NI 9144扩展机箱内部原理

NI引进了NI 9144扩展机箱，展示了一组确定性分布式I/O产品。这个用于C系列模块的8槽位坚固机箱使用开放式实时以太网协议，用于与NI CompactRIO和PXI控制器进行通信。本文深入分析了NI 9144扩展机箱能够提供高性能确定性的内在技术。
实时以太网扩展I/O
NI 9144是用于C系列模块的8槽位扩展机箱，它使用称为EtherCAT®（以太网控制自动化技术）的实时以太网技术，确定性地与实时主控制器进行通信。这个高性能的工业协议扩展了IEEE 802.3以太网标准，能够以可预测的定时与精确同步传送数据。这个开放式标准是作为IEC 61158的一部分发布的，通常使用在机器设计与运动控制等应用中。
要建立确定性的分布式I/O系统，通常在标准的以太网布线上使用主/从体系结构。您可以将任何带有双以太网接口的CompactRIO控制器或带有NI PXI-8231/8232以太网接口的PXI系统作为主控制器。使用菊花链可以将多个NI 9144从机箱连接到主控制器，扩展了严格时间应用的同时，也利用最少的处理器资源维持硬件确定性。
NI 9144扩展机箱由多个硬件组件构成，使得确定性分布式I/O成为可能。每个从机箱都带有两个以太网接口，用于接收EtherCAT数据包。这些数据包通过物理层传送到EtherCAT IP栈。EtherCAT IP包含了多个fieldbus内存管理单元（FMMU），用来正确地将EtherCAT数据映射到特定的从设备上。直接内存访问（DMA）在EtherCAT IP和C系列I/O模块之间传送同步I/O数据。Xilinx FPGA作为C系列模块接口，根据来自EtherCAT的指令和定时，用循环的方式处理I/O读和写。微控制器管理在主设备和从设备之间的任何异步消息，并且管理不同硬件组件的配置任务。
定时与同步
C系列模块接口是NI扫描引擎技术的一部分，扫描引擎技术是与LabVIEW实时模块8.6和CompactRIO一起推出的。这个组件负责同步C系列模块的I/O数据，使NI 9144的I/O更新能够与主设备的循环时间无缝匹配。
确定性网络的循环时间包括主控制器程序扫描和I/O扫描的总时间。程序扫描包括LabVIEW程序进行处理（包含严格时间任务和普通任务）、完成常规的清理维护以及与DMA和内存表传送数据包所需的时间。I/O扫描时间包括EtherCAT数据包通过整个从设备网络并再返回所需要的时间。