Couverture ElectroniqueS n°127

La plate-forme PXI, basée sur les bus PCI et PCI Express à bandes passantes élevées, permet aux instruments d'échanger en continu et à grande vitesse jusqu'à 600 Mo/s des données vers et depuis des sources autres que leur mémoire embarquée, comme la mémoire du contrôleur, des disques durs internes ou externes et des contrôleurs direct-to-disk. En général, les systèmes d'instrumentation offrent des possibilités de streaming (transfert continu) de données limitées. Les appareils autonomes s'interfacent aux PC de contrôle via des bus, dont la bande passante est trop faible pour soutenir des vitesses de transfert leur permettant d'acquérir, ou de générer, des données en continu à une cadence d'échantillonnage ou de rafraîchissement rapide. Par exemple, tous les enregistrements effectués avec des oscilloscopes autonomes ont une durée finie. Cette durée est dictée par la capacité mémoire embarquée dans l'oscilloscope. Une fois l'acquisition terminée, les données sont transmises au PC de contrôle. De la même façon, avec un générateur autonome de signaux arbitraires, la forme d'onde est chargée dans la mémoire interne de l'appareil, puis délivrée une seule fois ou en boucle à partir de celle-ci. Vu qu'elle est basée sur les bus PCI et PCI Express (PCIe) aux larges bandes passantes, une plate-forme PXI permet aux instruments qui la composent d'assurer un streaming des données vers et depuis des sources autres qu'une mémoire embarquée. Ainsi, un oscilloscope PXI est capable d'acquérir en continu à grande vitesse, car les échantillons peuvent être transférés en temps réel, depuis la mémoire incorporée sur le bus PCI ou PCIe, à une cadence suffisamment élevée (jusqu'à 2 Go/s) pour n'être pas effacés avant leur envoi. Avant d'examiner les architectures de streaming de données à même d'être mises en &oelig;uvre dans les systèmes PXI, il est important de comprendre la façon dont les transferts s'effectuent sur les bus PCI et PCI Express. Contrôleur de streaming de données directement sur disque Au moment du streaming entre la mémoire du contrôleur ou des disques durs et un système PXI, le contrôleur PCI, le bus d'E/S, la mémoire du contrôleur et le processeur sont des chemins de données partagés, qui réduisent la largeur de bande du flux des données. En outre, le système d'exploitation, les pilotes et le logiciel d'application gérant le streaming des données introduisent des temps de latences. De surcroît, la gestion par le système d'exploitation des E/S sur fichier n'est pas déterministe. Pour surmonter ces limitations, un contrôleur « direct-to-disk » est susceptible d'être associé à des instruments PXI ou PXI Express, pour enregistrer ou relire directement et de façon déterministe des données vers ou depuis un réseau de disques durs à des vitesses élevées, en mode soutenu et pour de longues périodes. Avec un module contrôleur direct-to-disk PXI ou PXI Express, les données sont transmises en continu directement depuis la mémoire des instruments, sur le bus PCI ou PCI Express, vers le contrôleur en question pour l'acquisition (figure 8). Pour la génération, les données sont transférées en continu directement depuis le module contrôleur direct sur disque, sur le bus PCI ou PCI Express, vers la mémoire interne des instruments. Un exemple de contrôleur direct-to-disk pour la plate-forme PXI est le Conduant StreamStor. Ce module PXI-808 relié à des instruments PXI assure un enregistrement et une relecture de données à une vitesse soutenue de 110 Mo/s. Pour une acquisition, le pilote d'instrument écrit les données depuis la mémoire du module PXI concerné sur le bus PCI directement vers une adresse mémoire mappée au sein du contrôleur StreamStor, qui écrit ensuite, de façon déterministe, les données sur un banc de disques durs SATA, jusqu'à 8 unités de 400 Go pour une capacité de stockage totale de 3,2 téraoctets (de même pour la génération, mais en sens inverse). La figure 9 illustre un système d'instrumentation PXI avec un contrôleur StreamStor pour le streaming des données directement sur disques. (*) RAID est l'acronyme de « Redundant array of independent disks », c'est-à-dire réseau redondant de disques indépendants. Une solution sur étagère pour le streaming de données à 600 Mo/s En introduisant récemment deux racks de disques RAID, NI HDD-8263 (4 disques SATA, 1 To, format 1 U) et NI HDD-8264 (12 disques SATA, 3 To, format 3 U), National Instruments est désormais en mesure de proposer des solutions d'enregistrement et de relecture de signaux sur disque ultrarapides. Associé aux numériseurs et générateurs PXI Express de la société, et au contrôleur double c&oelig;ur NI PXIe-8130 (4 Go de bande passante), le modèle NI HDD-8264 permet en effet d'effectuer du streaming de signaux jusqu'à 600 Mo/s. Ce niveau de performances, intéressant notamment en test sur signaux mixtes, en fréquence intermédiaire et bande de base, nécessitait jusqu'à présent des systèmes propriétaires dédiés, extrêmement coûteux (jusqu'à plusieurs centaines de milliers d'euros). Maintenant, un système standard PXI Express interfacé avec l'un de ces nouveaux racks suffit, pour moins de 30 000 Euros. Là où PXI Express associé à des disques RAID se révèle particulièrement avantageux est dans l'enregistrement de signaux RF. En utilisant par exemple le générateur arbitraire NI PXIe-5442 (16 bits, 100 Méch./s) couplé avec le convertisseur élévateur de fréquence RF NI PXI-5610 (2,7 GHz), l'exploitation de l'enregistrement direct sur les disques RAID permet une transmission en continu des 20 MHz de la bande passante temps réel disponible. Autre exemple significatif, il est possible, avec le rack NI HDD-8264, d'enregistrer en continu les signaux issus de trois entrées de numériseurs NI PXIe-5122 échantillonnées chacune à 100 Méch./s (ce qui correspond à 200 Mo/s par voie) pendant près d'une heure !

Architectures de streaming de donnéesdans les systèmes PXI

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