简述DAQ X系列挑战最苛刻的测量、测试和控制应用

　　随着PCIExpress的引入以及它融入PXIExpress标准，测量系统中曾经存在的数据瓶颈逐渐消失。不同于提供132MB/s共享带宽的PCI,PCIExpress可向各款设备提供专用串行通道，而且各个方向上的理论带宽达250MB/s.某些数据采集设备通过桥接器的方式将PCI设计转换为PCIExpress,这样得到的带宽与PCI相同并加入了时延。相反，NIX系列自行提供配有完整PCIExpress带宽的x1（"乘1"）PCIExpress和PXIExpress接口。面向PCIExpress的X系列可在PCIExpress插槽中使用，从x1直至x16.

　　此外，X系列包含8条DMA通道，无需CPU交互或另行编程，即可在设备和PC内存之间直接读写数据。这8条通道提供的并行数据读写，针对模拟I/O、数字I/O和全部4个计数器/定时器。可容纳127个样本的扩展型FIFO面向全部4个32位计数器，现在能够以远高于先前设备的速度执行缓冲式定时器操作（如：事件计数或生成PWM输出）。与大多数内部总线相同，PCIExpress极低的延迟非常适合封闭循环控制应用程序。X系列设备还拓展了设备中所有子系统的硬件定时型单点执行性能。

　　NI-STC3 定时及同步技术

　　所有多功能数据采集硬件都通过板载定时电路控制模拟、数字和计数器I/O线；定时ASIC技术的演变已逾数十年。X系列DAQ家族融入可提供4个改进式计数器的新型NI-STC3技术、100 MHz时基，以及其它针对I/O定时和触发的功能。

　　4个改进式计数器

　　新型NI-STC3技术进一步拓展了计数器通道，可提供4个具有32位分辨率的100 MHz计数器。不仅单一X系列设备具有4个计数器，而且以前需要2个计数器的操作现在都能通过单一计数器通道实现。举例来说，您正在控制步进电机时，往往就需要生成数量有限的数字脉冲；过去，这需要使用一个计数器连续生成脉冲并使用另一个计数器为这些传送至电机的脉冲加门限信号。单个NI-STC3计数器即可完成该任务，即：单一X系列设备可控制多4个步进电机。

　　100 MHz时基

　　各款数据采集设备的板载时基，是驱动所有数字电路的心脏。从采样时钟至触发线的各类应用，均使用此时基作为板载参考，继而生成时钟频率并锁存数字边缘。NI-STC3技术使用新型100 MHz时基实现各类模拟和数字定时，速率比之前发行的各类NI DAQ设备快5倍。这意味着：采样频率的是先前的5倍，而且模拟触发器能够在触发条件满足时于10 ns内作出响应。

　　独立定时引擎， 针对模拟和数字I/O

　　数据采集设备的定时和触发功能，经常需要通过板载计数器和复杂信号路由获得特定的硬件定时性能。NI-STC3技术为多功能设备上的各类I/O,提供完全独立的采样时钟和触发。举例来说，可重触发式采集需要等待触发条件得到满足，采获数量有限的样本，再立即重新装配触发器准备新一轮采样。使用驱动软件函数来重新装配触发器又有可能因软件延迟而错过新一轮触发；因此，获得性能可能需要硬件定时方式。过去，计数器是执行硬件定时重触发的途径；计数器生成的可重触发脉冲序列被内部路由并作为模拟输入采样时钟。

　　同时，结合新型X系列DAQ板卡提供的NI-STC3技术，模拟通道不再需要使用计数器执行可重触发式采集，触发器也能独立对自身进行重新装配而无需软件干预。新型独立定时功能的另一典型范例是新型专用时钟，它能够采集或生成硬件定时的数字波形。

　　高速总线接口

　　X系列设备针对高吞吐率应用集成了多项增强功能，即需要从设备和PC内存传输或接受大量数据的应用。USB X系列设备包含了NI信号流技术。PCI Express和PXI Express X系列设备包含PCI Express本地接口，实现吞吐率和低延迟。

　　NI信号流技术

　　USB X系列设备包含的NI信号流技术，它采用基于消息的传输和设备端智能来确保USB上的高速双向数据传输。

USB X系列包含NI-STC3技术用于定时和触发，以及NI信号流技术可化USB总线吞吐率。

　　利用该技术，NI能够首次在多功能USB设备上实现两台设备的同步采集，两台设备8条模拟输入的采样率分别为1.25 MS/s和2 MS/s,并包含32或64 MS的板载内存。所有通道上的高采样率使该设备成为便携式超声波测试和瞬态记录应用的理想选择。此类设备的长期运行取决于主机PC、采样率和通道数。

　　本地PCI Express接口

　　PCI Express是新一代的总线接口。早在2001年的春季，英特尔公司就提出了要用新一代的技术取代PCI总线和多种芯片的内部连接，并称之为第三代I/O总线技术。随后在2001年底，包括Intel、AMD、DELL、IBM在内的20多家业界主导公司开始起草新技术的规范，并在2002年完成，对其正式命名为PCI Express.它采用了目前业内流行的点对点串行连接，比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率，达到PCI所不能提供的高带宽。

　　PCI Express的接口根据总线位宽不同而有所差异，包括X1、X4、X8以及X16（X2模式将用于内部接口而非插槽模式）。较短的PCI Express卡可以插入较长的PCI Express插槽中使用。PCI Express接口能够支持热拔插，这也是个不小的飞跃。PCI Express卡支持的三种电压分别为+3.3V、3.3Vaux以及+12V.用于取代AGP接口的PCI Express接口位宽为X16,将能够提供5GB/s的带宽，即便有编码上的损耗但仍能够提供4GB/s左右的实际带宽，远远超过AGP 8X的2.1GB/s的带宽。

　　某些数据采集设备通过桥接器的方式将PCI设计转换为PCI Express,这样得到的带宽与PCI相同并加入了时延。相反，NI X系列自行提供配有完整PCI Express带宽的x1（"乘1"） PCI Express和PXI Express接口。面向PCI Express的X系列可在PCI Express插槽中使用，从x1直至x16.

面向PCI Express的X系列可在各类PCI Express插槽中使用，从x1到x16.

　　此外，X系列包含8条DMA通道，无需CPU交互或另行编程，即可在设备和PC内存之间直接读写数据。这8条通道提供的并行数据读写，针对模拟I/O、数字I/O和全部4个计数器/定时器。可容纳127个样本的扩展型FIFO面向全部4个32位计数器，现在能够以远高于先前设备的速度执行缓冲式定时器操作（如：事件计数或生成PWM输出）。

　　与大多数内部总线相同，PCI Express极低的延迟非常适合封闭循环控制应用程序。X系列设备还拓展了设备中所有子系统的硬件定时型单点执行性能。

　　多核PC上的并行处理

　　若要充分利用DAQ设备上的并行硬件子系统，您需要借助高性能驱动程序和应用软件。

　　NI-DAQmx作为面向X系列的驱动软件，为各类信号测量和生成提供简单、一致的API.NI-DAQmx属于多线程，这意味着：用户开发的应用程序能够将测量与生成任务的处理分割为单独的线程。通过NI LabVIEW、NI LabWindows?/CV、C/C++、Visual Basic 6和。NET等多个编程环境，均可调入NI-DAQmx.

　　LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显着区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。

　　结合NI LabVIEW,用户能够便捷地连接NI-DAQmx并优化数据采集应用，实现在多核计算机上的使用。用户可为各个测量任务创建While循环；NI LabVIEW自动将您的应用程序划分为多个线程。操作系统继而能够在一个或多个CPU内核里，管理这些线程的化执行。例如，一个While循环用于比例积分微分（PID）控制并在一个内核上运行，一个While循环在另一个内核上处理快速傅里叶变换（FFT）。

用户能够使用LabVIEW中的并行While循环，在不同CPU内核上处理DAQ设备I/O

　　PCI Express和PXI Express X系列设备需要NI-DAQmx 9.0或更高版本，USB X系列设备需要NI-DAQmx 9.2或更高版本。NI-DAQmx 9.0 添加了2项强大特性：

　　1. 快速、轻松的数据记录。用户往往需要将采集的数据记录至磁盘，进行后期处理或趋势追踪。用户现在可借助NI-DAQmx将单个"DAQmx配置记录" VI添加至NI-DAQmx任务，继而将数据记入技术数据管理流（TDMS）测量文件。这种编写TDMS文件的方法也极为快捷：之前的测试表明磁盘上的写入速率可能超过1 GB/s.

　　2. 面向X系列的多设备任务。 对于结合X系列的高通道数应用，您能够轻松实现多个设备间的同步。对于PCI Express X系列，您需要将它们和实时系统集成（RTSI）电缆相互连接。对于PXI Express X系列，模块能够通过PXI Express背板上的定时和触发总线彼此同步。NI-DAQmx 9.0将多设备任务引入X系列，这意味着用户可创建1组包含2个设备的测量代码，NI-DAQmx自动管理着采样时钟的共享。

NI-DAQmx驱动软件借助多设备任务，轻松同步2个或者更多的X系列设备

　　结论

　　改进定时和触发、总线传输和数据处理之后的NI X系列设备，代表美国国家仪器公司设计且处于技术前沿的DAQ设备。利用PCI Express和多核处理器等的PC技术，它现在能够创建经济的测量和控制系统，提供信号至软件级的并行技术。