Aktuální vydání

celé číslo

07

2018

Hospodárné využívání energií a surovim

Monitorovací systémy životního prostředí

celé číslo

Minulost, současnost a budoucnost standardu PXI

číslo 3/2006

Minulost, současnost a budoucnost standardu PXI

Standard PXI (PCI eXtensions for Instrumentation) pokročil do osmého roku své existence a podle všech měřítek se stal jednou z nejúspěšnějších platforem v oboru měření a řízení. Nejenže se dokázal prosadit v letech poklesu výkonnosti a zájmu průmyslu, ale nadále získává oblibu a překvapuje analytiky svým růstem obratu meziročně o více než 40 %. Hlavní výhodou PXI se ukázalo využití běžných standardů (PCI, Intel, Windows) a lze očekávat, že aktuální snahy o začlenění sběrnice PCI Express povedou k dalšímu rozmachu platformy PXI. Vzhledem k promyšlenému přechodu a zpětné kompatibilitě totiž PXI nabídne záruku stability, kterou uživatelé měřicích a řídicích systémů u běžných PC postrádají.

Široké využití v průmyslu

Jednou z hlavních výhod platformy PXI je schopnost jejího využití pro velké množství různých aplikací. Platformu PXI lze využít (a často se také využívá) v celém výrobním cyklu od simulace a ověřování prototypu (tzv. testy HIL – Hardware In the Loop) až po výstupní test výrobků v sériové výrobě. Rozmanitá jsou i odvětví, kde se PXI uplatňuje. Mezi ně patří automobilový průmysl, elektronika, armáda, věda i školství. Renomovaná agentura Frost & Sullivan v roce 2004 předpovídala nárůst prodeje produktů využívajících PXI o 44 %, a tato předpověď byla dokonce překonána.

Obr. 1.

Obr. 1. Nabídka produktů pro platformu PXI

Velké rozšíření a záruky budoucího rozvoje přispívají k dalším výrazným investicím do vývoje nových produktů. Tim Dehne, viceprezident firmy National Instruments pro výzkum a vývoj, k tomu říká: „National Instruments uvádí na trh nový výrobek pro PXI v průměru každý týden. Navíc vidíme vzrůstající zájem i u dalších velkých firem. Vloni např. začaly s výrobou vysokofrekvenčních produktů pro PXI také společnosti Agilent a Aeroflex.„ Sdružení PXI System Alliance má nyní již více než 60 aktivních členů, kteří dohromady nabízejí pro tuto platformu více než 1 000 různých produktů (obr. 1). Uživatelé tak mohou těžit z otevřeného průmyslového standardu a vybírat si z velké nabídky produktů v konkurenčním prostředí; to je pro ně určitě výhodnější než sázka na proprietární systém jednoho výrobce.

Základem PXI je komerční technika

Klíčovým prvkem architektury PXI, zaručujícím její kompatibilitu a vysoký výkon, je komunikační sběrnice PCI. Ta dnes jednoznačně dominuje ve světě PC, kde byla v roce 2005 očekávána dodávka více než miliardy nových slotů PCI. Díky podpoře firem, jako jsou Dell nebo Hewlett-Packard, se vyrábí velké množství periferií s PCI za přijatelné ceny. Hlavní výhodou použití sběrnice PCI pro měření a řízení je ideální kombinace velkého přenosového výkonu a malé latence. Na obr. 2 je ukázána přenosová rychlost a latence (tj. průměrná doba zpoždění dat) hlavních komunikačních sběrnic. Je důležité si povšimnout, že obě osy mají logaritmické měřítko a směrem doprava latence klesá.

Obr. 2.

Obr. 2. Sběrnice PCI – ideální kombinace velkého přenosového výkonu a malé latence

Malá latence je výhodou u úloh, při nichž se posílá velké množství krátkých zpráv, jako je konfigurování digitálního multimetru a přepínačů a měření těmito přístroji. Jedinou další rozšířenou sběrnicí v současné době, která může nabídnout srovnatelnou latenci, je GPIB. Velký přenosový výkon sběrnice se uplatní při těch úlohách, kde se přenáší velké množství dat, což je zejména při měření a generování průběhů a rádiových signálů, popř. při náročných úlohách zpracování obrazu. Zde nabízejí maximální výkon zejména sběrnice PCI a gigabitový Ethernet.

Přechod na PCI Express

Na obr. 2 jistě neujdou pozornosti slibné vlastnosti sběrnice PCI Express, která v provedení x4 nabízí šestkrát širší přenosové pásmo než běžná sběrnice PCI. Sběrnice PCI Expres je dalším stupněm ve vývoji sběrnice PCI, založeným na sériových komunikačních kanálech s přenosovou rychlostí 250 MB/s v každém z obou směrů (provedení x1). Těchto kanálů může být několik, takže v provedení x16 je kapacita až 4 GB/s v každém směru. U sběrnice PCI Express je navíc přenosová rychlost zaručena pro každý slot sběrnice, na rozdíl od PCI, kde všechny sloty sdílejí společné přenosové pásmo. Kromě stavby rychlejších počítačů umožní PCI Express vytvořit také dokonalejší a rychlejší systémy pro měření, ať již jde o systémy s velkým počtem kanálů nebo rychlé přístroje s velkým rozlišením. Sběrnice PCI a PCI Express budou vedle sebe existovat minimálně příštích deset let. Slot PCI Express x16 patrně časem zcela nahradí rozhraní AGP pro výkonné grafické karty a pro běžné periferie budou k dispozici sloty PCI i PCI Express. Například stolní počítače Dell Dimension XPS Gen4, které se již prodávají, nabízejí jeden slot PCI Express x16 (a žádný slot AGP), jeden slot PCI Express x1 a čtyři sloty PCI.

Obr. 3.

Obr. 3. Použití sběrnice PCI Express v osobních počítačích (horní část obrázku) a měřicích systémech (dolní část obrázku)

Okamžitě po přijetí standardu PCI Express pro kancelářská PC začaly práce na integraci této sběrnice do průmyslových systémů CompactPCI a PXI. Práce ve výboru PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group) na specifikaci CompactPCI Express (EXP.0) byly dokončeny v roce 2005 a téměř ihned po schválení standardu přišly na trh i první výrobky. Nová specifikace CompactPCI definuje nový, tzv. hybridní slot. Kromě softwarové kompatibility sběrnice PCI Express tak uživatelé získali i unikátní možnost instalovat do takového slotu modul založený na architektuře PCI i PCI Express. Díky tomu budou zachovány a dále využity investice vynaložené na systémy a produkty s PXI. Na obr. 3 je ukázáno předpokládané použití sběrnice PCI Express v osobních počítačích a měřicích systémech. Zatímco v polovině roku 2004 se objevily první PC se sběrnicí PCI Express, v roce 2005 byla schválena specifikace sběrnice CompactPCI Express a od ní odvozené sběrnice PXI Express.

Příštích pět let

Firma National Instruments, jeden z hlavních propagátorů systémů s PXI, věří v pokračování růstu tohoto segmentu tempem přes 40 % ročně. Standard PXI se stává jedním z nejrychleji se rozšiřujících průmyslových standardů od příchodu GPIB v 60. letech dvacátého století. Velké investice firem sdružených v PXISA (PXI System Alliance) a vlastnosti sběrnice CompactPCI tento růst umožňují a díky novým produktům rozšiřují funkce a možnosti použití systémů s PXI. Příchod sběrnice PCI Express nejenže neukončí slibný růst standardu PXI, ale díky vytvoření hybridních slotů přitáhne další uživatele, kteří potřebují měřicí nebo řídicí systém s velkým výkonem a dlouhodobou kompatibilitou zajišťující jim ochranu jejich investic.

Ing. Radim Štefan,
National Instruments (Czech Republic), s. r. o.

National Instruments Czech Republic, spol. s r. o.
Národní třída 19/949
110 00 Praha 1
tel.: +420 224 235 774
fax: +420 224 235 749
e-mail: ni.czech@ni.com
http://www.ni.com/czech