NI引進(jìn)了NI 9144擴(kuò)展機(jī)箱，展示了一組確定性分布式I/O產(chǎn)品。這個(gè)用于C系列模塊的8槽位堅(jiān)固機(jī)箱使用開放式實(shí)時(shí)以太網(wǎng)協(xié)議，用于與NI CompactRIO和PXI控制器進(jìn)行通信。本文深入分析了NI 9144擴(kuò)展機(jī)箱能夠提供高性能確定性的內(nèi)在技術(shù)。
實(shí)時(shí)以太網(wǎng)擴(kuò)展I/O
NI 9144是用于C系列模塊的8槽位擴(kuò)展機(jī)箱，它使用稱為EtherCAT?（以太網(wǎng)控制自動(dòng)化技術(shù)）的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)，確定性地與實(shí)時(shí)主控制器進(jìn)行通信。這個(gè)高性能的工業(yè)協(xié)議擴(kuò)展了IEEE 802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，能夠以可預(yù)測(cè)的定時(shí)與精確同步傳送數(shù)據(jù)。這個(gè)開放式標(biāo)準(zhǔn)是作為IEC 61158的一部分發(fā)布的，通常使用在機(jī)器設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)控制等應(yīng)用中。
要建立確定性的分布式I/O系統(tǒng)，通常在標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)布線上使用主/從體系結(jié)構(gòu)。您可以將任何帶有雙以太網(wǎng)接口的CompactRIO控制器或帶有NI PXI-8231/8232以太網(wǎng)接口的PXI系統(tǒng)作為主控制器。使用菊花鏈可以將多個(gè)NI 9144從機(jī)箱連接到主控制器，擴(kuò)展了嚴(yán)格時(shí)間應(yīng)用的同時(shí)，也利用最少的處理器資源維持硬件確定性。
NI 9144擴(kuò)展機(jī)箱由多個(gè)硬件組件構(gòu)成，使得確定性分布式I/O成為可能。每個(gè)從機(jī)箱都帶有兩個(gè)以太網(wǎng)接口，用于接收EtherCAT數(shù)據(jù)包。這些數(shù)據(jù)包通過物理層傳送到EtherCAT IP棧。EtherCAT IP包含了多個(gè)fieldbus內(nèi)存管理單元（FMMU），用來正確地將EtherCAT數(shù)據(jù)映射到特定的從設(shè)備上。直接內(nèi)存訪問（DMA）在EtherCAT IP和C系列I/O模塊之間傳送同步I/O數(shù)據(jù)。Xilinx FPGA作為C系列模塊接口，根據(jù)來自EtherCAT的指令和定時(shí)，用循環(huán)的方式處理I/O讀和寫。微控制器管理在主設(shè)備和從設(shè)備之間的任何異步消息，并且管理不同硬件組件的配置任務(wù)。
定時(shí)與同步
C系列模塊接口是NI掃描引擎技術(shù)的一部分，掃描引擎技術(shù)是與LabVIEW實(shí)時(shí)模塊8.6和CompactRIO一起推出的。這個(gè)組件負(fù)責(zé)同步C系列模塊的I/O數(shù)據(jù)，使NI 9144的I/O更新能夠與主設(shè)備的循環(huán)時(shí)間無縫匹配。
確定性網(wǎng)絡(luò)的循環(huán)時(shí)間包括主控制器程序掃描和I/O掃描的總時(shí)間。程序掃描包括LabVIEW程序進(jìn)行處理（包含嚴(yán)格時(shí)間任務(wù)和普通任務(wù)）、完成常規(guī)的清理維護(hù)以及與DMA和內(nèi)存表傳送數(shù)據(jù)包所需的時(shí)間。I/O掃描時(shí)間包括EtherCAT數(shù)據(jù)包通過整個(gè)從設(shè)備網(wǎng)絡(luò)并再返回所需要的時(shí)間。