Se medições de formas de onda dinâmicas são importantes na aplicação, certifique-se de considerar um barramento com uma largura de banda adequada. Veremos cinco perguntas a fazer quando formos escolher o barramento correto para medição e um guia de seleção dos barramentos mais comuns.
Guilherme Kenji Yamamoto, Renan Machado de Azevedo - National Instruments
Nota: Artigo publicado na Revista Saber Eletrônica 473 de Setembro/Outubro de 2013.
Qual a quantidade de dados a ser transmitida através do barramento?
Dependendo do barramento escolhido, a largura de banda pode ser compartilhada por vários dispositivos ou dedicada para um determinado dispositivo. O barramento PCI, por exemplo, tem uma largura de banda teórica de 132 MB/s, que é compartilhada entre todos os dispositivos PCI do computador. Barramentos que oferecem largura de banda dedicada, tais como o PCI Express e PXI Express, fornecem a máxima taxa de transferência de dados para cada dispositivo.
Nas medições de formas de onda, há uma correta taxa de amostragem e resolução que deve ser alcançada com base na frequência máxima do seu sinal. Você pode calcular a largura de banda mínima conhecendo o número de bytes por amostra (arredondado para o byte imediatamente acima), multiplicando este valor pela velocidade de amostragem e em seguida multiplicando pelo número de canais.
Por exemplo, um dispositivo de 16 bits (2 bytes) e amostragem de 4 MS/s nos quatro canais seria:
[ (2 bytes / s) * (4 MS/sec) * 4 channels ] = 32MB/s
A largura de banda do barramento precisa ser capaz de suportar a velocidade na qual os dados estão sendo adquiridos, e é muito importante notar que a largura de banda atual será inferior aos limites teóricos do barramento. Esta largura de banda depende do número de dispositivos do sistema e de qualquer outro tráfego que possa sobrecarregar o barramento. Se você precisar realizar o stream de uma grande quantidade de dados em um grande número de canais, a largura de banda pode ser a consideração mais importante para a escolha do barramento de aquisição de dados.
Quais são os requisitos para EIS single-point?
Aplicações que fazem leitura e escrita de um único ponto (single-point) dependem, muitas vezes, dos valores das E/S para serem atualizadas imediatamente e de maneira consistente. Com base na forma de como os barramentos estão projetados no hardware e no software, os requisitos da E/S single-point podem ser o fator determinante para o barramento que você escolher.
A latência do barramento é a resposta das EIS, ou seja, é o tempo entre quando uma função do driver é chamada até a atualização do valor das E/S do hardware. Dependendo do barramento, o atraso pode variar entre microssegundos e milissegundos. Em um sistema de controle PID, por exemplo, a latência do barramento pode causar um impacto na velocidade máxima da malha de controle.
Outro fator importante nas E/S single-point é o determinismo, que é uma medida da consistência dos dados da E/S. Barramentos que sempre têm a mesma latência na comunicação com as E/S são mais determinísticos do que os barramentos que podem variar a sua resposta. O determinismo é importante para aplicações de controle porque impacta diretamente na confiabilidade da malha de controle e muitos algoritmos de controle são projetados com a expectativa de que a malha de controle irá executar sempre a uma taxa constante. Qualquer desvio em relação à taxa esperada irá tornar o sistema de controle menos eficaz.
Analisando agora o lado do software de comunicação de um barramento, é importante ressaltar sua grande influência na latência e no determinismo do barramento. Barramentos e drivers que tenham suporte para sistemas operacionais de tempo real apresentarão o melhor determinismo, e portanto o mais alto desempenho. Em geral, barramentos internos como PCI Express e PXI Express são melhores para aplicações de EIS single-point de baixa latência que barramentos externos, como USB e Wireless.
Preciso sincronizar vários dispositivos?
Muitos sistemas de medição têm necessidades complexas de sincronização, seja para sincronizar centenas de canais de entrada ou vários tipos de instrumentos. Um sistema de resposta a estímulos, por exemplo, pode exigir que os canais de saída compartilhem o mesmo sample clock e trigger dos canais de entrada para correlacionar as E/S e realizar uma melhor análise dos resultados. Dispositivos que fazem aquisição de dados em diferentes barramentos fornecem maneiras diferentes de realizá-las. Quase todos os dispositivos de aquisição de dados da NI (DAQ) oferecem acesso às linhas de entrada de função programável (PFI) que podem ser usadas para encaminhar clocks e triggers entre dispositivos diferentes, e podem ser facilmente configuradas através do driver NI-DAQmx. Certos barramentos, contudo, possuem linhas adicionais integradas para o trigger e de temporização, tornando o mais simples possível a sincronização entre os dispositivos.
Dispositivos PCI e PCI Express oferecem barramento RTSI (Integração de Sistemas em Tempo Real), no qual várias placas de um sistema desktop podem ser cabeadas juntas, eliminando a necessidade de cabos adicionais através do conector frontal e simplificando a conectividade das E/S.
A melhor opção de barramento para sincronização de múltiplos dispositivos é a plataforma PXI, incluindo PXI e PXI Express. Este padrão aberto foi desenvolvido especificamente para alto desempenho de sincronização e trigger, com diferentes opções para sincronização de módulos de E/S dentro do mesmo chassi, bem como a sincronização de vários chassis.
Quão portátil deve ser este sistema?
A adoção da computação portátil é inegável e proporciona a engenheiros e pesquisadores novas formas de inovar com a aquisição de dados baseada em PC. Portabilidade é um fator importante para muitas aplicações e pode facilmente ser a principal razão na escolha de um barramento em detrimento de outro. Em aquisição de dados de um veículo, por exemplo, é benéfico utilizar um hardware compacto que pode ser facilmente transportado. Barramentos externos como USB e Ethernet são particularmente bons para sistemas portáteis de aquisição de dados devido à rápida instalação do hardware e compatibilidade com laptops. Dispositivos energizados via USB também são convenientes, pois não requerem uma fonte de alimentação separada. Outra opção para portabilidade é utilizar transferência de dados sem fio, pois o hardware de medição em si torna-se portátil enquanto o computador pode ficar em um lugar fixo.
A que distância minhas medições estarão do meu computador?
A distância das medições em relação ao computador pode variar drasticamente de aplicação para aplicação. Para obter o melhor sinal e precisão na medição, você deve colocar o hardware que está adquirindo os dados o mais próximo possível da fonte de sinal. Isto pode ser um desafio para aplicações de medições amplamente distribuídas, como monitoramento de saúde estrutural ou monitoramento ambiental. Utilizar longos cabos através de uma ponte ou cruzando uma fábrica apresenta um alto custo e pode resultar em sinais ruidosos. Uma solução para este problema é utilizar uma plataforma de computação portátil e mover todo o sistema para perto da fonte de sinal, Com a tecnologia sem fio, a ligação física entre o computador e o hardware de medição não existe, permitindo que você distribua as medições e envie os dados de volta para uma localização central.
Guia de seleção dos barramentos mais comuns
Baseada nas cinco questões previamente delineadas, a tabela 1 mostra um guia de seleção para os barramentos de aquisição de dados mais comuns.
