Systémy LXI Doc. Ing. Jaroslav Roztočil, CSc. Katedra měření ČVUT v Praze, Fakulta elektrotechnická
Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
Měřicí systémy – možnosti komunikace
Systémy LXI LAN eXtension for Instrumentation Základní idea LXI je vytvořit (integrovat ) automatizovaný měřicí, monitorovací nebo řídicí systém stejným způsobem jako lokální počítačovou síť (LAN = Local Area Network). Systémy LXI jsou založeny na principech komunikace používaných v sítích typu Ethernet (Std. IEEE 802.3). Standard udržuje a rozvíjí LXI konsorcium (LXI Consortium) ‐ vzniklo v r. 2005, založeno společnostmi Agilent Technologies a VXI Technology ‐ v současnosti se na jeho vývoji podílí přibližně 50 komerčních firem. Informace a platné specifikace naleznete na: http://www.lxistandard.org/
Systémy LXI Charakteristika, základní vlastnosti Charakteristika LXI: standard pro řízení a vzájemnou komunikaci měřicích přístrojů a dalších zařízení (řídicích počítačů, serverů, aj.) zapojených v síti typu Ethernet. LXI umožňuje a podporuje: „izolované“ privátní LAN systémy i „otevřené“ WAN (Wide Area Network) systémy s připojením do Internetu; lokální i vzdálený přístup k přístrojům; komunikaci mezi řídicím počítačem a jednotlivými přístroji; vzájemnou komunikaci mezi jednotlivými zařízeními; distribuované zpracování měřených dat; integraci hybridních systémů (tzn. použitá zařízení mohou mít i jiná rozhraní než Ethernet).
Systémy LXI jako perspektivní náhrada systémů GPIB LXI
GPIB
rozhraní
Ethernet (standardní v PC)
IEEE 488.1 (nestandardní v PC, nutno pořídit „ GPIB interface module“)
max. přenosová rychlost
12,5 MB/s (resp. 125 MB/s)
1,0 MB/s
jako Ethernet (v „lokální“ variantě řádově stovky metrů)
20 m
100 m (mezi přepínačem a zařízením)
2 m
~1 ms
~20 μs
max. délka
max. vzdálenost 2 zařízení
latence
Systémy LXI jako perspektivní náhrada systémů GPIB LXI
GPIB
kabely (včetně konektorů)
běžně užívané v Ethernetových sítích
speciální dle Std. IEEE 488
cena za interface + kabeláž
nízká
vysoká
SW podpora
ANO
ANO
jiné výhody
implementovaný „masivní“ nasazení Web server v každém v lab. měřicích přístroji přístrojích v uplynulých 40 letech
Možná sestava „hybridního“ LXI systému
Viz [1].
Základní vlastnosti LXI – Core Features 1. Specifikace LXI využívá „otevřené“ průmyslové standardy jako Ethernet, TCP/IP, IPv4/IPv6, Web server, IVI drivers 2. Použití technologie Ethernetu (Std. IEEE 802.3) – standardizovaná kabeláž, konektory, přenosová rychlost 10 Mb/s, 100 Mb/s nebo 1 Gb/s, přenosové protokoly. 3. Webové rozhraní (Web interface) vestavěné v přístroji podporuje W3C‐compliant browser Rozhraní umožňuje: a) konfiguraci a základní nastavení přístroje; b) jednoduché měření a zpracování dat; c) vzdálené ovládání v rozsahu použité sítě Příklad úvodní stránky (welcome page) webového rozhraní pro Trigger Box E5818A (Agilent Technolgies) je uveden na následující straně.
Agilent E5818A Web Interface
Základní vlastnosti LXI – Core Features 4. Programování pomocí IVI ovladačů – ke každému LXI přístroji musí být připraven typ ovladače IVI Specific Driver dle Std. IVI 3.1 (a navazujících Std. IVI 3.2, 3.3, 3.4 a IVI Class Specifications).
Viz IVI Foundation:
http://www.ivifoundation.org
Rozšířené funkce LXI – Extended Functions 1. LXI Wired Trigger Bus (WTB) – HW sběrnice pro spouštění měření. 2. LXI Event Messaging (Std. IEEE 802.3) – vysílání zpráv obsahujících informace o spouštění; využívá se např. při programování spouštění konkrétního přístroje z řídicího počítače. 3. Synchronizace vestavěných hodin – využívá PTP protokol. 4. Časová identifikace událostí (LXI Timestamping) – navazuje na předchozí funkci. 5. LXI Event Logs – záznam událostí v LXI systému identifikovaných v čase. 6. HiSLIP – tento standard byl vytvořen IVI Foundation, rozšiřuje Std. VXI‐11. 7. IPv6
Třídy LXI zařízení Třídy LXI zařízení (LXI Classes): ve standardu definovány do r. 2010; stále se užívají pro základní rozlišení. V současném standardu jsou definovány Core Features (dříve třída C) a Extended Functions (třída B nebo A). Třídy LXI zařízení • Class C – Ethernet standard, web server, IVI ovladače • Class B – jako C + IEEE 1588, LAN messaging (peer‐to‐peer, multicast) • Class A – jako C a B +HW triggering
Příklad zapojení LXI systému jako „privátní“ sítě 192.168.1.1
192.168.1.2
192.168.1.3
192.168.1.4
Test komunikace se zařízením LXI pomocí příkazu „ping“
Otestována komunikace s přístroji na IP adresách 192.168.1.2 a 192.168.1.3.
Test komunikace se zařízením LXI pomocí LXI Discovery Browser
Pomocí LXI Discovery Browser nalezeny přístroje na IP adresách 192.168.1.2 a 192.168.1.3. Lze použít i NI MAX, Agilent I/O Monitor, aj.
Programování LXI systémů SW a HW komponenty a standardy používané v LXI systémech
Viz [2].
Využití VISA při programování LXI Viz NI‐VISA User Manual (str. 120 až 123) http://147.32.204.5/dokumentace
Využití VISA při programování LXI
Tento řádek je klíčový !
Využití VISA při programování LXI
Tento řádek je klíčový !
Využití VISA při programování LXI V příkladu programu je důležitý řádek s funkcí viOpen /* zahájení komunikace s LXI přístrojem s IP adresou 169.254.58.18 */ status = viOpen( defaultRM, "TCPIP0::169.254.58.18::inst0::INSTR", VI_NULL,VI_NULL, &instr );
Platné „descriptory“ pro LXI zařízení(VISA resource names for LXI Devices): TCPIP[board]::host address[::LAN device name][::INSTR] TCPIP[board]::host address::port::SOCKET
Využití protokolu IEEE 1588 (= PTP Precision Time Protocol) v LXI Class B pro synchronizaci časových stupnic dosažitelná přesnost synchronizace lepší než 1 μs jednotlivá zařízení musí mít implementovány časové základny (hodiny) jedno zařízení (zpravidla nejpřesnější) má „Master Clock“, ostatní vlastní „Slave Clock“, které se na Master Clock synchronizují Synchronizace Master Clock pomocí „časových“ GPS přijímačů (přesnost 10 až 100 ns) nebo NTP protokolu (přesnost 100 μs až 1 ms)
Určení přenosového zpoždění a posuvu časových stupnic mezi Master a Slave
Výpočet zpoždění a časového posuvu stupnic při použití PTP A = (t2 – t1) = D + O B = (t4 – t3) = D – O O = ClocksSlave ‐ ClocksMaster kde O – časový posuv (Offset) mezi stupnicemi Slave a Master D – zpoždění (Delay) při přenosu zpráv Sync nebo Delay_Req (mezi zařízením Master a Slave) Pokud je zpoždění D v obou směrech(master/slave a slave/master) konstantní a offset O v intervalu t1 až t4 rovněž konstantní, platí: Delay D = (A + B) / 2 Offset O = (A ‐ B) / 2
Problémy časové synchronizace pomocí PTP
Viz [3].
Problémy časové synchronizace pomocí PTP Problém: switch (resp. router) nemá konstantní zpoždění Řešení: boundary clock, transparent clock Viz [5] Davis, A.: AN‐1838 IEEE 1588 Boundary Clock and Transparent Clock Implementation Using the DP83640. Texas Instruments. Application Report SNLA104 – April 2008.
Praktické příklady PICOTEST U6200A 400 MHz Universal Counter Výrobek firmy PICOTEST – nápadně připomíná čítače Agilent Technologies.
Následující stránky ukazují komunikaci s přístrojem a způsob jeho ovládání pomocí webového prohlížeče (web browser).
PICOTEST U6200A – Welcome Page
PICOTEST U6200A – ovládání přístroje MeasConfigure
PICOTEST U6200A – Show Measurement
E5818A LXI Trigger Box ‐ konfigurace LAN
Praktické příklady L4534A 20 MSa/s, 4 Channel LXI Digitizer
Důležité adresy • http://www.lxistandard.org/ • http://zone.ni.com/wv/app/doc/p/id/wv‐ 677/nextonly/y • http://www.ivifoundation.org • http://www.vxibus.org
Použité materiály a důležité odkazy [1] Creating hybrid test systems with PXI, VXI and LXI. Application Note 1465‐23. Agilent Technologies, Inc. 2006. [2] Schreier, G. P. – Powell, B. H.: LXI programming. Programming Preliminaries. LXI ConneXion, April 2008. [3] Weibel, H.: IEEE 1588, Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol. Zurich University of Applied Sciences., 2005.Cohen [4] Davis, A.: AN‐1838 IEEE 1588 Boundary Clock and Transparent Clock Implementation Using the DP83640. Texas Instruments. Application Report SNLA104 – April 2008. [5] Agilent LXI Timing and Events User’s Guide. Agilent IO Libraries Suite E2094Q. Agilent Technologies, Inc. 2007. [6] The LXI Primer. Version 1.0. LXI Consortium, Inc. 2012. [7] VISA. NI‐VISA User Manual. National Instrument Corp., September 2001.
