г. Зеленоград, Савёлкинский проезд, 4, 6 этаж
Российские измерительные системы и приборы
Заказать звонок
    ENG

Комбинированные тестовые системы в открытых стандартах AXIe+PXIe — 2

Дата публикации: 7 Дек 2021
Уважаемые коллеги!

Представляем Вам новую статью "Комбинированные тестовые системы в открытых стандартах AXIe+PXIe — 2"

В мае 2020 года мною была опубликована статья «Комбинированные тестовые системы AXIe+PXIe-новый тренд или временное явление». Она была посвящена анализу направлений развития автоматизированных тестовых систем из модульных приборов в стандартах AXIe и PXIe. Статья вызвала большой интерес читателей. В ходе различных обсуждений мне пришлось отвечать на множество вопросов заинтересованных специалистов по технологии и методам построения современных тестовых систем. Однако, с тех пор уже прошло полтора года, за которые произошли существенные изменения, появились новые российские приборы в стандартах AXIe и PXIe, существенно расширившие возможности построения комбинированных тестовых систем. Кроме того, компания Keysight Technologies начала активно предлагать тестовые решения, объединяя PXIe и AXIe шасси в рамках одной системы. Именно этим изменениям и посвящена данная статья.

Современные требования к модульным приборам

Сначала рассмотрим ряд общих вопросов построения современных тестовых систем. С одной стороны, так как модульные тестовые системы формируются из модульных приборов, то, вполне логично что, именно возможности модульных приборов определяют возможности систем. С другой стороны требования к системам постоянно растут, и для их удовлетворения необходимы новые модульные приборы.

В чем отличия современных тестовых систем от тех, что были востребованы 15-20 лет назад? Почему в новых системах лучше применять новые открытые стандарты?

Это достаточно серьезная тема, определяющая направления развития как систем, так и модульных приборов. Мне могут задать вопрос о том, что в открытых стандартах базовые параметры приборов по мощности и габаритным размерам напрямую заданы в стандартах, и этим стандарты могут ограничивать возможности приборов. Это верно, именно поэтому появляются новые стандарты, а теперь и их комбинации для расширения возможностей систем следующего поколения

Выделим несколько базовых требований к современным модульным приборам

  • скорость работы интерфейса модульного прибора с компьютером

Скорость работы интерфейса модульного прибора с ПК — это важнейший вопрос. От скорости интерфейса напрямую зависит скорость передачи данных между прибором и компьютером и их объем. Если раньше это был GPIB IEEE-488.2, потом VXI, то теперь, в основном, это PCIe Gen 2 или Gen 3. Стандарт PXI на основе параллельной магистрали PCI продержался дольше, но и сейчас он стремительно сходит со сцены, и его участь предрешена, потому что все основные производители уже перешли на PXIe. Скорость передачи данных, основанная на стандарте PXIe, превзошла предыдущие решения в 1000 и более раз. Интерфейс PCIe в современных модульных приборах — это основа стандартов PXIe и AXIe-1. Поэтому только в этих стандартах можно решить задачи, требующие высоких скоростей. К этим задачам относятся все высокоскоростные интерфейсы такие как Space Wire, Space Fibre, Fibre Channel, Serial Rapid IO и многие другие, которые начали широко применяться в новых объектах контроля.

  • мощность на слот и физические размеры модуля

Мощность на слот и физические размеры модуля — это важный параметр. В цифровых системах, в сложных приемопередающих приборах, в релейных коммутаторах, в источниках питания и многом другом сложном оборудовании мощность на слот весьма велика и часто достигает 300 — 350 Вт на слот. Я напомню, что в стандарте VXI мощность на слот ограничена 120 Вт на слот, в стандарте PXI 30 Вт на слот, в стандарте PXIe 70 Вт на слот, в стандарте AXIe 200 Вт на слот, в расширенной версии AXIe-wide 350 Вт на слот. Когда мощности на один слот не хватает, разработчики при создании прибора объединяют несколько слотов и, таким образом, ее увеличивают. Часто такой прием используют в стандарте PXI: некоторые приборы занимают до 9 слотов.

Помимо мощности очень важны физические размеры модуля. Когда модуль небольшого размера (например, PXIe 100x160x20 мм), в нем сложно разместить многие типы приборов, особенно коммутаторы. Для создания таких приборов приходится объединять несколько слотов. Примером являются решения фирмы Pickering, занимающейся производством PXI коммутаторов. Некоторые из них занимают по 9-10 слотов. Аналогичные решения имеются у компаний National Instruments и Keysight. Для таких приборов предпочтительна реализация в стандарте AXIe, в котором предусмотрены большие габариты (333x240x30 мм) и большая мощность на слот. Однако, многие типы модулей идеально укладываются по габаритам в стандарт PXIe, и при их реализации в стандарте AXIe в модуле останется большое количество свободного места. Можно, конечно, в разы увеличить количество каналов, но для многих задач они будут не нужны, а цена резко вырастет. Примером являются модули интерфейсов магистралей МКО, ARINC429 и др. В этом случае решения в стандарте PXIe будут оптимальными.

Поэтому правильная комбинация приборов в стандартах PXIe и AXIe позволяет строить тестовые системы, сочетающие в себе как высокие скорости интерфейсов, так и габариты модулей, и требуемые мощности на слот. Этот факт в пользу комбинированных систем из приборов в стандартах PXIe и AXIe.

Из вышесказанного понятно модули каких стандартов применяются для построения современных тестовых систем. Следующим шагом будет анализ модулей, из которых и будут строится системы. При этом следует разделить набор модулей на ранее существующие и вновь появившиеся. И если на ранее существующие есть описания и определенный опыт работы с ними, то новые приборы следует описать подробнее.

Что появилось нового в стандарте AXIe? 

Сперва важно отметить, что в 2018 году в РФ был принят государственный стандарт «Архитектура базовая построения систем контрольно-измерительной аппаратуры АХ1е-1» (ГОСТ 58286-2018). Его принятие было мудрым и весьма своевременным шагом со стороны Росстандарта и добавило легитимности российским разработкам тестовых систем в данном стандарте.

В 2020-2021 годах холдингом «Информтест» были разработаны новые шасси в стандарте AXIe-1:

  • шасси на 6 слотов СН-06 AXIe-1 повышенной мощности (350 Вт на слот) с усиленным охлаждением. По сравнению с базовой версией шасси в стандарте AXIe (200 Вт на слот) возможности такого шасси существенно расширены. Фактически оно стало близким аналогом шасси Keysight M9506A в стандарте AXIe-1, которое позволяет рассеивать до 300 Вт на слот и также появился в 2020 году.
  • шасси на 14 слотов СН-14 AXIe-1 повышенной мощности (350 Вт на слот). Появление шасси в стандарте AXIe-1 с такими возможностями напрямую связано с появлением нового поколения модульных приборов (цифровых многоканальных векторных процессоров P128C200, многоканальных модульных источников питания и протокольных тестеров), которые отличаются высоким энергопотреблением и требуют большей мощности на слот, чем позволяет базовая версия стандарта AXIe-1 (200 Вт на слот).

2.jpg

  • шасси на 1 слот BOX AXIe-1 (200 Вт на слот) и BOX AXIe-1 HP повышенной мощности (350 Вт на слот). Следует отметить, что данные шасси имеют встроенные контроллеры магистрали и обеспечивают обмен с компьютером по интерфейсу PCIe Gen3 и LAN. Такие шасси умещаются по высоте в 1U (BOX AXIe-1) и 2U (BOX AXIe-1 HP) и позволяют превращать модульные приборы, выполненные в стандарте AXIe-1, в обычные удобные для установки в 19” стойки различного исполнения. При необходимости такие шасси используются для модульных приборов в версии AXIe-0, работая через LAN порт, встроенный в шасси.

3.jpg

Применяя носитель модулей PXIe, мы получаем компактное шасси для мини-систем, на 2 модуля PXIe высотой всего в 1U, что весьма удобно при установке в 19” стойку. Таким образом, потребители получают возможность комбинировать AXIe и PXIe модули в рамках одной системы. К такой комбинации подталкивает невысокая стоимость таких шасси, удобные физические размеры (1U или 2U) и одинаковые хост адаптеры для AXIe-1 и PXIe по магистрали PCIe, устанавливаемые в компьютер. 

В линейку новых приборов в стандарте AXIe, которые появились в 2020 году, также входят аттенюатор-усилитель RFATT AXIe-0, генератор сигналов высокочастотный ГСМ AXIe (до 10 ГГц), анализатор спектра модульный АСМ AXIe (10 ГГц) в версии AXIe-0, цифровой модуль PIN электроники P128C200 (128 каналов, 250 Мгц, PPMU в AXIe-1), тестер интерфейса SpaceWire SPW N8 AXIe-1 (8 каналов SW 400 мбит/канал) в стандарте AXIe-1 и многие другие. В 2021 году появился модульный осциллограф цифровой ОСЦ7 AXIe-1 в двух версиях на 4 и на 8 каналов. Также появились несколько типов различных коммутаторов в стандарте AXIe-0. Более подробно с их техническими характеристиками можно ознакомиться на сайте www.informtest.ru

Из вышесказанного очевидно: возможности построения тестовых систем в стандартах AXIe-0 и AXIe-1 существенно расширились за счет появления новых модульных приборов. Благодаря носителю НМPXIe AXIe-1 в системах стандарта AXIe-1 модули PXIe стали выступать в роли нового поколения высокоскоростных мезонинных модулей, оставаясь полностью функциональными модулями PXIe. Это решение интересно, в случае, если в состав системы стандарта AXIe-1 требуется добавить несколько PXIe модулей. Конечно, носители НМPXIe AXIe-1 тоже имеют свою цену, но она намного меньше, чем цена PXIe шасси с контроллером. Однако, если количество применяемых носителей НМPXIe AXIe-1 будет большим, то их цена превысит стоимость PXIe шасси с контроллером. Еще одним фактором комбинирования AXIe-1 и PXIe решений с носителями НМPXIe-AXIe-1 является потребность для некоторых систем собрать все модули в одном шасси с единым управлением. Универсальные мезонинные модули предыдущего поколения (48 типов) также успешно интегрированы в состав систем через модули носители НМ AXIe-0, MezaBox LXI, НМ-VXI.


Что нового появилось в стандарте PXIe?

В начале 2020 года в стандарте PXIe, было доступно только одно 14-слотовое шасси российского производства и носитель PXIe модулей НМPXIe AXIe-1. Для построения полноценной системы этого недостаточно, хотя с использованием импортных модулей что-то можно было построить. Однако уже в 2021 году линейка шасси и модулей PXIe российского производства существенно расширилась:

  • шасси СH-14 PXIe-PC в стандарте PXIe со встроенным компьютером высокой производительности. 

6.jpg

  • хост-адаптер PCIe Gen 3 для связи компьютера с контроллером шасси СН-14 PXIe. Особо следует отметить, что данный хост адаптер используется для работы как с PXIe шасси, так и для AXIe-1 шасси без каких-либо изменений.
  • шасси-моноблок СН-10 PXIe, разработанное в 2021 году. Шасси имеет встроенный компьютер и монитор и представляет собой законченный мобильный комплекс, рассчитанный на установку до 10 модулей в стандарте PXIe. Шасси имеет мощный источник питания 1200 Вт, который обеспечивает мощность до 100 Вт на слот, тачскрин дисплей 10,4”, все типы синхронизации по стандарту PXIe и дополнительное управление по LAN.
  • компактное шасси CH-06 PXIe на 6 рабочих слотов, разработанное в конце 2021 года. Шасси имеет источник питания 500 Вт, обеспечивающий мощность до 70 Вт на слот, встроенную синхронизацию и дополнительное управлением по LAN с web-интерфейсом (с возможностью удаленного тестирования шасси и проведения диагностики).

7.jpg

В целом линейка шасси в стандарте PXIe разработки и производства «Информтест» в 2021 году включает в себя уже 4 типа шасси, два из которых имеют версию со встроенным компьютером (СН-14 PXIe-PC и CH-10 PXIe). Все типы шасси уже доступны для заказа. По сравнению с 2020 годом линейка шасси существенно расширилась. Теперь она позволяет строить различные системы стационарные и мобильные, большие и маленькие. Также следует учесть, что все шасси в стандарте PXIe от «Информтест» имеют дополнительное управление и диагностику по LAN и Web-интерфейс (взято от AXIe), что выгодно отличает их от импортных, у которых такая возможность отсутствует. Кроме того, дополнительные функции позволяют легче интегрировать в составе одной системы AXIe и PXIe шасси и модули, потому что все эти функциональные возможности присутствуют в стандарте AXIe.

В 2021 году холдингом «Информтест» были разработаны несколько новых групп PXIe модулей.

Первая группа: модули для построения телеметрических систем для сбора информации с датчиков

Важной особенностью статических и динамических модулей в стандарте PXIe нового поколения является возможность комбинирования их в одном шасси в любых соотношениях. На практике это означает, что потребитель может легко изменять количество динамических и статических каналов в системе в зависимости от объектов контроля, не имея никаких ограничений по скоростям записи потока измерений с датчиков. Таким образом статическую систему измерений можно легко дополнить динамическими измерителями, и, наоборот, динамическую систему статическими измерителями. Программное обеспечение сбора информации Qt-регистратор также обновилось в части поддержки новой линейки PXIe телеметрических модулей.

  • модули-формирователи команд нового поколения: ФСКЭ-PXIe (64 канала, встроенный процессор, формирования последовательности команд в виде тактируемых циклограмм, 4 АЦП 16 бит, внешние цифровые линии обработки событий) и ФТКЭ-PXIe (50 каналов, управляемая во времени коммутация любой из двух входных линий на любую из 50 выходных линий, формирование последовательности команд в виде тактируемых циклограмм, встроенный процессор, 4 АЦП 16 бит, внешние линии анализа цифровых сигналов). Эти модули предназначены для построения систем управления нового поколения с очень быстрой реакцией на управляющие воздействия.

8.jpg

Третья группа – модули тестирования интерфейсов

Четвертая группа – модули FPGA

  • первый модуль FPGA-PXIe в виде носителя мезонинных модулей в стандарте FMC разработан в 2021 году. Данный модуль открывает широкие возможности построения заказных функциональных модулей различного назначения. Важным достоинством данного модуля является высокая скорость обмена с компьютером по интерфейсу PCIe Gen 2 4 линии, которая на тестах составила ≈1500МВ/сек на чтение и ≈1000 МВ/сек на запись. Такие скорости обмена данных позволяют решать множество высокоскоростных задач на основе данного модуля.

9.jpg

Подводя итоги, можно отметить, что номенклатура российских PXIe модулей и шасси за полтора года с даты выхода предыдущей статьи существенно расширилась в различных направлениях.

Имеющегося количества типов модулей в стандарте PXIe вполне хватит для многих телеметрических систем и систем управления. Немного сложнее с системами функционального контроля. Однако, если комбинировать модули в стандартах PXIe, AXIe-1, AXIe-0 и имеющиеся серийные мезонинные модули, устанавливаемые на носителях НМ AXIe-0, то такой номенклатуры будет вполне достаточно для создания большого количества тестовых систем самого различного назначения. Пока российских PXIe и AXIe приборов немного, можно успешно комбинировать российские и импортные модульные приборы в рамках одной системы. Это особенно актуально для решений в стандарте PXIe, в котором в мире предлагается более 1000 типов модульных приборов.

Сейчас Российским потребителям важно знать, что в 2020-2021 годах появились российские модульные приборы и шасси в стандартах PXIe и AXIe-1, которые полностью соответствуют открытым международным стандартам AXIe и PXIe, имеют российскую техническую поддержку и гарантийное обслуживание. В российских шасси прекрасно работают модульные приборы компаний Keysight, National Instruments и других мировых лидеров в данной отрасли. По моему мнению, на данном этапе лучшими по критерию стоимость/эффективность будут комбинированные тестовые системы в стандартах AXIe и PXIe дополненные, где необходимо, импортными модульными приборами. По мере увеличения номенклатуры российских модульных приборов их доля в системах будет расти.

Завершая данную статью, традиционно обращаюсь к российским потребителям. Перед тем как покупать тестовые системы в открытых стандартах обратите внимание на российские решения и на российские модульные приборы и шасси, особенно в стандартах AXIе и PXIe где за 2020-2021 годы появились новые российские приборы. Пригласите российских производителей, дайте им возможность самим показать свои приборы и только после детального анализа принимайте окончательные решения о закупке.


Читайте также