NI GPIB 的優勢

3 項重要特性

在為您的儀器控制系統採購GPIB控制器時，請記住：National Instruments的GPIB控制器在三個重要的領域裡提供許多優勢，能夠幫助您在系統的生命週期間（從開發到生產及維護）節省時間和金錢。這三個領域為：

• 效能──透過無與倫比的硬體資料流通速率以及高度最佳化的驅動程式軟體，您可以在更短的時間內執行更多測試，提高整體的效率，並幫助您製造更多產品，產生更多收入。
• 穩定性──硬體及軟體的穩定性讓您確知系統可以長時間執行，不需人為干涉，而不會發生錯誤。這種穩定性帶來更少的停機時間，節省您的時間和金錢。
• 生產力──組態、故障排除及除錯工具，世界級的技術支援，二十年來未曾改變，實質上的業界標準應用程式設計界面(API)，以及最廣泛的作業系統支援，都是讓您獲得最具生產力之開發環境的許多功能之一，確保您能夠用最少的時間和精力建立應用程式，再度節省您寶貴的時間，並幫助您更快速製造產品。

在本文件的其餘篇幅中，我們將焦點放在GPIB控制器硬體的這三項重要領域，並分析National Instruments的GPIB硬體及軟體所具備之各種令您在這些領域中獲得顯著優勢的特殊功能。此外，我們與其它非NI出品的GPIB硬體產品做比較，並檢視NI方案在時間及金錢方面的優點。

在繼續進行之前，必須提出的一項重點是，雖然我們將這三個領域分開來討論，但是不可能將之完全分離。舉例來說，要讓驅動程式提供高穩定性及堅固性，可能需要額外的內部設計，因而對效能產生負面影響。要獲得GPIB軟體及硬體的最佳組合，就是要在各項功能之間取得微妙的平衡，得以提供最大的效能、穩定性及生產力。

 

效能

在判斷GPIB硬體的整體效能時，最明顯的規格就是介面卡的資料流通速率。舉例來說，介面卡的最大資料流通速率是700 kB/s還是1.5 MB/s？然而，除了這個速率之外，還有其它數項重要因素應該列入考慮，以下即將更詳細地進行討論。這些因素可以歸納為兩方面：1) 硬體速度，以及2) 驅動程式速度。

 

硬體速度

介面卡的最大資料流通速率非常重要，因為它代表介面卡透過GPIB傳送資料時最快速的資料流通速率。傳輸越快，在短時間內能夠傳輸的資料量越多。在產品測試環境中這一點可能非常重要，因為產品測試時間若能減少幾毫秒，就可以節省大筆經費。查看GPIB介面卡在不同的傳輸區塊大小之下能夠以多快的速度傳輸資料，也是非常重要的一部份。舉例來說，這張介面卡在使用小資料區塊和大資料區塊時，表現是否一樣好？在一個變動資料傳輸區塊大小的範圍內，介面卡能否維持一致的資料流通速率？圖一顯示NI PCI-GPIB處理不同的資料區塊大小時的效能。

圖 1. 1 張 PCI-GPIB 介面卡的效能

 

從圖中可以看出，NI PCI-GPIB的最大傳輸速率大於1.5 MB/s，在傳輸區塊大小為500 bytes時（這是相當常用的傳輸大小），可以大於1 MB/s。此外，即使在傳輸區塊小於500 bytes的情況下，這張介面卡仍然表現得非常好。

NI的產品之所能夠獲得這樣的效能提升，是透過自行設計的GPIB ASIC。NI自1997年起設計的所有硬體皆使用NI TNT GPIB ASIC。除了執行IEEE 488.2控制器／交談器(talker)／收聽器(listener)功能所需的NAT4882電路之外，NI TNT ASIC亦採用Turbo488效能強化核心，以及必要的GPIB收發器(transceiver)。此外，NI TNT ASIC擁有內建的FIFO，並可透過DMA進行資料的傳輸，如此當GPIB在進行資料傳輸時，PC還是可以專注於其他作業的執行，進而節省CPU的處理時間。

相較之下，許多低價位的GPIB供應商使用複製NEC mPD7210或TI TMS9914A的GPIB ASIC。這些都是可靠的ASIC，但是它們並未具備NI TNT ASIC所具備的任何效能強化功能，也不具備內建的收發器。此外，許多低價位介面卡的硬體速度欠佳，因為它們不具備DMA功能，也未包含內建的FIFO。

NI TNT ASIC亦提供其它提升效能的功能。NI TNT ASIC完全符合IEEE 488.1 T1的延遲時間規格，確保儀器不漏失任何資料，並同時確保傳輸時的高效能。此外，NI TNT ASIC對於交握信號(handshaking)的反應時間極快。最後，NI TNT ASIC提供高速交握協定HS488（根據IEEE Standard 488.1-2003而定）。HS488協定所定義的資料流通速率高達8 MB/s。如果使用者將NI GPIB控制器連接至具備HS488的儀器，就可以發揮HS488的優勢。使用NI TNT ASIC的儀器都可以使用HS488的優點（須在韌體中啟動）。

將NI PCI-GPIB與其它廠商的PCI介面GPIB進行硬體效能比較，即清楚顯示NI的優勢。除了廠商的效能評估之外，我們進行一個測試，受測的元件要接受一個可程式之電力負載，其反應則由示波器進行讀取。這些儀器由一個非常簡單的軟體應用程式所控制。該程式具變動性，可以用小區塊、大區塊及二者混合的方式來發送及接收由儀器傳出或送給儀器的資料。比較NI GPIB硬體與低價位GPIB介面卡的效能，可以看出依使用之介面卡的不同，可以獲得5%至30%的效能提升。這是一個明顯的優勢；舉例來說，在十個小時之內，若是每部設備的測試時間為二十秒，那麼效能提升5%至30%就可以多測試110部至820部設備。在一週的五個工作天裡，這項優勢代表可以多測試570至4120部設備。

驅動程式速度

雖然硬體速度可能是決定GPIB介面卡整體效能的最重要因素，但是驅動程式速度是介面卡的整體執行狀況中另外一個重要層面。驅動程式技術設計的優劣，決定它在處理各種GPIB呼叫（包括GPIB資料傳輸以及GPIB匯流排管理呼叫及錯誤處理）時的效率。

驅動程式處理的重要工作之一,，就是序列輪詢(serial polling)。GPIB標準要求控制器要能夠執行一次序列輪詢，它對GPIB匯流排上的所有設備進行查詢，並判斷何者提出服務的要求。應用程式必須分配一定量的執行時間給序列輪詢，以決定匯流排上的那些設備需要服務。NI-488.2驅動程式以非常有效率的方式來達成這個要求，此外並提供自動輪詢(autopolling)，驅動程式在背景壓縮序列輪詢，有效利用應用程式及處理器的空閒時間。自動輪詢不但更有效率地運用PC的資源，也因為執行自動輪詢之故，驅動程式能夠更快速地偵測並回應服務的要求。

除了輪詢之外，驅動程式能夠同步及非同步傳輸也很重要。能夠非同步傳輸資料時，儀器控制應用程式可以將PC處理器的時間用來處理其它作業。舉例來說，一個應用程式可以有兩個同步迴圈，一個負責GPIB傳輸，另一個可以執行其它的分析或使用者界面的工作。

最後，NI GPIB驅動程式的API是實質上的工業標準，而低價位的GPIB供應商通常提供的驅動程式是在其驅動程式上加上一層回應NI驅動程式呼叫的包裝(wrapper)。由於這些驅動程式開發人員不了解NI驅動程式內部的技術及複雜，因此無法將其驅動程式的效能最佳化，結果造成包裝之驅動程式的效能不佳。此外，驅動程式開發人員很少會為NI驅動程式中的每一個函數提供包裝，以致於部份應用程式有不能使用的功能。

 

穩定性

選擇GPIB產品時的第二個重要因素是穩定性，不單指硬體穩定性，還擴及軟體穩定性及廠商穩定性。

硬體穩定性
使用極穩定的硬體非常重要，因為這一點直接反應在節省成本上。如果硬體穩定，可以順利運作，您就可以避免停機的成本，以及更換硬體和重新檢測系統的成本。NI用極大的心力確保我們的GPIB硬體極為穩定可靠。有助於確保穩定性的部份因素包括：

• 自訂型ASIC──NI使用自行設計的TNT ASIC，汲取將近三十年的GPIB工程技術。
• 高效能的設計──使用自行設計的ASIC，NI得以降低每個設計中的元件總數，因此降低失敗的機會。舉例來說，一款產品的平均壽命無故障時間(mean time between failures, MTBF)通常是根據個別元件的MTBF來計算。產品中的元件數量越少，MTBF越好。
• 環境規格──大部份的NI GPIB硬體在0到55度C的溫度範圍內都能以同樣的準確性和穩定性進行操作（個別產品可能有所差異）。許多協力廠商的GPIB介面卡的作業範圍是0到40度C，而且在接近這個範圍的邊緣時，功能會有所差異。
• 工業規格──NI的GPIB硬體遵循最新的工業規格，包括IEEE 488.1-2003；NI PCI-GPIB亦符合PCI規格v 2.1。
• 製造效率──另外一個重要的因素是您的GPIB廠商必須擁有可靠的製造程序，從而產生高品質的產品。NI已有二十多年製造GPIB產品的經驗，將程序最佳化以提高生產量，並確保獲得高品質的產品。因此我們的GPIB產品的回廠率極低。
• 硬體保固──NI的GPIB硬體提供兩年保固，以確保在罕見的產品故障發生時，您不需要負擔維修的責任。此外，特定產品在線上註冊後，可以免費延長保固一年¹。三年的保固時間相當於95%的產品的預期使用週期。

軟體穩定性
擁有穩定的軟體，可以將停機時間減到最少，在開發及佈署GPIB應用程式時，系統的選擇性也較多樣化。NI-488.2驅動程式軟體具備完整的功能，歷經多年的開發時間。舉例來說，透過NI-488.2，您可以開發多執行緒應用程式，以及在多處理器或超執行緒系統上執行的程式。驅動程式已經在這些類型的系統上經過完整的測試，以確保使用時能夠穩定不受干擾。

廠商穩定性
最後，您的GPIB廠商可能在應用的整體穩定性中扮演重要的角色。National Instruments製造GPIB產品已經有二十年以上的經驗，在製造這類產品方面擁有絕佳的專業素養，在支援舊界面及提供同樣相容之API方面也有二十多年的悠久歷史。NI也通過ISO 9001:2000認證，表示我們的內部程序符合業界標準，進一步確保產品的品質及穩定性。

 

生產力

除了效能及穩定性之外，另一個必須檢視的重要因素是生產力。您可以在開發時間以及系統和應用程式維護兩方面使生產力發揮到極致。生產力可以透過使用功能完整、使用性高，而且技術穩定的驅動程式來獲得。

開發的生產力
National Instruments的GPIB驅動程式NI-488.2提供無數的功能，可以提高開發生產力及提升驅動程式的可用性。這些功能當中有許多是NI-488.2所獨有，市面上其它的低價位GPIB產品並未提供。

• 通用的驅動程式──NI提供一款通用的GPIB驅動程式，可以控制PCI、PCI Express、PXI、PCMCIA、USB、Ethernet及ISA (PnP)等界面的GPIB控制器。使用者可以輕易地將應用程式轉移到另一個平台，不需要重新撰寫軟體。
• 驅動程式本地化──NI-488.2已經有日文、韓文、簡體中文及繁體中文等語言版本²。本地化可以簡化介面卡安裝、驅動程式操作及程式設計，因為安裝指引及軟體皆採用使用者的母語。
• 技術支援──NI透過詳盡的線上支援選項，提供完整的世界級支援，讓您可以對問題獲得快速且正確的解答，是確保您的專案能夠順利且準時執行的基本要素。
• 多重界面功能──NI-488.2是市場上少數允許您在同一部系統中使用一個以上界面的驅動程式之一。舉例來說，使用者可以在GPIB0安裝PCI-GPIB，在GPIB1安裝GPIB-USB-B，用來控制多部儀器，彼此獨立，以便需要更可預測儀器反應的應用程式之用。由於驅動程式提供這種功能，因此開發此類應用程式就相當簡單，也由於此項功能之故，可以用另外一種介面的GPIB控制器來取代原有的GPIB控制器，不需要更換任何軟體。
• 公用程式──NI-488.2提供多項公用程式，大幅提高開發的生產力。

• • 使用者可以利用Interactive Control or ibic這個公用程式，迅速和儀器通訊。它同時具備簡單的DOS公用程式以及圖形式使用者界面。
  • 使用NI Spy，使用者可以「偵測」驅動程式的呼叫。這項功能在對應用程式進行除錯時非常好用。NI Spy會記錄某一個時間標記上的所有介面卡層級的呼叫，開發人員可以輕易而有效地偵測其應用程式中的錯誤和時間的問題。
  • 使用GPIB Analyzer，使用者可以觀察GPIB所有的交握信號、界面管理信號及資料信號，以分析實體匯流排的活動。當您單單使用NI Spy無法解決問題時，這項功能非常有用。此外，您可以更詳細地分析時間問題。NI GPIB Analyzer介面卡均附有GPIB Analyzer這套軟體。其它的GPIB供應商都無法提供類似的功能。
• 與NI的產品整合──NI-488.2和其它的NI產品密切整合，包括LabVIEW、LabWindows/CVI、Measurement Studio for Microsoft Visual Studio，以及Measurement & Automation Explorer (MAX)。雖然有部份其他的GPIB廠商為NI-488.2 驅動程式提供驅動程式包裝(wrapper)，但是這些驅動程式大多不完整，只能配合LabVIEW使用，而且沒有提供MAX的組態及除錯工具。

技術的穩定性
NI-488.2驅動程式亦提供無與倫比的技術穩定性，有助於提高生產力。由於驅動程式和驅動程式技術非常穩定，因此當使用者要將應用程式升級至新版的界面或作業系統時，不需要浪費時間重新撰寫應用程式並進行除錯。以下是與技術穩定性有關的部份特殊功能。

• API相容性──National Instruments NI-488.2 API不但是GPIB通訊的實質業界標準，這個API也已經有二十多年未曾變動。透過這種穩定性，原先為DOS下的ISA介面卡撰寫、或是在麥金塔上為NuBus介面卡撰寫的應用程式可以在Windowx XP下的PCI介面卡上執行，不需作任何變更。
• 廣泛的匯流排支援──NI為GPIB控制器提供了種類最為廣泛的匯流排界面。除了目前普遍使用的匯流排（例如PCI、PCI Express、PXI/CompactPCI、PCMCIA、USB，以及Ethernet）之外，NI亦為ISA、IEEE 1394、SBus (Sun Solaris)、PMC、PC/104以及VME等等提供控制器。雖然有一些界面需要特殊版本的NI-488.2驅動程式，但是由於API相同，因此您仍然可以將應用程式從某個主流界面移植到這些特殊界面上，只需作些許修改，或完全不需修改。
• 作業系統的透明性──NI為大部份常見的作業系統的大部份界面提供完整的驅動程式，例如Windows 2000/XP/NT/Me/9x、Linux、Solaris，以及Mac OS X（包括Mac OS 9.x及更早版本）。NI亦在較少見的作業系統上（例如HP-UX以及Tru64 Digital UNIX）為部份界面提供驅動程式。最後，就那些NI未提供完整驅動程式的界面及作業系統而言，我們提供驅動程式開發工具(DDK)，讓您能夠在欲使用的作業系統上開發驅動程式。同樣地，由於驅動程式API完全相同，使用者可以輕易地在作業系統和界面之間移植應用程式。
• 產品的取得性──NI不但為GPIB提供了界面種類最為廣泛的控制器，在這些匯流排不再普遍之後，這些產品仍然會繼續提供多年。直到今日，NI仍然銷售ISA、NuBus及Sbus等匯流排的界面。這種特色可以保證您不需要因為舊界面已經無法取得，而花費不必要的時間去升級應用程式。

 

結論

本文件概略介紹使用National Instruments的GPIB硬體及軟體時所獲得的優勢。NI的GPIB硬體及軟體產品帶來改善的效能，高穩定性，以及提高的生產力。透過最新的硬體及高度最佳化的軟體，使資料流通速率達到最大，效能因此獲得提升。NI的GPIB產品透過穩定的硬體及軟體，以及身為二十多年頂尖GPIB廠商的經驗，提供極高的穩定性。您可以使用簡易而有效的開發及除錯工具，以及穩定的軟體技術，從而提高您的生產力。NI的GPIB產品提供這些優勢，讓您得以更快速、更有效率地設計、開發及測試產品。日積月累之後，即使這些特色帶來的少許優勢也能為您節省大量的時間和金錢。

1 延長保固之產品包括內含NI-488.2 for Windows 2000/XP version 2.3以上版本之PCI、PCI Express、USB、ENET及PCMCIA GPIB產品，限定時間內登錄方有效

2 NI-488.2 for Windows 2000/XP version 2.3以上版本提供韓文、簡體中文及繁體中文版。日文版已提供。

NI GPIB中文網頁 >>

下載GPIB中文驅動程式 >>