Was beim PXI-Systemaufbau beachtet werden muss

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PXI-Hardware und -Controller im Überblick

PXI-Controller können entweder extern, also außerhalb des Chassis, oder intern eingesetzt werden. Ist der Controller im Chassis untergebracht, muss er in den Steckplatz 1 eingebaut werden. Zuerst sollen die Randbedingungen für den externen Controller diskutiert werden. In den Anfängen des PXI wurden die Controller über proprietäre Anschlüsse mit dem Chassis verbunden. Als der PCIe-Bus entwickelt wurde, wurde auch gleichzeitig eine entsprechende physikalische Ebene entwickelt, die eine Kommunikation vom Computer zum Chassis über eine weitere Entfernung zulässt.

Dies ist ein Vorteil, nachdem der PCIe-Kommunikationsbus mit standardisierten Steckern, Kabeln und den zugehörigen Chipsets entwickelt wurde. Das Busdesign wurde vereinfacht und für den Anwender ist die Nutzung deutlich bequemer. Jedoch gibt es ein paar Vorbehalte, die man wissen sollte: Das PCIe-Treiber-Verhalten, die Taktung und das BIOS, das im Controller zum Einsatz kommt, können Fallstricke enthalten.

In Tower- und Desktop-Computer wird der PCIe-Bus vom Mutterboard über eine PCIe-Adapter-Karte an einen Stecker nach außen geführt. Verbindet man nun diesen Rechner mit dem Chassis durch ein langes Kabel, so kann dieses Kabel die Signalqualität beeinflussen, so dass das Augendiagramm für die Daten- und Signalleitungen zusammenschrumpft und eine sichere Verbindung nicht mehr gewährleistet ist. Um lange Kabelstrecken mit guter Übertragungsqualität treiben zu können sollte man PC-seitig einen zusätzlichen PCIe-Treiber einsetzen M9048A von Agilent. Er bietet eine Isolation des Taktsignals, generiert dieses neu und erzeugt somit einen deutlich weniger jitter-behafteten Takt und damit eine qualitativ bessere und sicherere Datenübertragung.

Bei der Initialisierung des kompletten Messsystems, wenn während des Bootprozesses das BIOS abläuft, müssen alle Module angesprochen und verifiziert werden, um später im Betrieb jedes einzelne Modul ansprechen zu können. Nun ist bei manchen Controllern im BIOS die Anzahl der ansprechbaren „Endpunkte“ limitiert, da typischer Weise eine Business-Anwendung nicht so viele externe Endpunkte/Module ansprechen muss.

Um hier sicher zu gehen, dass man einen Controller wählt, der diese Limitierung nicht aufweist, hat Agilent eine Liste an getesteten Controllern zusammengestellt, die mehr als 30 Endstellen adressieren können [2]. Wird in einem PXIe-Chassis in Einschub 1 ein Embedded-Rechner installiert, so ist auch bei ihm darauf zu achten, dass er die oben genannten Bedingungen erfüllt. Typischer Weise ist dies der Fall – jedoch muss darauf hingewiesen werden, dass die Steckerleisten von einem PXIe- und einem PXI-1-Controller unterschiedlich sind.

Die PXI-1-Controller arbeiten mit dem 32-Bit-Bus, die PXIe-Controller arbeiten mit den PCIe-Hochgeschwindigkeits-Signalen. Ein PXI-1-Controller kann nicht für das PXIe-Chassis als Einschub genutzt werden; es muss also ein ausgewiesener PXIe-Einschub-Controller verwendet werden.

Kompatibilität der Applikations-Software

Die Applikations-Software greift immer über den Modul-Treiber zu, der bei Agilent aus dem IVI-(Interchangable Virtual Instrument)-Treiber, der VISA-(Virtual Instrument System Architecture)-Library und den Kernel-Treiber besteht. Verständlich, dass der gesamte Treiber-Stack geladen werden muss und auch die Zuordnung des Treibers zu den entsprechenden Modulen muss korrekt sein, um ein Modul richtig ansprechen zu können. Dieses geschieht während des Boot-Prozess, wobei das BIOS die jeweiligen PCI-Module und –Hardware, die am Bus angeschlossen ist, erkennt.

Die jeweiligen Daten über die einzelnen Module werden in einer „Extended System Configuration Data“ (ESCD)-Datei ablegt. Ebenso werden die Speicher, Busadressen und die IRQ (Interrupt ReQest) zugeordnet und im ESCD abgespeichert. Der nun folgende Microsoft Plug&Play Manager übernimmt diese Informationen, erstellt IDs (Identifikationen) für die Instanzen, ordnet die Treiber der Hardware zu und legt diese Daten in einem „Windows Plug&Play Informations-File“ ab.

Das Ergebnis dieses Prozesses kann über den Windows Device Manager kontrolliert werden – übrigens eine gute Methode um festzustellen, ob alle Module des PXIe-Chassis erkannt wurden und ob alle Treiber für die Module vorhanden sind. (Bild 7) zeigt ein Messystem, wie es im Windows Device Manager abgebildet ist. Man erkennt die einzelnen Module von Agilent, National Instruments und Pickering.

Betrachtungen zu Instrumententreiber, I/O-Libraries, ACE und NI-MAX

So wird mit der I/O-Library der Agilent Connection Expert (ACE) installiert. Mit diesem Werkzeug kann genau festgestellt werden, welche PXIe-Module in einem Chassis integriert sind ebenso deren Adresse und auch die Version des Modul-Treibers kann festgestellt werden. Gleichzeitig wird mit der Treiber-Installation auch ein SFP-(Soft Front Panel)-Software mitgeliefert die es ermöglicht die Verbindung Controller/Modul zu verifizieren.

Für die Module von National Instruments ist die Treiber-Installation wie bei Agilent. Es werden ebenfalls die I/O-Library (NI-VISA) als auch die individuellen PXI-Treiber für die Module installiert. Gleichzeitig mit der I/O-Library wird auch der Measurement & Automation Explorer (MAX) installiert, der vergleichbar mit dem ACE von Agilent ist. Auch MAX bietet ein Daten-Management, wodurch die IVI-Modul-Konfigurationen editierbar und abspeicherbar sind.

Allerdings gibt es einen erheblichen Unterschied: Mit dem ACE werden alle Module, die in ein PXIe-Chassis eingebaut sind angezeigt. Mit dem NI-MAX allerdings nur die Module von National Instruments. Das kann zu unnötiger Suche und Verwirrung führen. Daher ist es vorteilhaft den ACE zu verwenden, um herauszufinden ob die Module vom Controller richtig angesprochen werden und ob die Zuordnung eines Treibers zum jeweiligen Modul korrekt ist.

Einige Module von National Instruments liefern ein Trigger-Synchronisations-Signal TClk. Während des Betriebes kann der TClk versuchen den PXI-Chassis Trigger Bus zu initialisieren, so das Trigger-Quellen zur Synchronisation genutzt werden können. Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung ist bekannt, dass eine Fehlermeldung „No registered trigger lines could be found between the devices in the route“ auftreten kann, wenn TClk versucht das Agilent Chassis M9018A zu initialisieren. Das liegt daran, dass der Treiber des Agilent-Chassis nicht vom TClk-Treiber angesprochen werden kann. Agilent ist dabei, diesen Fehler zu beheben.

Literatur

[1] PXI-5 PXI Express Hardware Specification Rev. 1.0, 22. August 2005

[2] www.agilent.com/find/M9018A und dort speziell das Dokument: “Test Computer List” Publication Number: 5990-7632EN

[3] Applikationsschrift: „PXI Interoperability – How to Achieve Multi-Vendor Interoperability in PXI Systems; Agilent, Literatur-Nummer: 5991-0384EN

[4] Aktuelle PXIe-Spezifikationen unter www.pxisa.org

* Klaus Höing ist bei dataTec in Reutlingen für die Öffentlichkeitsarbeit zuständig.

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