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X系列設備是美國國家儀器公司設計至今最高級的多功能數據采集(DAQ)設備。其增強特性可滿(mǎn)足最苛刻的測量、測試和控制應用。 X系列設備可采用USB、PCIExpress和PXIExpress總線(xiàn)，每種設備都包含模擬I/O、數字I/O和4個(gè)32位計時(shí)器/定時(shí)器。 X系列設備將基于PC的多功能I/O的性能提升至新高度。設備包含了NI-STC3定時(shí)與同步技術(shù)、針對USB的NI信號流技術(shù)和本地PCIExpress接口以及針對多核處理器的驅動(dòng)軟件。 X系列技術(shù) 為了拓展多功能設備的功能性和靈活性，使其遠遠超越過(guò)去的產(chǎn)品，X系列設備集成了三項主要技術(shù)： 1.NI-STC3定時(shí)和同步技術(shù) 2.面向USB和PCIExpress/PXIExpress的高速總線(xiàn)接口 3.并行軟件執行 NI-STC3定時(shí)及同步技術(shù) 所有多功能數據采集硬件都通過(guò)板載定時(shí)電路控制模擬、數字和計數器I/O線(xiàn)；定時(shí)ASIC技術(shù)的演變已逾數十年。X系列DAQ家族融入可提供4個(gè)改進(jìn)式計數器的新型NI-STC3技術(shù)、100MHz時(shí)基，以及其它針對I/O定時(shí)和觸發(fā)的功能。 4個(gè)改進(jìn)式計數器 新型NI-STC3技術(shù)進(jìn)一步拓展了計數器通道，可提供4個(gè)具有32位分辨率的100MHz計數器。不僅單一X系列設備具有4個(gè)計數器，而且以前需要2個(gè)計數器的操作現在都能通過(guò)單一計數器通道實(shí)現。舉例來(lái)說(shuō)，您正在控制步進(jìn)電機時(shí)，往往就需要生成數量有限的數字脈沖；過(guò)去，這需要使用一個(gè)計數器連續生成脈沖并使用另一個(gè)計數器為這些傳送至電機的脈沖加門(mén)限信號。單個(gè)NI-STC3計數器即可完成該任務(wù)，即：?jiǎn)我籜系列設備可控制最多4個(gè)步進(jìn)電機。 100MHz時(shí)基 各款數據采集設備的板載時(shí)基，是驅動(dòng)所有數字電路的心臟。從采樣時(shí)鐘至觸發(fā)線(xiàn)的各類(lèi)應用，均使用此時(shí)基作為板載參考，繼而生成時(shí)鐘頻率并鎖存數字邊緣。NI-STC3技術(shù)使用新型100MHz時(shí)基實(shí)現各類(lèi)模擬和數字定時(shí)，速率比之前發(fā)行的各類(lèi)NIDAQ設備快5倍。這意味著(zhù)：采樣頻率的精度是先前的5倍，而且模擬觸發(fā)器能夠在觸發(fā)條件滿(mǎn)足時(shí)于10ns內作出響應。 獨立定時(shí)引擎,針對模擬和數字I/O 數據采集設備的高級定時(shí)和觸發(fā)功能，經(jīng)常需要通過(guò)板載計數器和復雜信號路由獲得特定的硬件定時(shí)性能。NI-STC3技術(shù)為多功能設備上的各類(lèi)I/O，提供完全獨立的采樣時(shí)鐘和觸發(fā)。舉例來(lái)說(shuō)，可重觸發(fā)式采集需要等待觸發(fā)條件得到滿(mǎn)足，采獲數量有限的樣本，再立即重新裝配觸發(fā)器準備新一輪采樣。使用驅動(dòng)軟件函數來(lái)重新裝配觸發(fā)器又有可能因軟件延遲而錯過(guò)新一輪觸發(fā)；因此，獲得最佳性能可能需要硬件定時(shí)方式。過(guò)去，計數器是執行硬件定時(shí)重觸發(fā)的唯一途徑；計數器生成的可重觸發(fā)脈沖序列被內部路由并作為模擬輸入采樣時(shí)鐘。 同時(shí)，結合新型X系列DAQ板卡提供的NI-STC3技術(shù)，模擬通道不再需要使用計數器執行可重觸發(fā)式采集，觸發(fā)器也能獨立對自身進(jìn)行重新裝配而無(wú)需軟件干預。新型獨立定時(shí)功能的另一典型范例是新型專(zhuān)用時(shí)鐘，它能夠采集或生成硬件定時(shí)的數字波形。 高速總線(xiàn)接口 X系列設備針對高吞吐率應用集成了多項增強功能，即需要從設備和PC內存傳輸或接受大量數據的應用。USBX系列設備包含了NI信號流技術(shù)。PCIExpress和PXIExpressX系列設備包含PCIExpress本地接口，實(shí)現最大吞吐率和低延遲。 專(zhuān)利NI信號流技術(shù) USBX系列設備包含專(zhuān)利的NI信號流技術(shù)，它采用基于消息的傳輸和設備端智能來(lái)確保USB上的高速雙向數據傳輸。 圖2.USBX系列包含NI-STC3技術(shù)用于高級定時(shí)和觸發(fā)，以及NI信號流技術(shù)可最大化USB總線(xiàn)吞吐率。 利用該技術(shù)，NI能夠首次在多功能USB設備上實(shí)現兩臺設備的同步采集，兩臺設備8條模擬輸入的采樣率分別為1.25MS/s和2MS/s，并包含32或64MS的板載內存。所有通道上的高采樣率使該設備成為便攜式超聲波測試和瞬態(tài)記錄應用的理想選擇。此類(lèi)設備的長(cháng)期運行取決于主機PC、采樣率和通道數。 本地PCIExpress接口 隨著(zhù)PCIExpress的引入以及它融入PXIExpress標準，測量系統中曾經(jīng)存在的數據瓶頸逐漸消失。不同于提供132MB/s共享帶寬的PCI，PCIExpress可向各款設備提供專(zhuān)用串行通道，而且各個(gè)方向上的理論帶寬達250MB/s。 某些數據采集設備通過(guò)橋接器的方式將PCI設計轉換為PCIExpress，這樣得到的帶寬與PCI相同并加入了時(shí)延。相反，NIX系列自行提供配有完整PCIExpress帶寬的x1（“乘1”）PCIExpress和PXIExpress接口。面向PCIExpress的X系列可在PCIExpress插槽中使用，從x1直至x16。 圖3.面向PCIExpress的X系列可在各類(lèi)PCIExpress插槽中使用，從x1到x16. 此外，X系列包含8條DMA通道，無(wú)需CPU交互或另行編程，即可在設備和PC內存之間直接讀寫(xiě)數據。這8條通道提供的并行數據讀寫(xiě)，針對模擬I/O、數字I/O和全部4個(gè)計數器/定時(shí)器�？扇菁{127個(gè)樣本的擴展型FIFO面向全部4個(gè)32位計數器，現在能夠以遠高于先前設備的速度執行緩沖式定時(shí)器操作（如：事件計數或生成PWM輸出）。 與大多數內部總線(xiàn)相同，PCIExpress極低的延遲非常適合封閉循環(huán)控制應用程序。X系列設備還拓展了設備中所有子系統的硬件定時(shí)型單點(diǎn)執行性能。 多核PC上的并行處理 若要充分利用DAQ設備上的并行硬件子系統，您需要借助高性能驅動(dòng)程序和應用軟件。 NI-DAQmx作為面向X系列的驅動(dòng)軟件，為各類(lèi)信號測量和生成提供簡(jiǎn)單、一致的API。NI-DAQmx屬于多線(xiàn)程，這意味著(zhù)：用戶(hù)開(kāi)發(fā)的應用程序能夠將測量與生成任務(wù)的處理分割為單獨的線(xiàn)程。通過(guò)NILabVIEW、NILabWindows?/CV、C/C++、VisualBasic6和.NET等多個(gè)編程環(huán)境，均可調入NI-DAQmx。 結合NILabVIEW，用戶(hù)能夠最便捷地連接NI-DAQmx并優(yōu)化數據采集應用，實(shí)現在多核計算機上的使用。用戶(hù)可為各個(gè)測量任務(wù)創(chuàng )建While循環(huán)；NILabVIEW自動(dòng)將您的應用程序劃分為多個(gè)線(xiàn)程。操作系統繼而能夠在一個(gè)或多個(gè)CPU內核里，管理這些線(xiàn)程的最優(yōu)化執行。例如，一個(gè)While循環(huán)用于比例積分微分(PID)控制并在一個(gè)內核上運行，一個(gè)While循環(huán)在另一個(gè)內核上處理快速傅里葉變換(FFT)。 圖4.用戶(hù)能夠使用LabVIEW中的并行While循環(huán)，在不同CPU內核上處理DAQ設備I/O PCIExpress和PXIExpressX系列設備需要NI-DAQmx9.0或更高版本，USBX系列設備需要NI-DAQmx9.2或更高版本。NI-DAQmx9.0添加了2項強大特性： 1.快速、輕松的數據記錄。用戶(hù)往往需要將采集的數據記錄至磁盤(pán)，進(jìn)行后期處理或趨勢追蹤。用戶(hù)現在可借助NI-DAQmx將單個(gè)“DAQmx配置記錄”VI添加至NI-DAQmx任務(wù)，繼而將數據記入技術(shù)數據管理流(TDMS)測量文件。這種編寫(xiě)TDMS文件的方法也極為快捷：之前的測試表明磁盤(pán)上的寫(xiě)入速率可能超過(guò)1GB/s。 2.面向X系列的多設備任務(wù)。對于結合X系列的高通道數應用，您能夠輕松實(shí)現多個(gè)設備間的同步。對于PCIExpressX系列，您需要將它們和實(shí)時(shí)系統集成(RTSI)電纜相互連接。對于PXIExpressX系列，模塊能夠通過(guò)PXIExpress背板上的定時(shí)和觸發(fā)總線(xiàn)彼此同步。NI-DAQmx9.0將多設備任務(wù)引入X系列，這意味著(zhù)用戶(hù)可創(chuàng )建1組包含2個(gè)設備的測量代碼，NI-DAQmx自動(dòng)管理著(zhù)采樣時(shí)鐘的共享。 圖5.NI-DAQmx驅動(dòng)軟件借助多設備任務(wù)，輕松同步2個(gè)或者更多的X系列設備 結論 改進(jìn)定時(shí)和觸發(fā)、總線(xiàn)傳輸和數據處理之后的NIX系列設備，代表美國國家儀器公司設計且處于技術(shù)最前沿的DAQ設備。利用PCIExpress和多核處理器等最先進(jìn)的PC技術(shù)，它現在能夠創(chuàng )建經(jīng)濟的測量和控制系統，提供信號至軟件級的并行技術(shù)。 |
