為您的測量應用選擇合適的總線

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

目錄

在選擇最佳總線時您需要回答的五個問題

1. 我將通過該總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有多少？

2. 我的單點I/O需求是什么？

3. 我需要實現(xiàn)多臺設備的同步么？

4. 該系統(tǒng)應當具有怎樣的便攜性？

5. 我的測量結果距離我的計算機有多遠？

我將通過該總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有多少？

所有的PC總線均對于在某個時間段內(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。如果動態(tài)波形測量在您的應用中很重要，請必須考慮一種具有足夠帶寬的總線。

總帶寬可以為多臺設備間共享或為某臺設備專用，這取決于您所選用的總線，例如，PCI總線為計算機上所有PCI設備提供了共享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，實現(xiàn)了每臺設備的最大數(shù)據(jù)吞吐量。

在進行波形測量時，您需要一定的采樣率和精度，這基于您的信號頻率而確定。您可以通過將每個采樣點的字節(jié)數(shù)（如不滿一個字節(jié)則進位到一字節(jié)）分別與采樣率、通道數(shù)相乘，計算所要求的最低帶寬。

例如，一臺16-bit的設備（兩個字節(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的速率，而且，重要的是，注意到實際系統(tǒng)的帶寬將會低于總線的理論帶寬。實際帶寬取決于系統(tǒng)中設備的數(shù)目和開銷帶來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)采集總線時最為重要的考慮因素。

我的單點I/O需求是什么？

要求單點讀寫的應用常常要求I/O數(shù)值的一致性與及時性。如果基于總線架構如何在軟硬件中實現(xiàn)，單點I/O需求可能會成為您選擇總線的決定性因素。

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

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

單點I/O應用中另一個重要因素便是確定性，它用于度量I/O如何一致地執(zhí)行。與響應特性會發(fā)生改變的總線相比，那些在與I/O通信時總是具有相同時延的總線擁有更高的確定性。確定性對于控制應用很重要，因為它直接影響了控制循環(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)行為前提設計的。任何相對期望速率的偏離都將使得整個控制系統(tǒng)降低效率。

從軟件層面來討論通信總線如何被實現(xiàn)，對于總線時延和確定性有著重要的作用。支持實時操作系統(tǒng)的總線與軟件驅動程序將提供最佳的確定性，進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或無線）更適合低時延的單點I/O應用。

我需要實現(xiàn)多臺設備的同步么？

許多測量系統(tǒng)存在復雜的同步需求，無論它是實現(xiàn)數(shù)百個通道的同步還是實現(xiàn)多種類型儀器的同步。例如，一個激勵響應系統(tǒng)可能會要求輸出通道共用同一個采樣時鐘，使用觸發(fā)作為輸入通道以實現(xiàn)I/O的相關操作，并更好地分析其結果。NI不同總線上的數(shù)據(jù)采集設備都提供了這一功能。幾乎所有的NI數(shù)據(jù)采集（DAQ）設備都提供對可編程多功能輸入（PFI）端的訪問（PFI可用于實現(xiàn)時鐘與觸發(fā)信號在不同設備間的路由），以及在NI-DAQmx中通過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)置的定時與觸發(fā)線路，以使得多設備的同步盡可能地方便。PCI與PCI Express設備提供了實時系統(tǒng)集成（RTSI）總線，通過此總線，一個臺式系統(tǒng)的多只板卡可以在機箱內(nèi)部直接用導線連接。這樣免除了從前面連接端子額外接線，并簡化了I/O的連接。

對于多臺設備的同步，最佳的總線選擇便是PXI平臺，包括PXI和PXI Express。該開放性標準特別適合高性能的同步與觸發(fā)，并對于同一塊底板內(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)應當具有怎樣的便攜性？

引入便攜式計算為工程師和科學家們提供了新的利用基于PC的數(shù)據(jù)采集進行創(chuàng)新的方式。便攜性對于許多應用都是一項重要的因素，而且可能會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)采集應用獲益于緊湊且方便運輸?shù)挠布?。外部總線，如USB和以太網(wǎng)，特別適合于便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因為其快速的硬件安裝和與便攜式電腦的兼容性?？偩€供電的USB設備提供了額外的便利，因為它們不需要提供一個分立的電源供應。采用無線數(shù)據(jù)傳輸總線是實現(xiàn)便攜性的另一個較好的選擇，因為該測量硬件自身變?yōu)楸銛y式的，而該計算機仍可放在原有位置。

測量結果距離我的計算機有多遠？

您需要進行測量的位置和計算機所處的位置之間的距離，可能會因應用而異。為實現(xiàn)最佳的信號完整性和測量精度，您應當將您的數(shù)據(jù)采集硬件放置在盡可能靠近信號源的地方。這對于大規(guī)模分布式測量（如那些面向結構健康監(jiān)測或環(huán)境監(jiān)測的應用）可能會成為一項挑戰(zhàn)?？缭酱髽蚧蚬S地面布置很長的線纜，不僅成本高昂，而且會引入噪聲。解決該問題的方法便是利用便攜式計算平臺將采集系統(tǒng)移至更接近信號源的地方。利用無線技術，計算機與測量硬件之間的有線連接被去除，您可以進行分布式測量并將該數(shù)據(jù)回傳至中央位置。