Couverture ElectroniqueS n°127

Pour la réalisation de bancs de mesure, plusieurs technologies de bus sont aujourd'hui disponibles : du vénérable GPIB aux diverses variantes du PCI - avec ses avatars CompactPCI et PXI -, en passant par l'USB et Ethernet. Selon National Instruments, aucune technologie ne peut prétendre être la meilleure pour l'ensemble des applications de mesure… mais les approches PCI et PXI Express présentent bien des attraits. Existe-t-il une technologie idéale de bus d'instrumentation ? C'est le cas à en croire de nombreux fournisseurs qui font la promotion d'une seule technologie en la déclarant adaptée à tous les besoins. Mais la vérité, bien sûr, c'est que chaque type de bus a ses forces et faiblesses, qui le rendent approprié à telle ou telle application. Confiant dans les capacités du bus IEEE-1394 (ou FireWire), lorsqu'il n'était qu'à un an de sa commercialisation, Hewlett-Packard s'est opposé à l'amélioration des performances du standard IEEE-488 (ou GPIB), largement accepté et utilisé dans les applications d'instrumentation. En décembre 1997, HP a même publiquement incité les membres de l'IEEE à ne pas accepter une révision dont l'objectif était d'augmenter la bande passante du bus GPIB, en tenant le discours suivant : « Le FireWire est très prometteur et offre une bande passante bien supérieure aux révisions proposées. Pourquoi notre industrie devrait-elle engager des ressources importantes pour une extension discutable de l'IEEE-488, alors que l'industrie informatique est déjà en train de développer d'excellentes solutions pour des vitesses de transfert plus élevées ? » Depuis lors, le standard GPIB continue de répondre à un très grand nombre de besoins, notamment grâce à la révision IEEE-488.1-2003, qui a finalement été adoptée et a permis de multiplier par huit la vitesse des échanges sur ce bus. En parallèle, les utilisateurs ont pu constater les limitations du FireWire, qui se révèle efficace pour la connexion haute vitesse de caméras numériques, mais qui n'a jamais percé dans d'autres applications. Ce qui prouve bien qu'un bus idéal, cela n'existe pas. Si chaque type de bus offre des avantages, l'affirmation que l'un d'entre eux ne présente aucun inconvénient n'est que pure démagogie. Identifier les avantages et les limites de chaque technologie est un exercice utile pour les ingénieurs responsables de la conception d'un système de test et mesure. En pratique, la plupart des bancs de test incluent de multiples bus de communication, et il appartient au logiciel de relier entre elles les diverses technologies au sein d'un système intégré. Ces dernières années ont vu émerger de nombreux bus de données à haute vitesse, susceptibles de répondre aux besoins des applications de test et mesure. Cet article se propose d'examiner les caractéristiques des principaux bus concernés, qui influent sur leur mise en &oelig;uvre dans le domaine qui nous intéresse. Afin d'évaluer les technologies de bus, les ingénieurs doivent considérer des attributs clefs comme le temps de latence, la bande passante, le support logiciel, la capacité de mise à distance et la disponibilité d'instruments. Le temps de latence et la bande passante, en particulier, ont un impact prépondérant sur les performances. Le premier définit le délai de transmission des données sur un bus, tandis que l'autre quantifie la cadence à laquelle les données sont transférées ; une vitesse qui s'exprime habituellement en mégaoctets par seconde. Si l'on compare un bus d'instrumentation à une voie rapide, le temps de latence est corrélé au nombre de feux rouges sur la route, tandis que la bande passante est liée à la largeur de la chaussée et à la vitesse de déplacement. Le temps de latence est spécialement important lors de la configuration d'instruments, des opérations de commutation ou des mesures par multimètre numérique, par exemple. Pour sa part, la bande passante est critique, entre autres, en acquisition et génération de formes d'ondes, ou encore dans le cadre de mesures RF. La figure 1 permet de comparer les temps de latence et les bandes passantes de divers bus. Le support logiciel est un facteur important, car disposer des bons outils permet de garantir l'abstraction matérielle et d'intégrer facilement tous les instruments dans un système. Si un bus d'instrumentation spécifie une architecture de drivers standard, les ingénieurs sont à même d'en tirer profit pour l'intégration système. Un autre élément à considérer est la capacité de mise à distance géographique. Certaines applications, comme le test d'antennes, peuvent en effet nécessiter un éloignement plus ou moins important entre les composantes du système, notamment entre les instruments et un PC central. D'ailleurs, les ingénieurs doivent aussi tenir compte de la disponibilité d'une connexion au bus à partir d'un PC. Enfin, on se préoccupera de la palette des instruments existants pour le bus en question et de leurs coûts. Parmi les candidats, le bus PCI Express est une évolution du PCI qui augmente considérablement la bande passante, avec des voies de communication offrant des vitesses de transferts jusqu'à 8 Go/s dans chaque direction, tout en garantissant la compatibilité logicielle avec son aîné. Pour sa part, l'USB a vu sa popularité s'accroître du fait de son caractère universel et de sa facilité d'emploi de type plug-and-play. Le bus Lan, qui bénéficie lui aussi d'une popularité indéniable, est principalement utilisé pour les applications distribuées. Quant au GPIB, il doit son extraordinaire longévité dans l'instrumentation à un temps de latence relativement faible et à la disponibilité d'un grand nombre d'instruments compatibles. Vers le banc idéal avec les systèmes hybrides De nombreux bancs de test sont en fait des systèmes multiplates-formes (ou hybrides) qui combinent plusieurs composantes avec des bus différents tels que PXI, PCI, GPIB, USB et Ethernet. Pour réussir l'intégration de différents bus dans un seul système, il convient d'architecturer celui-ci en plusieurs couches (figure 3). Cette architecture autorise la création d'un système qui optimise les investissements déjà effectués aux niveaux matériel et logiciel, tout en incorporant de nouvelles technologies de bus. La partie essentielle de cette architecture concerne les trois couches supérieures, qui définissent l'organisation logicielle ayant pour but de simplifier l'intégration, la configuration et la programmation de bus multiples. Un système hybride de ce type permet d'exploiter les forces spécifiques de chaque bus pour certaines parties d'une application, afin de répondre à des contraintes multiples. Par exemple, dans une application de test de communication RF, un ingénieur peut tirer profit de la bande passante élevée et de la synchronisation étroite du PXI, et bientôt du PXI Express, pour relier un convertisseur-abaisseur de fréquence et un numériseur. D'éventuelles contraintes de distance seront ensuite satisfaites en connectant sur Lan divers groupes de mesure similaires. En intégrant différents bus ensemble, il est ainsi possible de tirer le meilleur de chacun pour créer un système de test quasi idéal.

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