PXI: La Plataforma Industrial Estándar para Instrumentación

Bienvenido a la Guía de Desarrolladores para Diseño de Sistemas de Prueba de la Próxima Generación. Esta guía es una colección de notas técnicas diseñadas para ayudarle a desarrollar sistemas de pruebas que le ayudarán a reducir sus costos, incrementar la capacidad de su línea, y que pueden crecer y actualizarse con requerimientos futuros. Esta nota técnica describe la plataforma PXI a detalle.

Introducción

PXI (por sus siglas en inglés, PCI eXtensions for Instrumentation) es una plataforma robusta basada en PCs para sistemas de medición y automatización. PXI combina las características eléctricas del bus PCI con la forma modular y robusta tipo Eurocard de CompactPCI, y agrega buses de sincronización especializados y características claves en el software. PXI es una plataforma de alto desempeño y bajo costo para implementar sistemas de medición y automatización. Estos sistemas se utilizan en aplicaciones como las pruebas en manufactura, militar y aeroespacial, monitoreo de máquinas y pruebas industriales.

Desarrollado en 1997 y lanzado en 1998, el PXI se introdujo como un estándar industrial abierto para cubrir la creciente demanda de los sistemas complejos de instrumentación. Hoy en día, PXI está gobernado por la Alianza de Sistemas PXI (PXISA), un grupo de más de 70 compañías enfocadas a promover el estándar PXI, asegurar la interoperabilidad, y mantener la especificación de PXI. Para mayores informes referentes a la PXISA, incluyendo la especificación PXI, visite www.pxisa.org.

Arquitectura del Hardware

Los sistemas PXI están compuestos de tres componentes básicos - chasis, controlador del sistema, y módulos periféricos.

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Figura 1. Un chasis PXI estándar de 8 ranuras contiene un controlador embebido y siete módulos periféricos.

Chasis PXI
El chasis PXI proporciona un paquete modular y robusto para el sistema. El chasis está disponible tanto en tamaños 3U y 6U, generalmente tiene desde 4 a 18 ranuras, y está disponible con características especiales como fuente de poder de DC y acondicionamiento de señales integrado. El chasis incluye el plano trasero PXI de alto desempeño, el cual incluye el bus PCI y los buses de tiempo y disparos. Son estos buses de control de tiempos y disparos los que permite a los usuarios desarrollar sistemas para aplicaciones que requieren de una sincronización precisa.

Controladores PXI
Como se definió por la especificación de hardware para PXI, todos los chasis PXI contienen una ranura para el controlador del sistema localizada en la parte izquierda del chasis (ranura 1). Las opciones para el controlador incluyen controladores remotos desde una computadora de escritorio, estación de trabajo o laptop, y controladores de alto desempeño son sistemas operativos de propósito general como Windows 2000/XP o en tiempo real (LabVIEW Real-Time)

Controladores Remotos PXI
Existen dos tipos de controladores remotos PXI:

• Control para PXI desde laptop
• Control para PXI desde PC

Control para PXI desde laptop
Con las interfaces MXI (Measurement eXtensions for Instrumentation) para ExpressCard y CardBus para PCMCIA, los usuarios pueden controlar los sistemas PXI directamente desde computadoras portátiles. Durante el encendido, la computadora portátil reconocerá todos los módulos periféricos en el sistema PXI como si fueran dispositivos PCI. Con el uso de MXI ExpressCard, usted puede controlar su sistema PXI con un tasas de trasnferencia sostenidas de hasta 214 MB/s.

Interfaz MXI ExpressCard

Interfaz PCMCIA CardBus
Figura 2. Control para PXI desde Laptop

Los usuarios pueden aprovechar ahora las ventajas de los sistemas PXI con control desde laptops para aplicaciones móviles como pruebas de campo, registro de datos en-vehículo, NVH y NDT. Usted puede adquirir cualquier tarjeta MXI ExpressCard para laptop o PCMCIA CardBus para laptop para controlar de forma remota su sistema PXI. Para mayores informes, refiérase a control para PXI desde laptop.

Control para PXI desde PC
Con lasa interfaces por MXI-Express y MXI-4, los usuarios pueden controlar los sistemas PXI directamente desde una PC, estación de trabajo o servidor. Durante la inicialización, la computadora reconocerá todos los módulos periféricos en el sistema PXI como dispositivos PCI.

Figura 3. El control remoto con 2 puertos MXI-Express proporciona un control simultáneo de dos chasis PXI con transferencias combinadas de 160 MB/s.

Con el uso del MXI-Express usted puede controlar su sistema PXI son una tasa de transferencia sostenida de hasta 832 MB/s. Con la interfaz MXI-Express de 2 puertos, los usuarios pueden controlar simultáneamente 2 sistemas PXI de una sola PC.

Figura 4. Control remoto con MXI-4 proporciona control de PXI desde la PC, así como sistemas PXI de múltiples chasis.

La interfaz MXI-4 viene con conexiones por cobre o fibra óptica de bajo costo tanto para grandes distancias como para aislamiento eléctrico. Como se muestra en la Figura 4, usted puede construir sistemas PXI de múltiples chasis con MXI-4 para aplicaciones de gran número de canales. Con una conexión por MXI-4, usted puede implementar una topología tipo estrella o encadenados para construir sistemas de múltiples chasis. Para mayores informes sobre para configuraciones de chasis múltiple, refiérase al manual del usuario de la serie MXI-4. Usted puede adquirir cualquier computadora de escritorio, estación de trabajo o servidor y controlar de forma remota su sistema PXI ya sea con MXI-Express o conexión MXI-4 por cobre / fibra óptica. Para mayores informes, refiérase por favor al control para PXI desde PC.

Con los controladores remotos PXI, usted puede maximizar el desempeño de su procesador con costos mínimos al utilizar una computadora de escritorio o portátil para controlar de manera remota un sistema PXI. Debido a que todos los productos a control remoto son transparentes al software, no se requiere de programación adicional.

Controladores Embebidos PXI
Los controladores embebidos eliminan la necesidad de una PC externa, por tanto, proporciona un sistema completo contenido en el chasis PXI. Los controladores embebidos PXI están construidos típicamente con componentes estándares de PC en un paquete PXI pequeño. Por ejemplo, el controlador NI PXI-8105tiene un procesador dual-core Intel Core Duo T2500 de 2.0 GHz, con capacidad de hasta 2 GB de RAM DDR2, un disco duro y puertos periféricos de PC estándares como puertos ExpressCard, Hi-Speed USB, Ethernet, serial, paralelo y GPIB. Existen dos tipos de controladores embebidos PXI

• Controladores Embebidos PXI con Windows
• Controladores Embebidos PXI en Tiempo Real

Controladores Embebidos PXI con Windows:

Los controladores embebidos PXI con Windowsvienen con características de PC estándares como el CPU, disco duro, RAM, Ethernet, video, teclado / ratón , serial, USB y otros periféricos, así como Microsoft Windows y todos los controladores de software ya instalados. Debido a que los controladores cuentan con Microsoft Windows, la experiencia del usuario no es tan diferente a una computadora de escritorio o portátil. Tiene software de aplicación similar al de su computadora portátil o de escritorio como Microsoft Office Word, Excel, y PowerPoint.

Controladores Embebidos PXI en Tiempo Real:

Los controladores embebidos PXI en tiempo realtambién vienen con características estándares de una PC además de el SO en tiempo real como LabVIEW Real-Time o VxWorks para proporcionar E/S confiables, determinísticas y en tiempo real para medición, automatización y control. Debido a que los controladores PXI de la Serie RT son configurados y programados por Ethernet, usted puede distribuir aplicaciones en tiempo real a través de la red y monitorearlas remotamente. Estos controladores están diseñados para aplicaciones que requieren determinismo y desempeño confiable y que pueden ejecutarse de manera autónoma (i.e. sin teclado, ratón o monitor).

Figura 5. Controlador embebido dual-core NI PXI-8105 de 2.0 GHz. Vea los puertos periféricos de una PC como el teclado/ratón y monitor, así como el disco duro, USB, Ethernet, serial, ExpressCard y otros periféricos estándar. Este controlador ejecuta sistemas operativos estándar como Windows 2000/XP o LabVIEW Real-Time.

Los controladores embebidos son ideales para sistemas portátiles y aplicaciones contenidas en “una caja” donde el chasis es transportado de una localidad a otra. Para mayores informes, refiérase a los controladores PXI.

Módulos Periféricos PXI
National Instruments ofrece más de 100 módulos PXI diferentes, y debido a que PXI es un estándar abierto para la industria, cerca de 1,200 productos están disponibles de los más de 70 miembros de la Alianza de Sistemas PXI.

 

Entrada y Salida Analógica Boundary Scan Interfaz de Bus y Comunicación Carriers Entrada y Salida Digital Procesamiento Digital de Señales Pruebas Funcionales y Diagnóstico Adquisición de Imágenes

Tarjetas con Prototipos Instrumentos Control de Movimiento Fuentes de Poder Dispositivos Receptores de Interconexión Conmutadores Control de Tiempos RF y Comunicaciones

Debido a que PXI es directamente compatible con CompactPCI, puede utilizar cualquier módulo CompactPCI 3U en un sistema PXI. Una lista por categoría de módulos ofrecidos por National Instruments y nuestros socios de productos PXI está disponible en ni.com/pxi.

PXI también preserva su inversión actual en instrumentos de caja o sistemas VXI al proporcionar software y hardware estándar para comunicar estos sistemas. Por ejemplo, crear interfaces desde un sistema PXI con un módulo PXI-GPIB a instrumentación GPIB no es muy diferente a como se haría con el módulo PCI-GPIB. El software es idéntico. Adicionalmente, existen diferentes métodos para construir sistemas híbridos que comunican PXI, USB, LAN/LXI, VXI e instrumentos de caja. Para mayores informes, refiérase a la nota técnica sobre integración de LXI, USB, PXI Express, y otros estándares en sistemas híbridos de pruebas.

Arquitectura del Software

Debido a que el hardware PXI se basa en las tecnologías estándar de PC, como el bus PCI, CPUs y periféricos, la arquitectura estándar de software de Windows es también familiar a los usuarios. El desarrollo y operación de los sistemas PXI basados en Windows no es muy diferente a lo que se haría en una PC. Adicionalmente, debido a que el plano trasero PXI utiliza el bus PCI/PCI Express, la escritura de software para comunicarse con los dispositivos PXI es, en muchos casos, idéntico a los dispositivos PCI. Por ejemplo, el software para comunicarse con el modulo de adquisición de datos multifunción NI PXI-6251 es idéntico al de una tarjeta PCI-6251 en una PC. Por tanto, el software de aplicación existente, código ejemplo, y técnicas de programación no tienen por qué rescribirse al mover el software entre sistemas basados en PC y PXI.

Figura 6. Dos formas físicas diferentes – un software estándar. En software, la comunicación con un modulo PXI (inferior) es idéntica a aquélla con una tarjeta PCI (superior).

Como alternativa a los sistemas basados en Windows, usted puede utilizar una arquitectura de software en tiempo real para aplicaciones donde el tiempo es crítico, requiriendo de iteraciones determinísticas y operación autónoma (sin teclado, ratón o monitor). Para obtener información adicional sobre el uso de LabVIEW Real-Time con los sistemas PXI, visite www.ni.com/realtime.

PXI – Plataforma Industrial Estándar

Cada bus es único y tiene sus ventajas. Por ejemplo, USB es excelente para una fácil conectividad a la computadora de escritorio; LAN/Ethernet se ajusta perfectamente a los sistemas distribuidos; y PCI y PCI Express proporcionan alto desempeño para aplicaciones tipo ATE. Para aplicaciones que demandan una solución modular, los usuarios deben esperar una reducción en costos y tamaño a través de un chasis compartido, plano trasero y procesador; mayor procesamiento a través de una conexión de alta velocidad al procesador; y mayor flexibilidad y longevidad a través del software definido por el usuario.

PXI, basado en PCI y PCI Express, es el estándar para pruebas y medición de mayor crecimiento desde GPIB. PXI satisface mejor las demandas de instrumentación modular ahora y en el futuro, con más de 70 vendedores en la Alianza de Sistemas PXI, más de 1,200 productos disponibles hoy día, y un crecimiento anual de 25 por ciento proyectado hasta el 2011 (Frost y Sullivan, 2005). Primordialmente, todos los instrumentos en un sistema PXI comparten la misma fuente de poder, chasis y controlador. Alternativas diferentes duplican la fuente de poder, el chasis y/o controlador para cada instrumento, agregando costo y tamaño y disminuyendo la confiabilidad. Con el PXI, el controlador puede ser un controladores embebido, una PC de escritorio, laptop, o servidor. Cuando requiera de mayor procesamiento, puede fácilmente actualizar el controlador del sistema PXI. reutilizar equipo existente, puede utilizar PXI para controlar instrumentos USB, GPIB, LAN/LXI, serial, y VXI.

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Figura 7. PCI y PCI Express proporcionan el mayor ancho de banda y menor latencia, disminuyendo el tiempo de pruebas y entregando flexibilidad y longevidad a través del software definido por el usuario.

Los instrumentos modulares requieren de un bus con mayor ancho de banda y baja latencia para conectarse al procesador compartido para desempeñar mediciones definidas por el usuario. PXI satisface estas necesidades con un ancho de banda de hasta 2 GB/s para cada ranura. Tome un sistema de adquisición modular RF por ejemplo. PXI puede transferir dos canales de 100 MS/s, con datos IF de 16 bits directamente a un procesador para su cómputo. Ni LAN o USB pueden cubrir estos requerimientos, así que estos instrumentos siempre incluyen un procesador embebido definido por el vendedor. Es por ello que estándares con un gran ancho de banda como PXI proporcionan una solución real definida en software requerida para la instrumentación modular.

¿Por qué los Clientes Eligen PXI?

Mayor Procesamiento
Cada aplicación es única y tiene necesidades muy específicas. Sin embargo, el ancho de banda y latencia son dos atributos muy importantes para muchas aplicaciones. La latencia tiende a dominar operaciones en un solo punto, como mediciones desde multímetros digitales o escaneo de conmutadores, y el ancho de banda tiende a dominar las aplicaciones de transferencia de datos, como estímulo/respuesta con formas de onda. PXI proporciona alta velocidad para un amplio rango de aplicaciones mediante un gran ancho de banda y baja latencia vía el bus PCI/PCI Express como se muestra en la figura 7.

Tiempo y Sincronización
Muchas aplicaciones de medición y automatización requieren capacidades de tiempo y sincronización avanzadas que no se pueden implementar directamente a través de los buses estándares de E/S de PC como PCI/PCI Express, Ethernet/LAN, USB, y más. PXI ofrece características de tiempo y sincronización avanzadas para satisfacer las necesidades de su aplicación:

• Reloj de referencia del sistema diferencial de 100 MHz
• Señal de reloj diferencial de 10 MHz
• Bus de disparo estrella con pistas físicas de similar longitud para minimizar retrasos y desfases entre módulos
• Bus de disparo para enviar y recibir señales de tiempo y sincronización de alta velocidad
• Señales diferenciales para sincronización de múltiples chasis

Confiabilidad del Sistema
La especificación PXI define requerimientos que hacen a los sistemas PXI perfectos para ambientes extremos. PXI cuenta con conectores IEC (Internacional Electrotechnical Commission) de alto desempeño y el empacado robusto Eurocard usado por CompactPCI. La especificación PXI también define requerimientos específicos de enfriamiento y ambientación para asegurar la operación en ambientes industriales. La modularidad hace fácil la configuración, modificación de configuración, y reparación de sus sistemas PXI, resultando en un tiempo promedio de reparación muy bajo (MTTR). Debido a que PXI es modular, usted puede actualizar los módulos individuales y componentes sin reemplazar el sistema entero.

Menores Costos del Sistema
Debido a que el PXI es una plataforma basada en PC, ofrece instrumentación de alta precisión, sincronización y características de tiempo a un precio razonable. El bajo costo de los componentes de PC es sólo el comienzo de los ahorros que logra al utilizar el PXI. Con PXI, usted utiliza el mismo SO y software de aplicación como el MS Excel y Word en su oficina y en el piso de producción. La familiaridad con el software elimina costos de entrenamiento y la necesidad de capacitar nuevamente al personal cada vez que implementa un sistema nuevo. Debido a que las bases de PXI es la tecnología de PCs, se beneficia de componentes de bajo costo, software familiar y re-uso del sistema.

Expansión de la Plataforma PXI - PXI Express

La tecnología PXI Express es la adición más actual a la plataforma PXI. La especificación de PXI Express integra las señales de PCI Express al estándar de PXI, lo cual incrementa el ancho de banda del plano trasero de 132 MB/s a 6 GB/s, una mejora de 45X. También mejora las características en PXI de control de tiempo y sincronización al incorporar un reloj de referencia diferencial de 100 MHz y disparos diferenciales.

La especificación PXI Express agrega estas características a PXI mientras mantiene la compatibilidad con sistemas PXI:

Software: PCI Express utiliza el mismo sistema operativo y modelo de controladores que PCI, resultando en compatibilidad completa de software entre los sistemas basados en PCI (como PXI) y sistemas basados en PCI Express (como PXI Express). Esta compatibilidad de software se asegura mediante el PCI Special Interest Group (PCI-SIG), grupo compuesto de compañías, como Intel, comprometidas con el desarrollo y mejora de los estándares PCI y PCI Express.

Hardware: Un chasis PXI Express ofrece ranuras periféricas híbridas, las cuales aceptan tanto módulos periféricos PXI Express como módulos periféricos PXI compatibles con ranuras híbridas. Estas ranuras periféricas cuentan con señales tanto para PCI como PCI Express.

Usted puede utilizar un código escrito para sistemas PXI previos con sistemas PXI Express debido a que PXI Express mantiene una compatibilidad completa con PXI. La compatibilidad con software incluye SOs como Windows XP y Linux, software de aplicación como Microsoft Office, y un código de usuario como VIs de LabVIEW y proyectos C++. Para mayores informes, por favor refiérase a PXI Express.

Resumen: PXI es la Plataforma Industrial Estándar para Instrumentación

La instrumentación modular PXI define una plataforma de cómputo robusta para usuarios de medición y automatización la cual aprovecha los avances tecnológicos de las PCs. Al utilizar el bus estándar PCI/PCI Express, los sistemas de instrumentación modular PXI pueden beneficiarse de componentes de hardware y software ampliamente disponibles. Las aplicaciones de software y los sistemas operativos que corren en sistemas PXI son familiares a los usuarios debido a que ya son utilizados en computadoras personales comunes. PXI satisface sus necesidades a contar con una forma física robusta, suficientes ranuras para E/S, y características para control de tiempos y disparos avanzadas.

Visite ni.com/pxipara más información acerca de PXI, incluyendo ligas a páginas de productos, precios, hojas de datos y especificaciones..

Notas Técnicas y Productos de NI Relevantes

National Instruments, líder en pruebas automatizadas, está comprometido en proporcionar productos de hardware y software que los ingenieros requieren para crear sistemas de pruebas de la siguiente generación.

Software:

• NI TestStand: Ejecutivo de Pruebas
• NI LabVIEW: Entorno de Programación Gráfica
• NI SignalExpress: Software Interactivo de Medidas

Hardware:

• Instrumentos Modulares (Osciloscopios, Multímetros, RF, Conmutadores y más)
• Adquisición de Datos Multifunción
• Componentes de Sistemas PXI (Chasis y Controladores)
• Control de Instrumentos (GPIB, USB, y LAN)

Documentos Fuente:
NI ofrece una Guía de Desarrolladores para Diseño de Sistemas de Prueba de la Próxima Generación. Esta guía es una colección de notas técnicas diseñadas para ayudarle a desarrollar sistemas de pruebas que bajen sus costos, incrementen la capacidad de la línea, y que puedan actualizarse, según requerimientos futuros. Para descargar la guía de desarrolladores completa (120 páginas), visite ni.com/automatedtest.