Dal controllo Embedded alle reti distribuite

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Grazie alla nuova famiglia di moduli di rete FieldPoint 2000 di National Instruments, è possibile utilizzare la potenza e la flessibilità di LabVIEW per costruire nodi hardware di rete intelligenti che sono più piccoli e più robusti
di un PC.

Dalla specializzazione del bus PCI per applicazioni di test & measurement e acquisizione dati è nato PXI (PCI extensions for instrumentation).

Esso offre tutti i vantaggi dello standard PCI d’origine, come velocità di trasferimento dati fino a 132 MB/s e funzionalità plug&play, in un’architettura capace di offrire caratteristiche meccaniche, elettriche e software ottimizzate per lo specifico impiego di destinazione.

La specifica PXI è stata concepita da National Instruments come una piattaforma modulare per strumentazione.

L’obiettivo era quello di assicurare costi inferiori, maggiori prestazioni, dimensioni ridotte, temporizzazione e sincronizzazione standardizzati rispetto ai PC desktop.

Poiché la specifica è aperta, qualsiasi altro fornitore può introdurre prodotti PXI compatibili: oggi, PXI Systems Alliance (PXISA, fondata nel 1997) comprende oltre 60 aziende.

In particolare, anche la stessa Microsoft assicura un appoggio PXI che ritiene capace di veicolare due tecnologie desktop di punta (PCI e Windows) nel mondo della strumentazione e dell’acquisizione dati.

Nei sistemi PXI, infine, è possibile utilizzare componenti, firmware, driver, sistemi operativi e applicazioni software concepiti per il bus PCI.

Specifiche elettriche
Un sistema PXI è caratterizzato da un bus di trigger integrato e un clock di riferimento per la sincronizzazione e la temporizzazione fra schede diverse, nonché da bus locali per le comunicazioni da slot a slot fra le periferiche.

Tutte le schede periferiche devono essere dotate di un proprio driver software.

PXI definisce inoltre le modalità necessarie per distribuire un clock di riferimento di sistema a 10 MHz a tutti i dispositivi periferici, per esempio, allo scopo di sincronizzare più schede in un sistema di misura o controllo.

Il clock di sistema è implementato in modo da assicurare il basso skew richiesto per qualificare i singoli fronti di clock dei segnali sul bus di trigger, al fine di implementare sofisticati protocolli di trigger.

Sono specificate otto linee di trigger flessibile riunite in un bus e utilizzabili in vari modi.

Per esempio, si possono utilizzare i trigger per sincronizzare il funzionamento di più schede periferiche PXI o, in altre applicazioni, una scheda può controllare sequenze di operazioni temporizzate con precisione che vengono eseguite su altre schede nel sistema.

I trigger possono anche essere passati da una scheda alla successiva, permettendo di ottenere risposte deterministiche a eventi asincroni monitorizzati o controllati.

La specifica PXI prevede bus a stella e locali.

Il bus di trigger a stella, in particolare, utilizza una linea di trigger dedicata fra il primo slot periferiche (adiacente allo slot di sistema) e gli altri.

I bus locali sono invece dei bus daisy-chain che collegano ogni slot periferiche con i suoi slot adiacenti a sinistra e a destra.

Ogni bus locale è composto da 13 linee e può essere utilizzato per trasferire segnali analogici fra le schede, oppure per ottenere una via di comunicazione veloce a banda laterale che non ha effetti sull’ampiezza di banda PCI.

In conclusione, PXI punta a collocarsi fra le applicazioni PCI desktop, dove sono disponibili fino a quattro slot di espansione, e VXI, dove si hanno flessibilità e possibilità di espansione molto più elevate, soprattutto se si collegano più chassis.

Il suo vantaggio è quello di aumentare l’appetibilità del CompactPCI in settori come automazione industriale, test e misura e acquisizione dati.

Caratteristiche meccaniche

PXI utilizza lo stesso sistema di connettori ‘pin-in-socket’ definito CompactPCI, con il quale è totalmente compatibile.

Questi elementi ad alta densità (il passo è di 2 mm) con adattamento d’impedenza sono descritti dallo standard IEC 1076 e sono stati concepiti per offrire le migliori prestazioni elettriche in tutte le condizioni.

Gli aspetti meccanici di PXI e CompactPCI sono regolati dalle specifiche Eurocard: Ansi 310-C, IEC 297 e Ieee 1101.1.

Sono previsti due formati: quello più piccolo è pari a 3U (100 x 160 mm), mentre quello grande ha dimensioni 6U (233,35 x 160 mm).

Tutte le caratteristiche PXI sono implementate sul connettore J2 di una scheda 3U e possono essere utilizzate in modo selettivo dalle schede periferiche.

I backplane PXI compatibili devono implementare l’intero set di caratteristiche della specifica, mentre le schede 6U e lo chassis PXI devono implementare solo i connettori J1 e J2.

Estensioni della specifica definiscono i pinout dei connettori J3, J4 e J5 per le funzionalità addizionali delle schede 6U.

E’ da notare, comunque, che qualsiasi scheda periferica 3U può funzionare in uno chassis 6U: è sufficiente utilizzare un adattatore.

Nella specifica PXI, la posizione dello slot di sistema è quella all’estrema sinistra del segmento bus.

Questa disposizione è un sottoinsieme delle numerose configurazioni possibili ammesse CompactPCI.

Secondo National Instruments, definire una posizione singola per lo slot di sistema semplifica l’integrazione e aumenta il grado di compatibilità fra i controllori e gli chassis di fornitori diversi.

La specifica indica inoltre che la scheda controllore di sistema deve estendersi verso sinistra, mettendo a disposizione quelli che sono definiti slot di espansione del controllore.

In questo modo, si evita che i controllori di sistema utilizzino gli slot riservati alle periferiche, che sono complessivamente sette.

Sistemi PXI compatti

Recentemente, National Instruments ha introdotto i nuovi controllori PXI embedded PXI-8145 RT e PXI-8146 RT, che si configurano come una nuova soluzione a basso costo per la realizzazione di sistemi PXI real-time.

I controllori PXI-8145 RT e PXI-8146 RT includono un motore LabVIEW Real-Time preinstallato che gira su un processore Pentium a 266 MHz a bassa potenza in grado di eseguire un singolo loop di controllo alla velocità massima di 6 kHz.

Grazie a LabVIEW Real-Time 6i, i due dispositivi permettono di sviluppare, installare e mantenere sistemi PXI real-time integrati a un costo molto minore di quello richiesto da un tipico sistema PXI.

Essi consentono lo sviluppo di sistemi custom con funzioni di acquisizione dati, condizionamento dei segnali, acquisizione di segnali dinamici, connettività 10BaseT/100BaseTX, seriale e CAN e controllo assi con prestazioni deterministiche garantite.

PXI-8146 RT include anche una porta GPIB incorporata per una connettività addizionale e un connettore SMB esterno per un timer watchdog.

I dati possono essere registrati localmente in una memoria CompactFlash non volatile da 32 MB.

Completano la configurazione 64 MB di DRAM espandibili fino a 128 MB.

La robusta struttura rende adatti i due dispositivi ad applicazioni industriali in ambienti severi, come il monitoraggio delle condizioni di macchine o il controllo distribuito.

Progettati specificamente per applicazioni in rete embedded, i nuovi controllori sono particolarmente compatti, avendo dimensioni dimezzate rispetto ai controllori real-time standard, assorbono meno potenza per un tempo di funzionamento più lungo e offrono una porta Ethernet incorporata per il networking.

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