NIGPIB產品的優異特性分析

二十多年來，儀器控制應用領域中一直有兩大類總線占主導地位——也就是常用于控制科學分析儀器的RS232串口總線，和用于控制傳統測試測量設備的IEEE488通用接口總線(GPIB)。
盡管目前世界上所有的臺式機和筆記本電腦都已配備RS232接口，而采用GPIB接口控制儀器仍然需要用到專門的控制器硬件。遺憾的是，許多科研人員和工程師在選擇購買儀器控制硬件時，往往只單純考慮價格因素，而錯誤地以為GPIB接口卡只是一種普通商品，以為隨便選擇什么樣的控制器都是一樣的，無所謂。
本技術白皮書將討論決定GPIB控制器優劣的三個主要因素，同時還將詳細介紹能顯著提高您的測試測量系統各方面工作效率的一些軟硬件特性，從更加高效的應用程序開發，到更高速、更穩定可靠的應用程序運行，再到確保調試和維護的萬無一失，都將在以下內容中一一展開討論。

目錄：
·三個關鍵因素
·運行性能
·可靠性
·工作效率
·總結

三個關鍵因素
當您為自己的儀器控制系統選購GPIB控制器的時候，請記?。篘I的GPIB控制器可為您提供三大方面的獨特優勢和誘人的高性價比，從而確保您的整個系統周期中實現*節省時間和*節省成本的**方案。
高性能——憑借無可比擬的硬件吞吐量和高度優化的驅動軟件，您可以在更短的時間內進行更多測試，整體效率因而獲得大幅度提高，同時還能幫助您實現更多產品**、技術革新，進而帶來更高收益。
高可靠性——硬件和軟件的可靠性保證您的系統無故障地連續長時間工作，不再需要擔心一次次惱人費時的故障性中斷。這種高度可靠性能可以減少當機時間，大大節省您的時間和成本消耗。
高效率——配置，故障診斷，調試工具，世界**的技術支持和20年保持不變并事實上已成為工業標準的程序編程接口（API），以及*廣泛的操作系統支持，諸如此類的特性成就了*為高效有利的開發環境，供您輕松使用。憑借這些，您就能確保以*短的時間和精力創建出您所需要的應用程序，進一步節省了您寶貴的時間，幫助您更快地推出產品。
接下來的部分，我們會集中討論GPIB控制器硬件的三個關鍵方面，并分析NIGPIB硬件和軟件特性在這三方面所具有的明顯優勢。此外，我們還和其它非NIGPIB硬件產品進行比較，從而考察NI解決方案在節省時間和資金兩方面的優勢。
在進一步介紹前，需要注意的是盡管這三個方面的探討將分別展開，卻又不可能完全割裂開來。例如，為了提高驅動的高可靠性和強大的功效，系統內部的工作開銷就會增加，從而影響到系統的性能。GPIB軟硬件的*佳結合就是很好地平衡各種特性，從而提供*佳的運行性能、可靠性和工作效率。*理想的GPIB軟件硬件結合就意味著各種有利于優化性能、可靠性與工作效能的各項條件間巧妙的平衡。

運行性能
當評價GPIB硬件的整體性能時，*明顯的技術指標是板卡的數據吞吐量。例如，板卡的*大數據吞吐量為700kB/s還是1.5MB/s？然而除了板卡速率外，現在還有其它幾個重要的因素需要仔細研究。這些因素集中在兩個方面：1）硬件速度，2）驅動速度。

硬件速度
板卡的*大數據吞吐速率是非常重要的技術指標，因為它代表的是板卡能通過GPIB接口傳送數據的*快速度。傳送速度越快，就表示在更短的時間內傳送更多的數據。這在產品測試環境中尤為重要，因為幾個毫秒的產品測試時間的縮短就可以節省大量的成本?？疾霨PIB板卡在不同傳送容量下的數據傳送速率也是非常重要的。例如，板塊采用較小數據塊和較大數據塊輸送數據的性能是否一樣？板卡的數據吞吐速率在全部數據傳送塊大小的范圍內是否一致？圖1顯示了NIPCI-GPIB針對不同大小數據塊所能實現的性能。
NIPCI-GPIB的*大傳輸速率超過1.5MB/s，采用500B大小的常用傳輸容量時傳輸速率高于1MB/s。此外，即使傳輸數據塊低于500B時，板卡也能很好地工作。
NI是依托專門設計的GPIB ASIC技術實現產品性能的提升。NI硬件都是采用NI TNT GPIBASIC芯片。除了專門的NAT4882電路用以實現IEEE 488.2的控制器/通話/偵聽的功能，NITNTASIC還具備了Turbo488性能提高內核以及所需的GPIB收發器(transceiver)。此外，NITNTASIC還包括板載的FIFO以及DMA傳輸功能，它可以不占用CPU時間，因為PC在GPIB數據傳輸的過程中，仍然可以專注于執行其它任務。
相比之下，許多低成本GPIB供應商直接采用克隆NEC PD7210或TITMS9914A的GPIBASIC。雖然這些ASIC也比較可靠，但它們不具備NITNTASIC中幫助提高性能的任何特性，也沒有板載收發器。不僅如此，許多低成本板卡不提供DMA功能，也不具備板載的FIFO，所以硬件的運行速度很低。
NI TNT ASIC還具備其他一些特性，補充其提高性能的能力。NI TNT ASIC確保完全遵循／符合IEEE488.1T1的延遲時間標準，確保儀器不會丟失數據并盡可能高效地傳送數據。此外，NITNTASIC對握手信號的快速響應讓人難以置信。*后，NITNTASIC還具有IEEE標準488.1-2003所定義的高速握手協議——HS488。HS488協議定義的數據吞吐速率為8MB/s。用戶如果用NIGPIB控制器連接具備HS488功能的儀器，就可利用HS488協議，采用NITNTASIC的儀器是可以在固件中使用HS488的。
和其它PCIGPIB控制器廠商相比，NI的PCI-GPIB硬件在性能方面的優勢顯而易見。除了NI標定的這些標準性能以外，業內還進行了一個專門測試，把一個被測單元加載到一個可編程電子器件上，并使用示波器來讀取響應。這些測試儀器由一個非常簡單的軟件程序來控制。該程序非常靈活，可以以小數據塊，大數據塊以及混合方式來發送或接收數據。通過比較NIGPIB硬件和低成本GPIB板卡的性能可以看出，NI板卡可以將性能提高5%-30%，這一明顯優勢的意義非同小可。比如，以10個小時為一個班次，每臺設備的測試時間為20秒，當性能提高了5%到30%，就意味著可以在同樣的時間內多測試110到820臺設備。一周５天工作日內，優化的性能所帶來的量化效果是相當于測試產品的數量額外超過570到4120臺設備。

驅動速度
雖然硬件速度是決定整個GPIB板卡總體性能*為重要的因素，驅動軟件的速度也是反映板卡整體工作性能的另一個關鍵指標。驅動軟件架構的設計情況決定了控制各種類型GPIB調用的效率，包括GPIB數據傳輸以及GPIB總線管理調用和誤差處理。
驅動器的一個重要任務就是串行輪詢。GPIB標準要求控制器能實現串行輪詢，就是輪詢GPIB總線上的所有設備并確定哪個設備申請了服務。程序必須有專門的處理時間來進行串行輪詢，從而確定總線上哪個設備在申請服務。NI-488.2驅動以非常高效的方式實現這一功能，并且還提供自動輪詢機制，即驅動在后臺進行串行輪詢，充分利用程序和處理器的空閑時間。自動輪詢不僅能更有效地利用PC資源，而且該方式還能比其它方式快得多地偵測和響應服務申請。
除了要能進行輪詢，驅動具有同步以及異步數據傳輸功能也是非常重要的。通過異步數據傳輸，儀器控制程序可以幫助PC處理器騰出時間去執行其它任務。例如，程序可以有兩個同步循環，一個循環負責GPIB的傳輸，而另一個循環可以用于其它分析或用戶界面處理工作。
*后，由于NIGPIB驅動API已成為實際認可的工業標準，低成本的GPIB供應商所提供的驅動一般采用封裝的方式來響應對NI驅動的調用。由于這些驅動開發人員并不了解NI驅動的內部結構和其復雜的原理，因此無法對他們的驅動進行優化。這樣就降低了這些封裝式驅動的性能。此外，驅動開發人員很難提供一個能包含NI驅動所有功能的封裝器，這樣就會導致一些應用開發程序中缺乏一些必要的功能。

可靠性
選擇GPIB解決方案時需要考慮的**個重要因素是可靠性，它不僅包括GPIB硬件的可靠度，也包含軟件的可靠性以及廠商的可信度。

硬件的可靠性
使用高度可靠的硬件產品至關重要，因為在很大程度上它就代表了系統成本的節省。如果硬件非?？煽?，且工作起來沒有任何問題，您就可以節省當機以及更換硬件和重新驗證系統所帶來的費用。NI不遺余力地探索，只為實現自己的GPIB硬件可靠性達到**極至。以下所列各項特性幫助NI達到了這樣的高度：
· 自定義ASIC——NI使用可自定一的TNT ASIC，它是GPIB開發工程師們近30年的工程經驗的結晶
·高效的設計——通過采用專門的ASIC，NI在設計中減少了所使用器件的數量，從而降低了故障概率。例如，某個產品的平均故障時間間隔（MTBF）是根據組成產品的每個器件的故障時間計算得來的。產品所使用的器件越少，其MTBF就會越長。
·環境指標——絕大多數NIGPIB硬件在0到55℃范圍內有相同的精度和可靠性（個別產品可能有所不同）。許多第三方GPIB板卡的工作范圍在0到40℃，并且在接近臨界范圍時其功能會有所變化。
· 工業規范——NIGPIB硬件遵守*新的工業規范，包括IEEE488.1-2003和NIPCI-GPIB的2.1版PCI規范。
·生產效率——您的GPIB廠商是否具備可靠的制造工序來保證高質量的產品，這一點至關重要。NI開發冰生產GPIB產品已有20多年的歷史，經過優化的工序能提高產品產量并且確保產品的高質量。所以NI的GPIB產品的返修率極低。
·硬件質?！狽IGPIB硬件幾乎不存在故障先例，但仍然提供有2年質保。目的是確保用戶即使在兩年內真的出現故障問題的情況下，也不必承擔任何產品維修費用。另外，如果某些GPIB產品在網上注冊，NI還為這些產品增加了一年的免費質保。這樣的3年質保涵蓋了所有可用產品的95%。

軟件的可靠性
可靠的軟件支持保證*少的當機時間，并在更廣泛的系統平臺上開發和運行GPIB程序。NI-488.2驅動軟件功能齊全，且在多年開發過程中不斷升級演進和完善著。例如，利用NI-488.2，您可以開發出多線程程序，以及在多處理器或超線程系統上運行的程序。該驅動已在所有這些系統中接受過**測試，以確保使用中的可靠性和穩定性。

廠商可信度
*后，對于您的應用方案的整體可靠性而言，GPIB廠商本身的可靠程度也是個關鍵。NI制造GPIB產品已經有20多年的歷史了。這20年來我們在制造此類產品方面具備豐富的經驗和高度的專業水準，并且在支持舊接口以及提供相同兼容的API等方面保持有良好的長期記錄和業績成果證明。NI也通過了ISO9001:2000認證，這表明我們的內部工序符合工業標準，從而進一步確保我們產品的質量和可靠性。

工作效率
除了高性能和可靠性，您還需要考察的一個主要因素是工作效率。良好的工作效率能*大限度地降低開發時間，并減少系統和程序的維護工作。采用功能齊全、可重復使用以及架構穩定的驅動可以大幅提高您的工作效率。

開發效率
NIGPIB驅動軟件NI-488.2具備數不勝數的優良特性，有利于提高開發效率，完善驅動使用性能。這些特性中大多是NI-488.2所獨有的，而市場上其它任何低成本GPIB產品都不具備這些特性。
通用驅動——NI提供一個通用的GPIB驅動軟件來控制我們的PCI、PCIExpress、PXI、PCMCIA、USB、Ethernet和ISA（PnP）接口的GPIB控制器。用戶無需重新編寫程序即可輕松地把應用程序從一個平臺移植到另一個平臺上。
驅動程序本地化——NI-488.2已有日語，韓語，簡體中文和繁體中文等多種版本。由于安裝向導和軟件使用用戶本地語言，所以驅動的本地化可以簡化板卡的安裝，驅動的使用和編程。
技術支持——通過大量的各種在線支持，NI提供倍受贊譽的世界**的技術支持。通過這些支持您可以及時而準確得到問題的回復，從而確保您的項目能順利地進行并及時完成。
多接口功能——NI488.2是市場上極少數能讓您在同一個系統中安裝并使用多個接口的驅動軟件之一。例如，對于需要能響應多種儀器的程序，用戶可在在GPIB0上安裝PCI-GPIB，在GPIB1上安裝GPIB-USB-B來控制彼此獨立的多個儀器。由于NI488.2驅動具備這樣的特性，開發這樣的程序就非常簡單。也正因為有此特性，用戶無需對軟件進行修改就可以把某個GPIB控制器用其它類型的GPIB控制器來代替。
工具——NI-488.2具有極大提高開發效率的多種工具：
- 交互式控制或ibic工具使用戶可以快速地和儀器進行通信。它有簡單的基于DOS工具和圖形化用戶界面兩種版本；
-使用NISpy，用戶可以記錄所有設備層次和板卡層次功能調用的時間戳。開發人員利用它可以輕松而有效地檢測出他們程序中的錯誤和時間事件。
-使用GPIB分析器，用戶可以通過查看所有的GPIB握手信號，接口管理信號和數據信號來分析總線的物理活動。在使用NISpy不能解決問題時，這一功能非常有用。此外，您可以更為詳細地分析總線的時間事件。GPIB分析軟件只適用于NIGPIB分析器板卡，其它GPIB供應商的板卡不具備相似的功能。
與NI產品的集成——NI-488.2可以和其它NI產品集成地非常好，包括LabVIEW、LabWindows/CVI、MeasurementStudiofor Microsoft Visual Studio和Measurement &AutomationExplorer(MAX)。盡管某些GPIB供應商的驅動提供NI-488.2驅動的封裝器，但是通常這些驅動并不完善，只能和LabVIEW協同工作，卻無法提供MAX中的配置和調試工具。

架構的穩定性
NI-488.2驅動還具備無以倫比的架構穩定性，因此更有利于提升工作效率。由于驅動軟件和軟件構架非常穩定，用戶在更新應用系統的總線接口或操作系統時就無需對程序重新編寫和調試。

下面將介紹一些有助于確保架構穩定的特性：
API兼容性——NI-488.2API不僅是GPIB通信的工業標準，而且該API已經20多年沒有變化。通過這種穩定性，原先為DOS系統的ISA板卡或Macintosh系統的NuBus板卡編寫的程序無需更改就可以在運行WindowsXP系統的PCI板卡上使用。
覆蓋廣泛的總線類型——NI為各種總線提供GPIB控制器。除了目前通用的總線如PCI、PCIExpress、PXI/CompactPCI、PCMCIA、USB和Ethernet，NI還提供用于ISA、IEEE1394、SBus（SunSolaris）、PMC、PC/104和VME等總線上的控制器。盡管某些接口需要有專門版本的NI-488.2驅動，但是由于API是一樣的，在把某個主流接口的程序轉變為用于某種專用接口時，您幾乎不需要任何額外的工作。
對操作系統(OS)的開放度——NI為大部分常用操作系統——如Windows 2000/XP/NT/Me/9x,Linux,Solaris, 和Mac OS X (以及 Mac OS9.x和更早的版本)——提供大多數總線接口的驅動軟件。NI也為一些不太常用的操作系統(如HP-UX 和 Tru64DigitalUNIX)上的總線接口提供驅動。*后，對于那些不提供完整驅動的接口和操作系統，我們有驅動開發工具包（DDK），因此您可以自行選擇所需的驅動。而且，由于這些驅動的API都是相同的，用戶可以輕松地在不同的OS和接口之間移植程序。
產品的可用性——NI不僅提供了用于各種總線的GPIB控制器，而且這些產品在某種總線已經不再常用時仍繼續供應。例如，NI目前仍然銷售ISA,NuBus,和 SBus等總線上的接口產品。這樣可以保證您不會由于舊總線不再使用而花費時間而更新系統。

小結
本文介紹了NIGPIB軟硬件產品的優勢性能。NIGPIB軟硬件產品具備高性能、高可靠性和高工作效率。通過**的硬件和高度優化的軟件產品，NI幫您*大限度地提高數據吞吐量，從而提高系統性能。性能穩定的軟硬件產品，加上20年來GPIB產品的主導地位，NIGPIB產品具有**的可靠性。您可以通過易用而高效的開發和調試工具以及穩定的軟件架構來提高工作效率。
憑借這些優勢，NIGPIB產品讓您在工作中受益無窮，幫您實現更加高速快捷的產品設計、開發和測試，高效低成本的理想方案。也許這些優勢在短期內帶來的增益不大，但隨著時間的推移，您會發現您所節省的是大量的時間與資金。
1. 可延長質保期用于包含Windows 2000/XP2.3版或更高版本NI-488.2的PCI、PCIExpress、USB、ENET和PCMCIA GPIB產品。
2. Windows 2000/XP 2.3版或更高版本的NI-488.2包括韓語，簡體中文和繁體中文版。