為您的測(cè)量應(yīng)用選擇合適的總線

NI Labview 2009延續(xù)了直觀的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境以及數(shù)據(jù)采集硬件與PC總線的無(wú)縫集成。面對(duì)多種總線上超過(guò)200種的不同硬件設(shè)備，如何選擇一款總線來(lái)滿足您的應(yīng)用需求？該白皮書(shū)討論了可供選擇的總線，并概述了您在為測(cè)量應(yīng)用選擇最佳總線時(shí)需要考慮的各種因素。

目錄

在選擇最佳總線時(shí)您需要回答的五個(gè)問(wèn)題

1. 我將通過(guò)該總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有多少？

2. 我的單點(diǎn)I/O需求是什么？

3. 我需要實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備的同步么？

4. 該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有怎樣的便攜性？

5. 我的測(cè)量結(jié)果距離我的計(jì)算機(jī)有多遠(yuǎn)？

我將通過(guò)該總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有多少？

所有的PC總線均對(duì)于在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量有一定的限制。這被稱為總線帶寬，通常以每秒兆字節(jié)（MB/s）為 表述單位。如果動(dòng)態(tài)波形測(cè)量在您的應(yīng)用中很重要，請(qǐng)必須考慮一種具有足夠帶寬的總線。

總帶寬可以為多臺(tái)設(shè)備間共享或?yàn)槟撑_(tái)設(shè)備專用，這取決于您所選用的總線，例如，PCI總線為計(jì)算機(jī)上所有PCI設(shè)備提供了共享132 MB/s的理論帶寬。提供專用帶寬的總線，如PCI Epresss和快速PXI Express，實(shí)現(xiàn)了每臺(tái)設(shè)備的最大數(shù)據(jù)吞吐量。

在進(jìn)行波形測(cè)量時(shí)，您需要一定的采樣率和精度，這基于您的信號(hào)頻率而確定。您可以通過(guò)將每個(gè)采樣點(diǎn)的字節(jié)數(shù)（如不滿一個(gè)字節(jié)則進(jìn)位到一字節(jié)）分別與采樣率、通道數(shù)相乘，計(jì)算所要求的最低帶寬。

例如，一臺(tái)16-bit的設(shè)備（兩個(gè)字節(jié)），其四路通道的采樣率為4 MS/s，有：

您的總線帶寬需要能夠滿足正在被采集的信號(hào)的速率，而且，重要的是，注意到實(shí)際系統(tǒng)的帶寬將會(huì)低于總線的理論帶寬。實(shí)際帶寬取決于系統(tǒng)中設(shè)備的數(shù)目和開(kāi)銷帶來(lái)的任何額外總線流量。若您需要在眾多的通道上傳輸大量的數(shù)據(jù)，帶寬可能是在選擇您數(shù)據(jù)采集總線時(shí)最為重要的考慮因素。

我的單點(diǎn)I/O需求是什么？

要求單點(diǎn)讀寫(xiě)的應(yīng)用常常要求I/O數(shù)值的一致性與及時(shí)性。如果基于總線架構(gòu)如何在軟硬件中實(shí)現(xiàn)，單點(diǎn)I/O需求可能會(huì)成為您選擇總線的決定性因素。

總線時(shí)延是I/O的響應(yīng)特性。它是指驅(qū)動(dòng)程序軟件函數(shù)被調(diào)用時(shí)刻與該I/O的實(shí)際硬件數(shù)值被更新時(shí)刻之間的時(shí)間延滯。取決于您所選擇的總線，該時(shí)延范圍可能從少于1微妙到數(shù)毫秒。

例如，在一個(gè)PID控制系統(tǒng)中，該總線時(shí)延可能會(huì)直接影響控制循環(huán)的最大速率。

單點(diǎn)I/O應(yīng)用中另一個(gè)重要因素便是確定性，它用于度量I/O如何一致地執(zhí)行。與響應(yīng)特性會(huì)發(fā)生改變的總線相比，那些在與I/O通信時(shí)總是具有相同時(shí)延的總線擁有更高的確定性。確定性對(duì)于控制應(yīng)用很重要，因?yàn)樗苯佑绊懥丝刂蒲h(huán)的可靠性，而許多控制算法是基于該控制循環(huán)將總是以恒定速率執(zhí)行為前提設(shè)計(jì)的。任何相對(duì)期望速率的偏離都將使得整個(gè)控制系統(tǒng)降低效率。

從軟件層面來(lái)討論通信總線如何被實(shí)現(xiàn)，對(duì)于總線時(shí)延和確定性有著重要的作用。支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的總線與軟件驅(qū)動(dòng)程序?qū)⑻峁┳罴训拇_定性，進(jìn)而為您提供最高的性能。一般情況下，內(nèi)部總線，如PCI Epress和PXI Epresss，比外部總線（如USB或無(wú)線）更適合低時(shí)延的單點(diǎn)I/O應(yīng)用。

我需要實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備的同步么？

許多測(cè)量系統(tǒng)存在復(fù)雜的同步需求，無(wú)論它是實(shí)現(xiàn)數(shù)百個(gè)通道的同步還是實(shí)現(xiàn)多種類型儀器的同步。例如，一個(gè)激勵(lì)響應(yīng)系統(tǒng)可能會(huì)要求輸出通道共用同一個(gè)采樣時(shí)鐘，使用觸發(fā)作為輸入通道以實(shí)現(xiàn)I/O的相關(guān)操作，并更好地分析其結(jié)果。NI不同總線上的數(shù)據(jù)采集設(shè)備都提供了這一功能。幾乎所有的NI數(shù)據(jù)采集（DAQ）設(shè)備都提供對(duì)可編程多功能輸入（PFI）端的訪問(wèn)（PFI可用于實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘與觸發(fā)信號(hào)在不同設(shè)備間的路由），以及在NI-DAQmx中通過(guò)軟件方便地配置這些PFI端口。然而，某些總線擁有額外的、內(nèi)置的定時(shí)與觸發(fā)線路，以使得多設(shè)備的同步盡可能地方便。PCI與PCI Express設(shè)備提供了實(shí)時(shí)系統(tǒng)集成（RTSI）總線，通過(guò)此總線，一個(gè)臺(tái)式系統(tǒng)的多只板卡可以在機(jī)箱內(nèi)部直接用導(dǎo)線連接。這樣免除了從前面連接端子額外接線，并簡(jiǎn)化了I/O的連接。

對(duì)于多臺(tái)設(shè)備的同步，最佳的總線選擇便是PXI平臺(tái)，包括PXI和PXI Express。該開(kāi)放性標(biāo)準(zhǔn)特別適合高性能的同步與觸發(fā)，并對(duì)于同一塊底板內(nèi)的I/O模塊的同步以及多塊底板的同步，具有大量不同的可選方案。

該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有怎樣的便攜性？

引入便攜式計(jì)算為工程師和科學(xué)家們提供了新的利用基于PC的數(shù)據(jù)采集進(jìn)行創(chuàng)新的方式。便攜性對(duì)于許多應(yīng)用都是一項(xiàng)重要的因素，而且可能會(huì)輕易地成為選擇一種總線而不是另一種總線的主要理由。例如，車載數(shù)據(jù)采集應(yīng)用獲益于緊湊且方便運(yùn)輸?shù)挠布Ｍ獠靠偩€，如USB和以太網(wǎng)，特別適合于便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因?yàn)槠淇焖俚挠布惭b和與便攜式電腦的兼容性?？偩€供電的USB設(shè)備提供了額外的便利，因?yàn)樗鼈儾恍枰峁┮粋€(gè)分立的電源供應(yīng)。采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸總線是實(shí)現(xiàn)便攜性的另一個(gè)較好的選擇，因?yàn)樵摐y(cè)量硬件自身變?yōu)楸銛y式的，而該計(jì)算機(jī)仍可放在原有位置。

測(cè)量結(jié)果距離我的計(jì)算機(jī)有多遠(yuǎn)？

您需要進(jìn)行測(cè)量的位置和計(jì)算機(jī)所處的位置之間的距離，可能會(huì)因應(yīng)用而異。為實(shí)現(xiàn)最佳的信號(hào)完整性和測(cè)量精度，您應(yīng)當(dāng)將您的數(shù)據(jù)采集硬件放置在盡可能靠近信號(hào)源的地方。這對(duì)于大規(guī)模分布式測(cè)量（如那些面向結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)或環(huán)境監(jiān)測(cè)的應(yīng)用）可能會(huì)成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)?？缭酱髽蚧蚬S地面布置很長(zhǎng)的線纜，不僅成本高昂，而且會(huì)引入噪聲。解決該問(wèn)題的方法便是利用便攜式計(jì)算平臺(tái)將采集系統(tǒng)移至更接近信號(hào)源的地方。利用無(wú)線技術(shù)，計(jì)算機(jī)與測(cè)量硬件之間的有線連接被去除，您可以進(jìn)行分布式測(cè)量并將該數(shù)據(jù)回傳至中央位置。