Mätsystem som bygger på PXI har den fördelen att de kan snabbas upp i takt med att nya, snabbare processorer når marknaden. Den här artikeln beskriver världens första PXI-system med en Intel Xeon-processor och PCI Express Gen 3.

Under de senaste två decennierna har de tekniska innovationerna skett i ett snabbare tempo än vad någon kunnat förutspå. Innovationshastigheten har fortsatt att följa Moores lag och den visar inga tecken på att sakta ned. Det tog ungefär 18 år att gå från den första mobiltelefongenerationen till 2G men det senaste skiftet, från 3G till LTE, har gått på bara sex år. Världen och tekniken utvecklas hela tiden. Ett resultat av det är att komplexiteten i produkterna ständigt ökar. När Internet-of-Things nu blir verklighet, och vi kopplar upp alla saker trådlöst, kommer trenden att hålla i sig även de kommande två decennierna.

Nya utmaningar
Den ökade komplexiteten i produkterna adderar nya utmaningar för den som ska testa dem. Det gäller från det tidiga prototypskedet till volymproduktionen. Det krävs många iterationer i utvecklings- och testprocessen för att försäkra sig om att kunden får en fullt fungerande produkt. Den ökande komplexiteten testar också gränserna för beräkningskraft och bandbredd. Ingenjörer som utvecklar testsystem har den knepiga uppgiften att sänka kostnaden och korta testtiderna samtidigt som de aldrig får ge avkall på kvaliteten. Kortare livscykler är en annan utmaning för industrin. Ofta krävs dyrbara modifieringar av testsystemen för att klara en ständigt växande lista med funktioner som ska testas. Ett svårt problem när man designar ett testsystem är att förutse hur produkten kommer att utvecklas och försäkra sig om att även nya funktioner kan testas utan att systemet behöver modifieras.

Skalbar arkitektur
För att möta de här utmaningarna blir det allt vanligare att ingenjörerna väljer arkitekturer som tillåter skalbarhet och flexibilitet. “Under de senaste två decennierna har vi sett en gradvis övergång från traditionella instrument till förmån för PXI-plattformen vid automatiserad test”, säger Jessy Cavazos, industriansvarig för test- och mätinstrument (Industry Manager for Measurement and Instrumentation) på Frost & Sullivan, en global konsultfirma. Enligt Frost & Sullivan kommer modulära lösningar i genomsnitt att växa med över 18 procent per år de kommande sex åren.
De senaste innovationerna i konsumentprodukterna utgör en utmaning för traditionella instrument. Orsaken är att processorerna sätter gränsen för vilken hastighet som data kan bearbetas med.
För att förstå det här kan vi ta en FFT-baserad spektrumanalysator. Även det snabbaste instrumentet på marknaden använder bara 20 procent av tiden till att fånga signalen. Återstående 80 procent används för att processa data enligt en given algoritm. För varje gång som de trådlösa protokollen kommer i en ny version blir beräkningarna allt mer krävande. Instrumenttillverkarna har svarat med att skruva upp klockhastigheten för att lösa problemet. Men då kurvan för klockhastigheter är på väg att plana ut, är frågan om traditionella instrument verkligen kommer att klara av att möta kraven på kortare testtider när de ställs inför allt komplexare uppgifter?
Förutom utmaningen med att processa data tillräckligt snabbt blir förmågan att flytta data mellan olika enheter allt viktigare. Traditionella instrument gör normalt beräkningarna internt och levererar resultatet, ”pass/fail”, till värddatorn. Det mesta av signalbehandlingen är dolt i instrumentet och möjligheten att skicka rådata till värddatorn begränsas av instrumentets bandbredd. Den här bristen på bandbredd gör det omöjligt för värddatorn att göra efterbehandling av data och därmed att utföra någon form av realtidsanalys.

Stora datamängder
Begränsningarna blir allt mer uppenbara när stora datamängder måste samlas in och processas. Ett exempel är utvecklingen av 5G, nästa generations mobilstandard. Industrin räknar med att starta utvecklingen av produktionsfärdiga testsystem för 5G år 2018. Det är av största vikt att försäkra sig om att dessa testsystem baseras på plattformar som kan hantera den ökade bandbredden.
Lanseringen av industrins första chassi med PXI Express Gen 3 tillsammans med den första PXI Express-kontrollern med en 8-kärnig Intel Xeon-processor är den senaste innovationen i PXI-plattformen. Kombinationen av dubblerad beräkningskraft och dubblerad systembandbredd ger det mest högpresterande systemet på hela PXI-plattformen.
Applikationerna kräver allt mer bandbredd. Forskning kring 5G-hårdvara och applikationer som spektrumanalys testar gränserna för vad mäthårdvaran klarar av. Därför måste utvecklarna välja en mätplattform som är kapabel att flytta dessa enorma datamängder från mäthårdvaran till processorn så att data kan analyseras, processas och lagras.
Bakplanet har länge varit en sak som utmärkt PXI-plattformen. Arkitekturen, som baseras på PCI och PCI Express, erbjuder ett kraftfullt gränssnitt till kontrollern där beräkningarna kan utföras. Dessutom medför delade samplingsklockor och kanaler för dedikerade triggers att de är särskilt lämpade för test- och mätsystem. Den snabba utvecklingen i PC-industrin har lett till utvecklingen av PCI Express och därmed en rad förbättringar av den maximala datahastigheten. Den nyligen lanserade versionen PCI Express Gen 3.0 har tagit ytterligare ett steg mot högre prestanda och möjliggör överföring av 1 GByte/s och kanal. Den utvecklingen har anammats i PXI-plattformen.

Det nya chassit NI PXIe-1085 har 24 kanaler PCIe Gen 3.0 vilket ger en överföringshastighet på 24 GByte/s mellan instrument och kontroller.
Med all data som ska flyttas från instrumenten till processorn är det väsentligt att också ha kapacitet för att bearbeta den.

Flerkärniga processorer
Möjligheten att skruva upp klockhastigheten för att öka beräkningshastigheten är på väg att nå vägs ände. Vi kan därför inte längre enbart förlita oss på högre klockhastigheter för att erhålla högre prestanda.

Traditionella instrument, där processorn är densamma under hela instrumentets livstid får kämpa med att hålla jämna steg med det stigande behovet av beräkningskraft över sin livstid vilket leder till ett kostsamt prestandagap.


Genom att använda ett modulärt och PXI-baserat testsystem går det att uppgradera processorn på att ekonomiskt sätt för att möta ständigt ökande krav på beräkningsprestanda.

Användningen av flerkärniga processorer har varit en viktig funktion i serverarkitekturer under ett antal år och trenden håller på att leta sig ned även till konsumentelektroniken.
För att kunna öka prestanda måste även test- och mätsystem använda flerkärniga processorer.

Den nya PXIe-8880 möjliggör fler kärnor på PXI-plattformen än någonsin tidigare. För att få ut maximalt av den utökade beräkningskapaciteten kan det krävas noggrann planering och en avancerad mjukvaruarkitektur. Alternativt kan man använda en utvecklingsmiljö som av naturen är parallell, som LabView, som automatiskt går igenom koden och exekverar den på flera kärnor parallellt.
Produkterna kommer att bli allt komplexare, de trådlösa standarderna kommer att kräva allt större bandbredder och kraven på beräkningskraft kommer att fortsätta att öka. Flexibiliteten och kraften i PXI-plattformen garanterar att utvecklarna även i framtiden kan hantera de ökande kraven som ställs på testsystemen.

Om författaren: Aaron Edgcumbe, marknadsföringsingenjör för automatiserade test (Automated Test Marketing Engineer), National Instruments

Filed under: Matteknik