PXI: 계측을 위한 업계 표준 플랫폼

차세대 테스트 시스템 개발자 가이드에 오신 것을 환영합니다. 본 가이드는 적은 비용으로 테스트 생산성을 증대하며 향후 프로젝트로 확장가능한 시스템을 개발하기 위한 여러가지 기술백서로 구성되어 있습니다. 본 기술백서에서는 PXI 플랫폼에 대해 자세히 살펴보겠습니다. 개발자 가이드 전체 (120 페이지)를 다운로드하려면, ni.com/automatedtest를 방문하십시오.

 

소개

PXI (PCI eXtensions for Instrumentation)는 측정 및 자동화 시스템을 위한 견고한 PC 기반 플랫폼입니다. PXI는 PCI 전기 버스 기능을 CompactPCI의 견고하며 모듈형의 Eurocard 패키지와 통합한 후, 특화된 동기화 버스 및 주요 소프트웨어 기능을 추가하였습니다. PXI는 측정 및 자동화 시스템을 위한 고성능 및 저가형의 배포 플랫폼입니다. 본 시스템은 제조 테스트, 군사 및 우주항공, 머신 모니터링, 자동차 및 산업 테스트와 같은 어플리케이션에 사용됩니다.

1997년에 개발되어 1998년에 도입된 PXI는 복합적인 계측 시스템의 날로 증가하는 요구에 부합하는 개방형의 산업 표준입니다. 현재, PXI는 PXI Systems Alliance (PXISA)에서 관리되고 있습니다. PXISA는 PXI 표준을 장려, 상호 운용성 보장, PXI 스펙 유지를 위해 공인 받은 70개 이상의 회원사로 구성된 단체입니다. PXI 스펙을 포함한 PXISA에 관한 더욱 자세한 정보는 www.pxisa.org를 참조하십시오.

 

하드웨어 아키텍처

PXI 시스템은 섀시, 시스템 컨트롤러 및 주변 모듈의 세 가지 기본 요소로 구성되어 있습니다.

PXI 섀시
PXI 섀시는 시스템을 위한 견고한 모듈형 패키지를 제공합니다. 3U 및 6U 크기로 제공되는 섀시는 4 슬롯에서 18 슬롯까지 다양하며, DC 전원 공급 및 통합된 신호 컨디셔닝과 같은 특별 기능과 함께 사용 가능합니다. 섀시에는 PCI 버스와 타이밍 및 트리거링 버스를 갖춘 고성능 PXI 백플레인이 있습니다. 본 타이밍 및 트리거링 버스를 사용하면 정확한 동기화가 필요한 어플리케이션용 시스템을 개발할 수 있습니다.

PXI 컨트롤러
PXI 하드웨어 스펙에 명시된 바와 같이 모든 PXI 섀시에는 섀시의 가장 왼쪽 슬롯에 시스템 컨트롤러 슬롯이 있습니다. (슬롯 1) 컨트롤러 옵션에는 리모트 컨트롤러 (데스크탑, 워크 스테이션, 서버 또는 노트북) 및 Windows 2000/XP 또는 리얼타임 OS (LabVIEW Real-Time)에서 실행되는 고성능 임베디드 컨트롤러가 있습니다.

PXI 리모트 컨트롤러
PXI 리모트 컨트롤러에는 두 가지 종류가 있습니다.

• 노트북에서 PXI 컨트롤
• PC에서 PXI 컨트롤

노트북에서 PXI 컨트롤
ExpressCard MXI (Measurement eXtensions for Instrumentation) 및 PCMCIA CardBus 인터페이스 키트가 있으면, 사용자는 노트북 컴퓨터로부터 PXI 시스템을 직접 컨트롤할 수 있습니다. 부팅하는 동안 노트북은 PXI 시스템 내에 있는 모든 주변 모듈을 PCI 디바이스로 인식합니다. ExpressCard MXI를 사용하면 최고 214 MB/s의 지속적인 처리량으로 PXI 시스템을 컨트롤할 수 있습니다.

노트북에서 PXI 컨트롤 기능으로, 이제 사용자들은 필드 테스트, 차량내 데이터 로깅, NVH, NDT 등의 어플리케이션을 위해 휴대용 PXI 시스템을 활용할 수 있게 되었습니다. ExpressCard MXI 호환 노트북 또는 PCMCIA CardBus 호환 노트북을 구입하여 PXI 시스템을 원격으로 컨트롤할 수 있습니다. 더욱 자세한 정보는 노트북에서 PXI 컨트롤을 참조하십시오.

PC에서 PXI 컨트롤
MXI-Express 및 MXI-4 인터페이스 키트를 사용하여 데스크탑, 워크스테이션 또는 서버 컴퓨터에서 PXI 시스템을 직접 컨트롤할 수 있습니다. 부팅하는 동안 컴퓨터는 PXI 시스템 내에 있는 모든 주변 모듈을 PCI 디바이스로 인식합니다.

MXI-Express를 사용하여 최고 832 MB/s 지속 처리량으로 PXI 시스템을 컨트롤할 수 있습니다. MXI-Express 2-포트 인터페이스 키트로 사용자들은 단일 PC에서 두 개의 PXI 시스템을 동시에 컨트롤할 수 있습니다.

그림 4. MXI-4를 사용한 원격 컨트롤로
PC에서 PXI 및 멀티 섀시 PXI 시스템 컨트롤 가능

MXI-4 인터페이스 키트는 확장된 거리 및 전기 절연을 위해 저가형 구리선 또는 광섬유 연결로 구성됩니다. 그림 4에서 보듯이, MXI-4로 높은 채널 카운트 어플리케이션을 위한 멀티섀시 PXI 시스템을 구축할 수 있습니다. MXI-4 링크를 사용하면 다중 섀시 시스템 구축을 위해 데이지 체인 또는 스타 토폴로지를 실행할 수도 있습니다. 멀티 섀시 구성을 위한 토폴로지에 관한 자세한 정보는 MXI-4 시리즈 사용자 매뉴얼을 참조하십시오. 모든 데스크탑, 워크 스테이션 또는 서버 컴퓨터를 구입하면, MXI-Express 또는 구리선/광섬유 MXI-4 시리얼 링크를 사용하여 원격으로 PXI 시스템을 컨트롤할 수 있습니다. 더욱 자세한 정보는 PC에서 PXI 컨트롤을 참조하십시오.

PXI 리모트 컨트롤러가 있으면, PXI 시스템을 원격으로 컨트롤하기 위해 데스크탑 컴퓨터나 노트북을 사용하여 최소의 비용으로 최대의 프로세서 성능을 획득할 수 있습니다. 모든 리모트 컨트롤 제품은 소프트웨어 투명하므로 추가의 프로그래밍이 필요하지 않습니다.

PXI 임베디드 컨트롤러
임베디드 컨트롤러는 외부 PC가 필요하지 않으므로, PXI 섀시 내에서 전체 시스템을 구현합니다. PXI 임베디드 컨트롤러는 일반적으로 소형의 PXI 패키지에서 표준 PC 구성요소를 사용하여 구성됩니다. 예를 들어, NI PXI-8105 컨트롤러에는 2.0 GHz Intel Core Duo T2500 듀얼 코어 프로세서, 최대 2 GB의 DDR2 RAM, 하드 드라이브 및 표준 PC 주변장치 (ExpressCard, Hi-Speed USB, 이더넷, 시리얼, 병렬 및 GPIB 포트 등)가 있습니다. PXI 임베디드 컨트롤러에는 두 가지 유형이 있습니다.

 

• PXI 임베디드 컨트롤러 (Windows)
• PXI 임베디드 리얼타임 컨트롤러

Windows PXI 임베디드 컨트롤러:

PXI 임베디드 컨트롤러 (windows)는 통합된 CPU, 하드 드라이브, RAM, 이더넷, 비디오, 키보드/마우스, 시리얼, USB 및 기타 주변기기 등 기본 PC 기능을 갖추고 있으며, Microsoft Windows 및 모든 디바이스 드라이버도 설치되어 있습니다. 컨트롤러에는 Microsoft Windows가 실행되므로 컨트롤러 사용이 PC 또는 노트북 사용과 별로 다르지 않습니다. 컨트롤러에는 또한 Microsoft Office Word, Excel, PowerPoint와 같이 PC 또는 노트북에서 사용가능한 유사한 어플리케이션 소프트웨어가 포함됩니다.

PXI 임베디드 리얼타임 컨트롤러:

PXI 임베디드 리얼타임 컨트롤러에는 또한 LabVIEW Real-Time 또는 VxWorks와 같은 Real-Time OS와 표준 PC 기능이 함께 포함되어 측정, 자동화 및 컨트롤을 위한 리얼타임의 결정성있고 안정적인 I/O를 제공합니다. RT 시리즈 PXI 컨트롤러는 이더넷을 통해 구성 및 프로그램되므로, 네트워크로 리얼타임 어플리케이션을 배포하고 배포한 어플리케이션을 원격으로 모니터할 수 있습니다. 본 컨트롤러는 결정성있고 안정적인 성능이 필요한 어플리케이션을 위해 설계되었으며 헤드리스로 작동됩니다. (즉, 키보드, 마우스 또는 모니터가 필요 없습니다.)

임베디드 컨트롤러는 휴대용 시스템에 이상적이며, 섀시가 한 곳에서 다른 곳으로 이동해야 하는 "단일 박스" 어플리케이션에 이상적입니다. 더욱 자세한 정보는 PXI 컨트롤러를 참조하십시오.

PXI 주변기기 모듈
내쇼날인스트루먼트는 100개 이상의 다양한 PXI 모듈을 제공합니다. PXI는 개방형의 산업 표준이므로 70개 이상의 PXI Systems Alliance 회원사에서 제공되는 1200개 이상의 제품을 사용할 수 있습니다.

아날로그 입/출력 경계 스캔 버스 인터페이스 및 통신 캐리어 제품 디지털 입력/출력 디지털 신호 프로세싱 기능 테스트 및 진단 이미지 수집

프로토타입 보드 계측기 모션 컨트롤 전원 공급장치 수신기 상호 연결 장치 스위칭 타이밍 입/출력 RF 및 통신

PXI는 CompactPCI와 직접 호환하므로, 모든 3U CompactPCI 모듈을 PXI 시스템에서 사용할 수 있습니다. NI 및 PXI 제품 협력 업체에서 제공되는 모듈의 상세 목록은 ni.com/pxi에서 확인할 수 있습니다.

PXI는 또한 독립형 계측기 또는 VXI 시스템과 통신하기 위한 표준 하드웨어 및 소프트웨어를 제공함으로써 시스템에 대한 투자를 보호합니다. 예를 들어, PXI 시스템을 GPIB-기반 계측에 인터페이스할 때 PXI-GPIB 모듈을 사용하는 것과 PCI-GPIB 모듈을 사용하는 것이 차이가 없습니다. 소프트웨어는 동일합니다. 또한, PXI, USB, LAN/LXI, VXI 및 독립 계측기를 인터페이스하는 하이브리드 시스템을 구축하는 여러 가지 방법도 있습니다. 더욱 자세한 정보는 LXI, USB, PXI Express 및 기타 표준을 하이브리드 테스트 시스템에 통합하기를 참조하십시오.

 

소프트웨어 아키텍처

PXI 하드웨어는 PCI 버스, 표준 CPU 및 주변기기와 같은 표준 PC 기술에 기반하고 있으므로 표준 Windows 소프트웨어 아키텍처는 사용자에게 친숙합니다. Windows-기반 PXI 시스템을 개발하고 운영하는 것은 표준 Windows-기반 PC의 개발 및 운영과 다르지 않습니다. 또한 PXI 백플레인은 산업 표준 PCI/PCI Express 버스를 사용하기 때문에 PXI 디바이스와 통신하기 위해 소프트웨어를 작성하는 것이 대부분의 경우 PCI 디바이스의 경우와 동일합니다. 예를 들어, NI PXI-6251 다기능 데이터 수집 모듈과 통신하기 위한 소프트웨어는 PC에서 PCI-6251 보드와 동일합니다. 따라서, PC 기반 시스템과 PXI 기반 시스템 간에 소프트웨어를 이동할 때 기존 어플리케이션 소프트웨어, 예제 코드 및 프로그래밍 기술을 재작성할 필요가 없습니다.

그림 6. 두 개의 다른 패키지, 하나의 소프트웨어 표준.
소프트웨어에서, PXI 모듈 (아래) 통신은
PCI 보드 통신 (위)과 동일합니다.

결정성있는 루프 속도 및 헤드리스 작업 (키보드, 마우스 또는 모니터 없는 작업)이 요구되는 시간에 민감한 어플리케이션을 위해 Windows 기반 시스템을 대신하여 리얼타임 소프트웨어를 사용할 수 있습니다. PXI 시스템에서 LabVIEW Real-Time 사용에 대한 보다 자세한 정보는 www.ni.com/realtime를 참조하십시오.

 

PXI - 산업 표준 플랫폼

모든 버스에는 그 고유한 특징이 있습니다. 예를 들어, USB는 간편한 데스크탑 연결에 적합하고, LAN/이더넷은 분산 시스템에 적합하며, PCI 및 PCI Express는 ATE를 위한 고성능을 제공합니다. 모듈형 솔루션이 요구되는 어플리케이션에 있어 사용자는 공유된 섀시, 백플레인, 프로세서를 통한 비용 및 크기 절감/호스트 프로세서로 고속 연결을 통한 빠른 처리량/사용자 정의된 소프트웨어를 통한 유연성 및 수명 증대 등을 필요로 합니다.

PCI 및 차세대 PCI Express에 기반한 PXI는 GPIB 이래로 가장 빠르게 발전하는 테스트 및 측정 표준입니다. PXI는 70개 이상의 PXI Systems Alliance 회원사 보유, 1,200개 이상의 사용 가능한 제품, 2011년까지 연간 25퍼센트 성장 예상으로 인해 현재 그리고 향후의 모듈형 계측 요구에 가장 적합한 플랫폼입니다. (Frost & Sullivan, 2005) 기본적으로 PXI 시스템의 모든 계측기는 동일한 전원 공급, 섀시 및 컨트롤러를 공유합니다. 다른 대안적인 여러 방법은 모든 계측기에 대한 전원 공급, 섀시 그리고/또는 컨트롤러를 중복 사용하므로 비용과 크기 면에 있어 비효율적이며 안정성도 떨어집니다. PXI를 사용하면, 컨트롤러는 고성능 슬롯 0 임베디드 컨트롤러, 데스크탑 PC, 노트북 또는 서버-클래스 머신이 됩니다. 더욱 신속한 프로세싱이 필요한 경우, PXI 시스템의 컨트롤러는 간편하게 업그레이드 가능합니다. 기존 장비를 재사용하기 위해 PXI를 사용하여 USB, GPIB, LAN/LXI, 시리얼 및 VXI 인스트루먼트를 사용할 수 있습니다.

모듈형 계측기는 높은 대역폭, 낮은 지연시간의 버스이며 인스트루먼트 모듈을 공유 프로세서에 연결하여 사용자 정의된 측정을 수행합니다. PXI는 각 슬롯당 최고 2 GB/s의 대역폭 요구를 만족합니다. 한 예로, 모듈형 RF 수집 시스템을 참고하십시오. PXI는 100 MS/s, 16 비트 IF 데이터의 두 개 채널을 프로세서로 직접 스트리밍하여 연산을 수행합니다. LAN 또는 USB 모드 이러한 요구를 충족할 수 없기 때문에 항상 임베디드, 벤더 정의된 프로세서를 추가해야 합니다. 따라서 PXI와 같은 높은 대역폭 표준은 모듈형 계측에서 요구되는 소프트웨어 정의된 방법을 제공합니다.

 

많은 고객들이 PXI를 선택하는 이유

높은 처리량
모든 어플리케이션은 고유하며 특정한 요구 사항이 있습니다. 그러나 대역폭 및 지연 시간은 대부분의 어플리케이션용 플랫폼에 있어 가장 중요한 두 요소입니다. 지연시간은 디지털 멀티미터/스위치 스캐닝과 같은 싱글 포인트 작업에 있어 가장 중요하며, 대역폭은 웨이브폼 자극/반응과 같은 데이터 스트리밍 어플리케이션에 있어 중요한 요소입니다. 그림 7에서 보듯이, PXI는 PCI/PCI Express를 통해 높은 대역폭 및 낮은 지연시간으로 광범위한 어플리케이션을 위한 빠른 속도를 제공합니다.

타이밍 및 동기화
많은 측정 및 자동화 어플리케이션은 PCI/PCI Express, 이더넷/LAN, USB 등과 같은 PC 표준 I/O에 직접 실행할 수 없는 고급 타이밍 및 동기화 기능을 필요로 합니다. PXI는 고급 타이밍 및 동기화 기능을 제공하여 어플리케이션 요구사항을 충족합니다.

• 100 MHz 차동 시스템 레퍼런스 클럭
• 10 MHz 레퍼런스 클럭 신호
• 차동 스타 트리거
• 물리적 길이가 같은 트리거 트레이스가 있는 스타 트리거 버스로 모듈간 지연 및 스큐 최소화
• 고속 타이밍 및 트리거링 신호를 송수신하는 트리거 버스
• 다중 섀시 동기화를 위한 차동 신호

시스템 안정성
PXI 스펙은 거친 환경에도 적합한 PXI 시스템을 위한 조건을 정의합니다. PXI는 CompactPCI에서 사용되는 고성능 IEC (International Electrotechnical Commission) 커넥터와 견고함을 가지고 있습니다. Eurocard 패키지 시스템이 있습니다. PXI 스펙은 또한 산업용 환경에서의 작업을 보장하기 위한 특정 냉각 및 환경적인 요구 사항을 정의합니다. 모듈형의 특징으로 PXI 시스템을 구성, 재구성 및 수리하는 것이 간편하므로 평균 수리 시간(MTTR : mean time to repair)이 매우 낮아집니다. PXI는 모듈형이므로 전체 시스템을 교체하지 않고도 개별 모듈 및 요소를 업데이트할 수 있습니다.

낮은 시스템 가격
PXI는 PC 기반 플랫폼이므로 고정밀 계측, 동기화 및 타이밍 기능을 저렴한 가격으로 제공합니다. PC 요소의 저가 특성은 PXI를 사용하여 얻을 수 있는 혜택의 시작에 지나지 않습니다. PXI를 사용하면 동일한 OS 및 MS Excel, Word와 같은 어플리케이션 소프트웨어를 사무실, 생산 현장 어디에서나 사용할 수 있습니다. 이러한 익숙한 소프트웨어를 사용하면 교육 비용이 절감되고 새로운 시스템을 구축할 때마다 재교육에 들어가는 비용도 줄일 수 있습니다. PXI의 기반은 PC 기술이므로 구성요소의 저비용, 익숙한 소프트웨어 및 시스템 재사용으로 인한 혜택을 얻을 수 있습니다.

 

확장된 PXI 플랫폼 - PXI Express

PXI Express 기술은 PXI 플랫폼에 추가된 가장 최신 기술입니다. PXI Express 스펙은 PCI Express 시그널링을 PXI 표준으로 통합함으로써 백플레인 대역폭을 132 MB/s에서 6 GB/s로 45배 향상시킵니다. 또한 100 MHz 차동 레퍼런스 클럭 및 차동 트리거를 통합함으로써 PXI 타이밍 및 동기화 기능을 강화합니다.

PXI Express 스펙은 이러한 기능을 PXI에 추가하는 동시에 하위 호환성도 유지합니다.

소프트웨어: PCI Express는 PCI와 동일한 OS 및 드라이버 모델을 사용하므로, PCI 기반 시스템간 (PXI 등) 및 PCI Express 기반 시스템 (PXI Express 등) 간의 완벽한 소프트웨어 호환성을 이룹니다. 이러한 소프트웨어 호환성은 Intel과 같은 회원사로 된 PCI 및 PCI Express 표준을 개발하고 개선하는 데 앞장서는 단체인 PCI Special Interest Group (PCI-SIG)에서 관리됩니다.

하드웨어: PXI Express 섀시는 PXI Express 주변 모듈 및 하이브리드 슬롯-호환 PXI 주변 모듈을 모두 수용하는 하이브리드 주변 슬롯을 제공합니다. 이러한 주변 슬롯으로 PCI 및 PCI Express를 위한 시그널링이 가능합니다.

PXI Express는 PXI와 완벽한 소프트웨어 호환성을 유지하므로 기존 PXI 시스템에 작성했던 코드를 PXI Express 시스템에서 사용할 수 있습니다. 소프트웨어 호환성에는 Windows XP 및 Linux와 같은 OS, Microsoft Office와 같은 어플리케이션 소프트웨어, LabVIEW VI 및 C++ 프로젝트와 같은 사용자 코드도 포함됩니다. 더욱 자세한 정보는 PXI Express를 참조하십시오.

 

요약: 계측을 위한 업계 표준 플랫폼으로서의 PXI

PXI 모듈형 계측은 PC 업계의 발전되는 기술을 활용하는 측정 및 자동화 사용자를 위한 견고한 연산 플랫폼을 정의합니다. PXI 모듈형 계측 시스템은 표준 PCI/PCI Express 버스를 사용하기 때문에 광범위하게 사용가능한 소프트웨어 및 하드웨어 요소의 혜택을 얻을 수 있습니다. PXI 시스템에서 실행되는 소프트웨어 어플리케이션 및 OS는 일반 데스크탑 컴퓨터에서 사용되기 때문에 사용자에게 매우 친숙합니다. PXI는 견고한 산업용 패키지, 여러 개의 I/O용 슬롯, 고급 타이밍 및 트리거링 기능을 제공 등으로 사용자의 요구를 충족합니다.

ni.com/pxi에 방문하여 제품 페이지, 가격, 데이터 시트, 스펙 등 PXI에 대한 보다 자세한 정보를 살펴보십시오 기타 문의 사항은 NI 기술 영업 담당자에게 (02) 3451-3400으로 전화 주십시오.

 

관련 NI 제품 및 기술백서

자동화 테스트의 선두주자인 내쇼날인스트루먼트는 엔지니어들이 차세대 테스트 시스템을 구축할 수 있도록 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 제품 공급에 힘쓰고 있습니다.

소프트웨어:

• NI TestStand 테스트 관리 프레임워크
• LabVIEW 그래픽 프로그래밍 환경
• LabVIEW Signal Express 인터랙티브 측정 소프트웨어
  

하드웨어:

• 모듈형 계측기 (오실로스코프, 멀티미터, RF, 스위치 및 기타)
• 다기능 데이터 수집
• PXI 시스템 구성요소 (섀시 및 컨트롤러)
• 인스트루먼트 컨트롤 (GPIB, USB 및 LAN)
  

기술백서:
NI는 차세대 테스트 시스템 개발자 가이드를 제공합니다. 본 가이드는 적은 비용으로 테스트 생산성을 증대하며 향후 프로젝트로 확장가능한 시스템을 개발하기 위한 여러가지 기술백서로 구성되어 있습니다. 개발자 가이드 전체 (120 페이지)를 다운로드하려면, ni.com/automatedtest를 방문하십시오.