Projeto Gráfico de Sistemas para Testes e Ensaios Complexos - PDF
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Maria de Begonha Clementino Braga
1 Projeto Gráfico de Sistemas para Testes e Ensaios Complexos André Pereira Engenheiro de Vendas Luciano Borges Engenharia de Aplicação
2 National Instruments Líder em automação e medição baseado em computadores Resultados: $873M em 2010, $238M em Q1 de 2011 Operações Globais: Aproximadamente colaboradores em mais de 40 países Base de clientes: Mais de companhias anualmente Diversidade: Nenhuma indústria representa mais de 15% das vendas FORTUNE s 100 melhores empresas para se trabalhar por 12 anos Histórico de crescimento e rentabilidade Milhões de Dólares - US$ Investimento: 16% das vendas anuais Parceiros: Mais de 600 Alliance Partners
3 O Que Fazemos Medição Modular de Baixo Custo e Hardware de Controle Ferramentas para Desenvolvimento de Software Plataformas Altamente Integradas Soluções que são utilizadas por Engenheiros e Pesquisadores para aplicações de Teste, Projeto e Controle
4 Evolução do Produto e Plataforma NI Agregando valor a clientes Controle e Instrumentos tradicionais Medição baseada em PC Sistemas completos
5 Precisão (Bits) Expandindo Capacidades de Medição K 10K 100K 1M 10M 100M 1G 10G 100G Taxa de Amostragem (S/s) Produtos NI 1995 Produtos NI 2004 Produtos NI 2010 Instrumentos Tradicionais
6 Diversidade de Aplicações Nenhuma indústria representa mais de 15% do faturamento Telecom Acadêmico Automotiva Semicondutores Eletrônicos Computadores Testes Automatizados Aeronáutica/Militar Pesquisas Petróleo e Gás Alimentícia Têxtil
7 Diversidade de Clientes Clientes top % da receita Mais de clientes em mais de 90 países 95% dos Fortune 500 do ramo de manufatura
8 Áreas de Aplicação Testes Automatizados Medição Industrial Automação e Controle Testes de Sinais RF Monitoração de Condição de Máquinas Sistema de Inspeção de Máquina Hardware in the Loop Armazenamento de Dados Controle de Movimento Audio e Video Sistema Supervisório Controle de Processo
9 Capacitando Usuários atráves do Software LEGO MINDSTORMS NXT o brinquedo mais legal do ano CERN Large Hadron Collider O instrumento mais poderoso do planeta
10 Instrumentação Tradicional instrumentos experimento
11 Instrumentação Tradicional instrumentos Barramento de comunicação computador experimento
12 Instrumentação Virtual, Instrumentação Baseada em PC O software é o instrumento!
13 Ambiente Gráfico de Programação LabVIEW Programação gráfica e intuitiva para engenheiros e pesquisadores Ferramentas para aquisição, análise e apresentação de dados reais
14 Diagrama de Blocos (Código Gráfico) Centenas de funções inclusas Assistentes interativos e modelos que aceleram o desenvolvimento
15 Painel Frontal (Interface Gráfica) Escolha dentre uma variedade de objetos Personalize cada objeto para criar interfaces profissionais
16 História do LabVIEW Fundadores James Truchard Jeff Kodosky
17 História do LabVIEW
18 História do LabVIEW
19 História do LabVIEW
20 Demo LabVIEW
21 Plataformas de Hardware para Testes
22 Temporização e Controle Interface de Usuário Fixa Temporização e Controle Interface de Usuário Arquitetura de Instrumentação Instrumentação Tradicional Instrumentação Modular Baseado em GPIB, LAN ou USB PXI, VXI Processador Proprietário, OS Firmware Processador do PC, OS Software Barramento Barramento Sub-sistema de Medição Hardware Modular Fonte Conectividade: GPIB, LAN, USB Fontes Compartilhadas Conectividade: GPIB, LAN, USB
23 O que é PXI? PXI = PCI extensions for Instrumentation Especificação aberta e liderada pela PXI Systems Alliance (PXISA), introduzida em 1997 Plataforma baseada em PC e otimizada para teste, medições e controle Barramento elétrico PCI robusto, modular, Eurocard com encapsulamento mecânico do CompactPCI Características avançadas de temporização e sincronização
24 PXI Combina Padrões Tecnológicos Controladora PC embarcado ou controlador remotamente por laptop Executa software padrão Chassis PXI Backplane Barramento PCI Temporização e Sincronização Módulos Periféricos
25 Redução de Custo e Tamanho com Soluções Baseadas na Instrumentação Modular (PXI) Solução Tradicional: $82,972 0,1734 m 3 Solução PXI: $39,545 0,019 m 3 Baixo Custo Alto Desempenho Tamanho reduzido Flexível Soluções definidas pelo usuário *Preços baseados em catalogos Imagens fornecidas por Agilent, Keithley, e Nicolet
26 iphone De repente, a interface não é mais fixa e rígida, ela flui e é moldável. O software substitui o hardware. Instrumentação Virtual Revista Time sobre o iphone da Apple
27 Linha do Tempo da Instrumentação Photo Courtesy of Keithley
28 Plataforma PXI Robusta, industrial CPU Quad-Core Barramento PXI Express Temporização, Trigger e Sincronismo Instr Modulares FPGA, DAQ SO Windows ou Tempo Real NI LabVIEW, LabWindows /CVI, NI TestStand Módulos para Aplicações Específicas (GPS, RF) APIs (NI VISA, IVI, NI-DMM) The mark LabWindows is used under a license from Microsoft Corporation. Windows is a registered trademark of Microsoft Corporation in the United States and other countries.
29 Systems Sistemas PXI PXI Systems VXI Systems Year 17.6% de crescimento anual Ao final de 2009 Mais de 100,000 sistemas operando Com mais de 600,000 módulos Fonte: World VXI and PXI Test Equipment Market, Frost & Sullivan (Q4 2008)
30 Instrumentação Modular PXI Do nível DC à 26.5 GHz (e tudo entre esta faixa) Digitalizadora de melhor resolução da Indústria Resolução Flexível até 114 dbc SFDR Multímetro de 7½ dígitos mais rápido e preciso da Indústria Aquisição de muitos canais de sinais dinâmicos 5000 canais de sinais dinâmicos com 0.01 grau de defasagem Fontes DC precisas Fontes de alimentação e medição com precisão de nanoamperes nos 4 quadrantes Aquisição e Geração de formas de onda de alta frequência Clocks de até 200 MHz, transferência de dados de até 400 Mb/s Aquisição e Geração de RF Geração de até 6.6 GHz e aquisição de até 26.5 GHz com mais de 50 MHz de largura de banda
31 O que há de novo no PXI? PXI Express Aumento da banda de transferência para 2.0 GB/s dedicados por instrumento A melhor especificação da Indústria em Latência e Sincronismo Compatível com software existente e mais de 1000 módulos PXI
32 NI FlexRIO Velocidade e Flexibilidade Adaptador FlexRIO I/O Intercambiáveis Personalizado pelo usuário Kits de desenvolvimento Módulo FlexRIO FPGA Até 132 channels Até 1 Gb/s por canal Até 128 MB de RAM, DDR2
33 Socketed CLIP Xilinx Virtex 5 FPGA CLIP CLIP CLIP Circuito do Cliente LabVIEW FPGA VI PXI Bus Socketed CLIP Socketed CLIP Requisitos para projeto do adaptador: Experiência em layout de PCB Projeto de hardware Mapeamento de sinais do FPGA DRAM Memory DRAM Memory Requisitos de Programação: Experiência em VHDL LabVIEW FPGA Interface com Host
34 Características datemporização e Sincronização no PXI Barramento PXI Trigger 8 TTL Trigger, Clock e Handshaking entre sinais Sistema de Clock de Referência 10 MHz TTL Phase Lock Looping Trilhas de igual Comprimento < 1 ns assimetria Barramento Star Trigger 1 por Slot Comunicação Estrela Delay de propagação das trilhas conhecido < 1 ns assimetria
35 Sincronização em Picosegundos Trigger Clock (TClk) Instrumentos Modulares NI NI Synchronization and Memory Core (SMC) Variação típica entre 200 e 500 ps Menor variação com calibração Alinha amostras de clock que podem não estar alinhadas inicialmente em função de phase locked Permite trigger preciso de equipamentos sincronizados utilizando sinais slow TClk Utiliza o barramento de temporização e sincronização do PXI Somente três funções/vis requeridas
36 Escalabilidade de E/S Escravo Escravo Escravo Escravo Escravo Escravo Mestre Escravo
37 Sincronize Eventos entre Dispositivos de Tempo Real Distribuídos
38 Testes em linha de produção - EMBRAER Sistemas de teste para diversas linhas de produção da EMBRAER Aeronaves: 145/Legacy, 170/175, 190/195, Lineage Manutenção e calibração de subsistemas: manetes Revitalização de aeronaves: F5BR, ALX...
39 Testes em linha de produção - EMBRAER Sistemas funcionando por mais de 10 anos Redução drástica nos tempos de teste Reuso de HW em novas aeronaves
40 Exemplo Matriz de microfones Problemas de ruído em Aviões Comerciais Fontes de ruído no motor Dominante na decolagem Importante na aproximação Afeta no ruído interno no cruzeiro Inclui turbina e combustão Courtesia da Boeing Fontes de ruído na estrutura Dominante em condições de aproximação Inclui slats, flaps, e trem de pouso
41 Teste de Sobrevôo O desafio: Criar um sistema escalável, de baixo custo para testar a eficiência de projetos de redução de ruído na aviação comercial, durante decolagem, pouso e vôo. A solução: Uso do chassi e controladora PXI da National Instruments, analisadoras de sinais dinâmicos, e o LabVIEW para desenvolver um sistema de teste distribuído escalável, com sincronismo preciso para efetuar aquisição em fase para testes de sobrevôo. Cortesia da Boeing "Usando hardware e software da NI, fomos capazes de criar um sistema de ponta, com baixo custo, distribuindo os sistemas de aquisição entre os múltiplos chassis, adquirindo de modo sincronizado todos os canais, com total largura de banda e expansão de canais."
42 Projeto Aeronave Silenciosa EMBRAER / FAPESP Aplicação: - Criar modelos matemáticos para prevenir ou tratar fontes de ruído. - Executar testes para identificar fontes de ruído e ajustar modelos. - Validar métodos. - Implementar os métodos em novos projetos de aeronaves. Ensaios já realizados no Túnel de Vento da EESC Cortesia National de Instruments EMBRAER
43 Projeto Aeronave Silenciosa EMBRAER / FAPESP Exemplos de telas de interface e de análise de sinais Cortesia de EMBRAER
44 Construindo Sistemas de Gravação e Reprodução de Dados de Áudio, Vídeo e GPS com a Plataforma PXI National Instruments
45 Denominador Comum em Sistemas de Vídeo, Áudio e GPS? Grande Volume de Dados Necessidade de armazenar ou acessar tais dados a uma alta taxa/velocidade
46 Computador (Host) Instrumento Interface para Disco Rígido CPU Interface Camada Física ADC/ DAC SATA/ SAS Barramento padrão ou customizado PCI/PCI Express, Ethernet, USB etc Interface customizada serial ou paralela ADC/DAC Interface física para o sinal
47 Fluxo Contínuo e Rápido de Dados (Data Streaming) Transferência de dados de um instrumento para unidade de armazenamento ou da unidade de armazenamento para o instrumento a uma taxa tal que garanta aquisição ou geração contínua de dados.
48 Arquitetura do Sistema PXI Express Sistema PXI Express PXIe-8133 PXI-8106 PXI-1045 PXIe-1082 A largura de banda total do Sistema depende da combinação controlador/chassis Barramento PCI 110 MB/s Quatro x4 PCI Express Links
49 Desempenho da transferência de dados Maioria das operações são possíveis com uma conexão direto ao controlador PXIe A combinação de controlador e chassi determinam a máxima capacidade do sistema. A localização do módulo no chassi e o tipo de módulo são também fatores determinantes
50 EVOLUÇÃO DA TECNOLOGIA DATA STREAMING
51 PXIe-8133 PXI Express Core i GHz (Base) 3.06 GHz (SC Turbo) Quad Core Intel Processador Core i7-820qm Quatro x4 PXI Express Gen 2 Lanes 6.4 GBytes/s Máxima transferência Duas x Portas Gigabit Ethernet Máximo de 8 GB de RAM e Opção Windows 7 64 bit OS
52 Instrumento RAID Arquitetura de Transferência de Dados 800 MB/s PXIe-1075 Intel i7-820qm CPU PXIe MB/s PCIe Switch PCIe Switch PCIe Controller Memory Controller PCIe Switch PCIe x16 Gen2 6.4 GB/s Total 8.0 GB/s Total PCIe Switch PCIe Switch PCIe x4 Gen1 1.6 GB/s Each Link 6.4 GB/s Total Largura de Banda Total = 6.4 GB/s
53 OPÇÕES DE DISCO - RAID
54 O que é RAID? Redundant Array of Independent Drives, é um termo genérico para descrever estratégia de armazenamento de dados onde a informação é escrita de forma paralela e/ou redundante em vários discos independentes.
55 Raid 0 RAID-0 Paraleliza a operação sem redundância Melhora o desempenho quando comparado com um único disco Não aumenta a confiabilidade do sistema Windows dá suporte de forma transparente ao usuário Controlador RAID-0 (Striping)
56 Raid 1 RAID-1 Implementa redundância 100% redundânica de dados Não existe aumento de velocidade de escrita comparado c/ disco únido Mais alto overhead de todas configurações RAID Controlador RAID-1 (Mirrored)
57 Produtos Recomendados para Data Streaming NI 8260 NI HDD-8263 NI HDD MB/s 1 TB Software RAID-0 Internal to chassis (3 slot-wide) 200 MB/s 2 TB RAID-0,1,5 External to chassis 750 MB/s 12 TB RAID-0,1,5,6,10 External to chassis
58 Demo Reprodução de Trajetória de GPS
59 PEER-TO-PEER STREAMING
60 Tecnologia Tradicional Intel i7-820qm CPU PCIe Controller Memory Controller PCIe Switch PCIe Switch PCIe Switch PCIe Switch
61 Tecnologia P2P Streaming Caso 1: P2P Passando pela controladora PCIe Controller Intel i7-820qm CPU PCIe Switch Memory Controller Caso 2: P2P Passando pelo chassi PCIe Switch PCIe Switch PCIe Switch
62 Arquitetura P2P - NI FlexRIO >800 MB/s um direção >700 MB/s duas direções ~10 us latência PXIe-1075 PCIe Switch PCIe Switch PCIe Switch PCIe Switch
63 Exemplo de Aplicação: Trigger Baseado em Frequência NI-RFSA Data PXI Trigger P2P Stream
64 PXIe-8133 com PXIe-1075 = 6.4 GB/s largura de banda Computador Host Instrumento Hard- Drive Interface CPU Interface Camada Física ADC/ DAC RAID permite: 12 TB de armazenamento 800 MB/s leitura/escrita P2P Várias opões de instrumentos: FlexRIO Digitalizadores e Geradores RF VSA
65 SOLUÇÕES DA NI PARA TESTES EM DISPOSITIVOS WIRELESS 65
66 Plataforma de RF da NI APIs Otimizadas Vários Toolkits (WLAN, GSM/EDGE, WCDMA, LTE, WiMAX, GPS, ZigBee, etc.) Painéis de Instrumentos Software e Hardware Modular Arquiteturas de Referência Processamento Multicore Analisadores e Geradores de RF Coprocessamento em FPGA Analisador de Rede Vetorial Chaveamento, LNA s e Amplificadores Medidores de Potência
67 Hardware de RF da NI RF Hardware 2.7 GHz Vector Signal Analyzer 2.7 GHz Vector Signal Generator 6.6 GHz Vector Signal Analyzer 6.6 GHz Vector Signal Generator 6.6 GHz CW Generator 8.0 GHz Programmable Pre-amp 8.0 GHz Programmable attenuator 6 GHz True-RMS Power Meter Up to 26.5 GHz, mux, GP relays IF/Baseband Hardware 400 MS/s 16-bit Dual Channel AWG 150 MS/s 16-bit High-speed IF digitizer 32 Channel, 400 Mb/s High-speed DIO
68 Teste de RF baseado em Software GSM/EDGE WCDMA & HSPA+ LTE WiMAX ZigBee RFID WLAN GPS AM/FM Bluetooth
69 GSM/EDGE Measurement Suite Standard Support GSM, EDGE UE and BS testing Software support API for LabVIEW and C/C++ Interactive soft front panels Teststand example sequences Measurement performance Modulation ORFS (GSM): -68 dbc RMS EVM (EDGE): < 0.5%
70 WCDMA/HSPA+ Measurement Suite Standard Support WCDMA, HSPA, and HSPA+ UE and BS testing Software support API for LabVIEW and C/C++ Interactive soft front panels TestStand example sequences Measurement performance ACLR (Uplink): -63 dbc RMS EVM (Uplink): < 0.5%
71 LTE Measurement Suite (FDD, UE test) Interactive Soft Front Panels TestStand Support API for LV and above API for C, C++, and.net API
72 WLAN Measurement Suite Standard Support IEEE a/b/g/n MCS 0-31 for n Software support API for LabVIEW and C/C++ Interactive soft front panels Measurement performance RMS EVM (EDGE): -45 db 3x to 5x Faster than Traditional Instruments
73 WiMAX Measurement Suites Standard Support Fixed WiMAX (802.16d) Mobile WiMAX (802.16e-2005) Software support API for LabVIEW and C/C++ Interactive soft front panels Measurement performance RMS EVM (EDGE): > -45 db 3x to 5x Faster than Traditional Instruments
74 GPS Simulation Toolkit Standard Support GPS C/Code Generation (L1) Support for WAAS generation Waypoint and trajectory mode Software support API for LabVIEW and C/C++ Interactive example programs Measurement capabilities Sensitivity Time to first fix (TTFF)
75 Otimizando sistemas de testes com TestStand National Instruments
76 Por que se preocupar? Produtividade Custo da linha de produção Cobertura de teste Qualidade Tempo de teste
77 Desafios da Manufatura Diminuição do Ciclo de Vida de Produto Aumento de número de produtos a testar Reutilização de testes Tecnologias convergentes (RF, áudio, vídeo, digital ) Maximizar a capacidade produtiva
78 Otimização de Testes - Vertentes Reutilização de hardware Minimizar o tempo de testes Reutilização de software Diminuição do custo total de teste
79 Solução Seleção software padronizado/amigável para programação funcional Seleção de um software de gerencialmento de testes
80 Estratégia de Teste Flexível, Modular e Reutilizável Gerenciamento de Teste Organiza, controla & executa test Software de Desenvolvimento Criar testes modulares, rotinas de medida e automação Driver para hardware, disponível no mercado Configuração de instrumentos
81 Papéis de um Software Gerenciamento de Testes Operações diferentes p/ cada unidade: Calibração Configuração Instrumentos Aquisição de Dados Medições Análise de Resultados Estratégias de Testes Operações repetidas p/ cada unidade: Interface do usuário Gestão de Usuários Rastreamento de DUT Controle do Fluxo de Teste Arquivamento de Resultados Relatórios
82 Desenvolva Testes Automatizados Rapidamente Interface do Usuário Máquina de Execução Interface para linguagens Avaliação do Resultado Gestão do Usuário Relatórios (XML, HTML, ASCII) Integração com Banco de Dados Integração com chaveamento Escaneamento do número serial Carregamento do Sequência Carregar Limites de Testes Controle de Revisão Ambiente de Desenvolvimento Esforço de Desenvolvimento = Tempo gasto = Tempo economizado c/ NI TestStand
83 NI TestStand Software de Gestão de Testes Ambiente de Edição de Sequência Automatiza testes em qualquer linguagem Execução de sequências em múltiplas threads Geração de Relatório ASCII, HTML/Web, XML, and ATML Conectividade a banco de dados Access, Oracle, SQL Server
84 Arquitetura TestStand Interface do Usuário Editor de Sequência NI TestStand API NI TestStand Engine ATLAS, VEE, Java LabVIEW CVI.NET C/C++ ActiveX HTBasic Other
85 Solução para Rastreabilidade de Requisitos da National Instruments
86 Levantamento De Requisitos Arquitetura da Aplicação Desenvolvimento Depuração E Teste Implementação Cobertura de Requisitos e Gerenciamento de Projeto Rastreabilidade e Geração De Documentação
87 ATML O que é ATML? Automatic Test Markup Language ou ATML é um conjunto de schemas XML que definem uma forma padrão de se descrever sistemas de teste e reportar Resultados de Teste. É um padrão IEEE que está em desenvolvimento para possibilitar a troca de informações sobre testes e sistemas de teste entre diferentes organizações.
88 LabVIEW Unit Test Framework Valores de Entrada Saída VI em teste Unit Test Framework Expected Output Geração de Relatório Automática Vetor de teste = Valores de Entrada + Saídas esperadas
89 Integração com o Requirements Gateway Implementação Requisitos de Software Unit Tests Resultados de teste
90 Demo TestStand
91 Developing Test Systems for Automotive Multimedia Devices Using NI TestStand and PXI Hardware Application: A test system for multiple types of in-vehicle entertainment systems. Challenge: Developing a test system that can perform multiple test operations for both DVD players and the associated display units, and be easily altered to meet changing test parameters. Products: NI TestStand, LabVIEW Database Connectivity (SQL) Toolkit, LabWindows /CVI, and PXI Key Benefit: Because of the large variety of PXI modules, we configured the test system to meet various test product requirements. NI TestStand makes it easy for the user to configure the individual test steps and adjust the test sequence so that the system can adapt to changing requirements. Wilfried Noffz, NOFFZ ComputerTechnik Developing Test Systems for Automotive Multimedia Devices Using NI TestStand and PXI Hardware The mark LabWindows is used under a license from Microsoft Corporation. Windows is a registered trademark of Microsoft Corporation in the United States and other countries.
92 Testing the ECUs of a Vehicle Using NI TestStand, LabVIEW, and PXI Application: An automated test system to measure the electronic control units (ECUs) of a vehicle. Challenge: Developing a flexible, automated test fixture to independently and jointly test the ECU system of a vehicle while users create and maintain collections. Products: NI TestStand, LabVIEW, PXI, GPIB Key Benefit: With the expandable and adaptable test system, hardware can be reconfigured and built upon as new products are developed. NI TestStand provided an out-of-the-box solution that reduced development time by supplying a number of key features, while LabVIEW contained the native functionality for controlling the necessary test system hardware. Dillon Glissmann, DISTek Integration Inc. Testing ECUs of a Vehicle Using NI TestStand, NI LabVIEW, and PXI