/viwrite() viprintf()/viscanf() vivxicommandquery() message-based devices většinou podporují SCPI