Многоядерные процессоры — будущее автоматизации измерений

National Instruments (Остин, Техас, США) в течение 27 лет работы является лидером в области аппаратно-программных средств автоматизации измерений. National Instruments является разработчиком технологии Виртуальных Приборов - революционной концепции, изменившей подходы и методику проведения измерений и разработки систем автоматизации.

В 1976 году три предпринимателя дали начало революции в измерениях, основав небольшую компанию, названную National Instruments. Основной деятельностью компании стала разработка инновационных средств компьютерных измерений и автоматизации для промышленности. Основателями компании были Джеймс Тручард (James Truchard), Вильям Ноу-лин (William Nowlin) и Джеффри Кодоски (Jeffrey Kodosky), три специалиста по тестированию и измерениям из исследовательской лаборатории Техасского университета в  в Остине. В 1977 году компания представила свой первый продукт: интерфейсную плату General Purpose Interface Bus (GPIB).

В 1986 году Кодоски создал графический язык программирования — основу LabVIEW, послуживший массовому развитию и распространению концепции виртуальных приборов, благодаря чему инженеры получили возможность автоматизировать работу с приборами.

Сегодня среда графической разработки приложений LabVIEW является флагманским продуктом и позволяет создавать гибкие и масштабируемые приложения для измерений, управления и испытаний. LabVIEW сочетает в себе традиционный язык программирования с интерактивной технологией Экспресс ВП, которая включает в себя автоматическое создание кода, использование помощников при конфигурировании измерений, шаблоны приложений и настраиваемые Экспесс Виртуальные приборы. 

На сегодняшний момент широкая линейка продукции компании насчитывает сотни программных и аппаратных продуктов для измерений, диагностики, управления и моделирования. Основные продукты компании:

  • измерительные компоненты и системы различных стандартов (PXI, PCI, SCXI);
  • платы ввода/вывода аналоговых и цифровых сигналов;
  • модули согласования сигналов;
  • встраиваемые контроллеры;
  • реконфигурируемые ПЛИС системы ввода/вывода — RIO/CompactRIO;
  • системы машинного зрения;
  • системы управления движением;
  • приборы сбора и анализа данных для виброакустики;
  • модульные приборы: мультиметры, генераторы сигналов, осциллографы, коммутаторы;
  • системы управления автономными приборами (GPIB, RS).

Штаб-квартира компании National Instruments расположена в г. Остин (Техас, США), число её сотрудников превышает 3100; компания имеет представительства в 41 стране. В течение года компания поставляет свою продукцию более чем в 25 тысяч компаний, расположенных в 90 странах мира. Последние 5 лет журнал FORTUNE называет NI одним из 100 лучших работодателей США. NI имеет свои филиалы в 50 странах. Офис в России был открыт в 2001 году.

 

Джеймс Тручард (Dr. James Truchard) National Instruments

Рис. Джеймс Тручард (Dr. James Truchard), исполнительный директор National Instruments открывает конференцию NIWeek-2007

В августе 2007 года в Остине прошла XIV Международная конференция NIWeek, проводимая компанией National Instruments

Конференция NIWeek — это основное событие охватывающее технологию виртуальных приборов, графическое системное проектирование. Начиная с 1995 года инженеры, ученые и преподаватели со всего мира собираются на NIWeek, чтобы узнать об экономичных, гибких технологиях создания сложных систем управления и тестирования.

Джеймс Тручард (Dr. James Truchard), исполнительный директор и один из основателей National Instruments открыл 13-ю ежегодную конференцию по виртуальным приборам NIWeek 2007 докладом о роли NI Lab VIEW в системном проектировании и планах NI по внедрению технологий нового поколения. Также он представил LabVIEW 8.5, последнюю версию среды графического программирования, в которую входят уникальные средства для создания систем реального времени и программирования многоядерных систем.

В своем докладе Тручард рассказал о простоте программирования многоядерных систем и ПЛИС в LabVIEW, системе, изначально нацеленной на работу с многопоточными параллельными процессами и интуитивно понятной концепцией параллельного потока данных. Тручард привел примеры, в которых соединение возможностей LabVIEW и многоядерных процессоров позволило достичь высокой производительности вычислений и управления данными в задачах тестирования, измерения и контроля. Например, в Институте физики плазмы им. Макса Планка скорость обработки на 8-ядерном процессоре была увеличена в 20 раз по сравнению с одноядерным.

Изобретатель LabVIEW, Джефф Кодоски, развил тему будущего графического программирования, начав с истории блок-диаграмм LabVIEW. Он продемонстрировал, как LabVIEW использует преимущества новых технологий для более ясного представления компонентов приложения и взаимосвязи между ними, а также внедрения поддержки новых вычислительных средств. В будущей Системной диаграмме LabVIEW (LabVIEW System Diagram) инженеры и ученые смогут работать с LabVIEW, как с абстрактным исполнительным блокнотом, с гибкими и точными возможностями настройки и выполнения задач. Подробнее узнать о новых воз-можнотях LabVIEW 8.5 вы можете в разделе Продукты.

В рамках NIWeek 2007 прошло четыре секции National Instruments: по графическому системному проектированию, радиочастотной и беспроводной связи, виброакустическим измерениям и системам технического зрения.

На секции по графическому системному проектированию были приглашены ведущие разработчики и преподаватели из Intel, Политехнического института Rensselaer и Института им. Макса Планка. Основные темы секции: преимущества использования платформ проектирования, разработку алгоритмов, мехатронику и изучение примеров встроенных систем в биомедицине, научных исследованиях, разработке механизмов и автомобильной отрасли.

Эксперты из Freescale Semiconductor, Калифорнийского университета (г. Сан-Диего) и Wi-Fi Alliance рассказали о последних средствах создания систем беспроводной связи, включая радиочастотный диапазон на специальной секции по беспроводной связи. Основные секции: программируемое радио, тенденции развития беспроводной связи, а также перестраиваемые архитектуры тестирования и оптимизацию серийных испытаний беспроводных приборов. Также в среду, 8 августа состоялся симпозиум IEEE Communications Society/Signal Processing Society по крупномасштабным беспроводным сетям.

Секция по системам технического зрения собрала доклады по высокоскоростной обработке изображений и технологиям датчиков. В семинаре приняли участие эксперты Edmund Optics, Basler, FLIR и Sony. Основной интерес вызвали новые методы детектирования краев, общий обзор состояния промышленности в области технического зрения, подробное изучение GigE видеосистем и прямое распознавание идентификационных знаков.

Россию на конференции представляла группа профессоров ведущих технических ВУЗов: МИЭТ, МЭИ, СПбГТУ, Университет Леса, НГУ, НГТУ, ВГУ, ДВГУПС.

Рис. Россию на конференции представляла группа профессоров ведущих технических ВУЗов: МИЭТ, МЭИ, СПбГТУ, Университет Леса, НГУ, НГТУ, ВГУ, ДВГУПС

На секции по виброакустическим измерениям выступили специалисты Boeing, SIRIUS Satellite Radio и University of Cincinnati (университет Цинциннати). Основные темы семинара: системы микрофонов для идентификации шума, измерения и анализ мощности звука, технологии калибровки микрофонов и вибродатчиков, а также уменьшение продолжительности акустических измерений с помощью многочастотного анализа.

 

Россию на конференции представляла группа профессоров ведущих технических ВУЗов: МИЭТ, МЭИ, СПбГТУ, Университет Леса, НГУ, НГТУ, ВГУ, ДВГУПС. Успех Образовательной программы National Instruments в России стал поводом для проведения встречи для международных ВУЗов, которая собрала более 200 профессоров со всех стран мира. Встреча прошла в дружеской атмосфере и положила начало новым проектам в России и за рубежом.


Джеймс Тручард (James Truchard), исполнительный директор и один из основателей National Instruments, в своём интервью рассказал о последних тенденциях в развитии компании.

 

Не могли бы Вы поделиться с нами своим видением настоящего положения и грядущих перспектив National Instruments?

Выставочный павильон конференции NIWeek-2007

Рис. Выставочный павильон конференции NIWeek-2007

National Instruments всегда была и остается компанией, движимой идеей. Мы начинали работу с амбициозной задачей — используя технологию виртуальных приборов, создать такой же удобный инструмент для инженера, каким явилась электронная таблица для финансиста. Под инструментом я в данном случае понимаю широкий спектр инновационных средств для измерений и автоматизации — как программных, так и аппаратных.

 

На протяжении последних 20 лет графический метод разработки инженерных приложений, реализованный в Lab VIEW, доказал свою эффективность в большинстве отраслей измерительной и испытательной техники. В следующие 30 лет фундаментальные преимущества Lab VIEW сделают ее универсальной средой разработки, со своей стороны мы планируем расширить значение LabVIEW до уровня ведущего, в масштабе всего мира, программного средства для измерений и тестирования. Для достижения этой цели мы добавляем в LabVIEW новые базовые функциональности, учитывающие множество новых вычислительных моделей, включая построение моделей в непрерывном временном потоке, символьную математику, диаграммы состояний — дополняя, но не нарушая фундаментальную для Lab VIEW парадигму структурированного потока данных. Графическая Разработка Систем — вот наше видение пути разностороннего развития и применения данных программных моделей, которые, в тесной интеграции с аппаратными средствами, и в состоянии превратить имитацию в реальность. Данный подход позволяет нашим пользователям справляться с достаточно разнообразными задачами — от программно реализованных радиосистем до прецизионного управления лазерами; моделирования замкнутых аппаратных управляющих систем; создания систем мехатроники — и все это на основе единой программной платформы.

 

Рассматриваете ли Вы свой бизнес как компанию-производителя аппаратных средств, поддерживаемых непревзойденно сильным программным продуктом, либо же как преимущественно производителя программного обеспечения?

На протяжении всей истории компании мы концентрировали свои усилия на исключительно тесной интеграции аппаратного и программного обеспечения. Я уверен, что столь «прозрачная» интеграция Lab VIEW с аппаратурой производства как National Instruments, так и третьих фирм, явилась ключом к нашему успеху. Мы очень серьезно потрудились, чтобы сделать программирование аппаратных средств максимально простым и интуитивно понятным для наших пользователей, чтобы они могли создавать и разворачивать комплексные измерительно-управляющие системы в максимально сжатые сроки, не тревожась о низкоуровневых деталях функционирования «железа», таких как регистры и прерывания. Наилучший способ добиться такого результата — разрабатывать аппаратное и программное обеспечение совместно.

 

Среда LabView, как мы ее понимаем, может быть использована для управления традиционными приборами (осциллографами, спектроанализа-торами и т.д.), а также для создания виртуальных приборов и управления ими. Виртуальные приборы, по сути, определены исключительно программно, на компьютере, но осуществляют взаимодействие с различными датчиками, устройствами, в том числе через разнообразные промышленные интерфейсы. Какова Ваша оценка относительно соотношения числа пользователей, работающих с традиционными приборами при помощи компьютера, и пользователей, создающих виртуальные приборы для решения своих задач?

Инструментальные возможности компьютерных шин - амплитудное разрешение в зависимости от частоты выборки

Рис. Инструментальные возможности компьютерных шин — амплитудное разрешение в зависимости от частоты выборки

На момент, когда мы впервые представили нашим пользователям Lab VIEW, персональные компьютеры еще находились на начальном этапе развития и их возможностей едва хватало для автоматизации измерений путем осуществления интерфейса с приборами традиционного типа. Сейчас ситуация кардинально изменилась и Lab VIEW широко используется как для приборного интерфейса, так и для создания виртуальных приборов, причем в большом числе случаев разработчики прибегают к комбинации этих двух способов автоматизации.

 

С появлением каждой новой компьютерной шины или стандартного информационного интерфейса (PCI, PCI Express, USB 2.0, Ethernet, и т.д.) и с неуклонным прогрессом технологий обработки данных, известным как закон Мура (многоядерные процессоры, многопоточность и т.п.), технология виртуальных приборов автоматически получает дополнительные преимущества и прирост производительности. Эти инновации хорошо дополняются и прогрессом в технологиях цифровых преобразований и обработки сигналов, расширяющими области применимости платформы виртуальных приборов. Пользователям теперь доступны возможности прецизионного ввода и анализа сигналов в диапазоне от звуковых колебаний до широкополосных радиочастотных сигналов и телекоммуникационных потоков на промежуточных частотах (см. Рисунок 1). А вот в традиционных «ящичных» приборах новые технологии и стандарты реализуются медленнее.

Управление традиционными приборами, конечно, остается важным применением для Lab VIEW, но современные тенденции показывают значительные преимущества — гибкость, относительную дешевизну, модульность — решений, базирующихся на компьютерной измерительно-контрольной технике.

 

Одной из наиболее впечатляющих особенностей LabVIEW является огромное разнообразие оригинальных приложений и решений, разработанных самими пользователями. Отмечаете ли Вы появление каких-то неожиданных приложений и решений?

Сообщество пользователей LabVIEW постоянно удивляет нас разнообразием и оригинальностью путей использования нашего программного обеспечения для решения своих, подчас весьма сложных задач. Например, группа студентов Технического Университета Вирджинии (Virginia Tech) разработала на LabVIEW управляющую программу для робота, способного… играть в футбол, в рамках специального соревнования — РобоКубка. Для этого робота оснастили специальной системой обработки видеоизображения, которая захватывает изображение мяча и управляет подвижной системой робота для нанесения прицельного удара по мячу. Еще один из наших пользователей, профессиональный физиолог, сумел создать медицинский прибор на основе технологии LabVIEW FPGA, которую он охарактеризовал как «чудо». А вот сложнейшую систему прецизионного управления лазером удалось реализовать на ПЛИС силами только одного разработчика всего за 4 месяца.

Но в особенности нас впечатляют примеры использования LabVIEW для улучшения обычной, повседневной жизни. Один энтузиаст на основе LabVIEW и аппаратуры CompactRIO недавно разработал систему управления инвалидной коляской, приводимую в действие сигналами мозга, которые считываются особыми датчиками и преобразуются в систему команд для электропривода коляски.


Погос Сепоян, National Instruments

Во время конференции NI Week-2007 руководитель инновационных программ российского офиса National Instruments Погос Сепоян ответил на вопросы редактора журнала.

 

Когда новая версия LabVIEW 8.5 будет доступна в России?

LabVIEW 8.5 будет доступна в России с 25 августа.

 

На какого потребителя рассчитана продукция National Instruments в России?

Наши заказчики это ведущие научно-исследовательские институты, высокотехнологичные промышленные предприятия в таких отраслях как авиация, космонавтика, машиностроение, энергетика. Там, где требуется современный инновационный подход к построению контрольно-измерительных систем, автоматизации стендов, создания систем управления.

Основные наши потребители — это инженеры, учёные, в основном молодые специалисты, которые используют всю мощь измерительных средств, современные методы передачи информации.

В России продукты National Instruments используют ведущие научные, машиностроительные и авиакосмические предприятия такие как: ГосНИИ Авиационных Систем, ЦИАМ, Пермские Моторы, НПО «Сатурн», ТНТК им. Г.М. Бериева, ЦАГИ, Центр Келдыша, ВНИИ-ЖТ, НПЦ АП, ГНПП «Регион», НПО Машиностроения, ЦНИИ Маш, ЮжМаш, СКБ Вымпел,

Силовые Машины, Моторола, Элкотек, ФГУП ЦНИИ „Электроприбор», НИИ Прикладной акустики, НАЗ «Сокол» а также большинство технических ВУЗов.

 

Как Вы оцениваете перспективы внедрения LabVIEW на небольших предприятиях?

Маленькие предприятия не могут себе позволить покупку большого числа дорогостоящих приборов. Но, в каждой, даже самой маленькой, компании есть компьютер. LabVIEW позволяет превратить компьютер в измерительный прибор. LabVIEW позволяет создавать собственные приборы, тем самым избегая покупки огромного количества ненужного оборудования.

Самое недорогое наше устройство стоит 120 долларов США — так что наша продукция расчитана на пользователей с самым различным бюджетом. Около половины наших заказчиков это небольшие высокотехнологичные российские компании.

 

Как российские разработчики принимают участие в развитии National Instruments?

Российские разработчики внесли свою лепту в развитие новых технологий и решений на базе аппаратно-программных средств National Instruments. У нас есть большое количество партнёров, системных интеграторов, которые используя открытую платформу National Instruments выпускают собственные приборы. Несколько примеров: компания ViTec из Санкт-Петербурга производит беспроводные модули сбора данных на основе BluTooth, DSP Soft (Нижний Новгород) разработали уникальную линейку ультразвуковых модулей, АСК (Москва) выпускает анализаторы динамических сигналов.

На нашем сайте ni.com/russia читатели могут найти раздел Решения, где собраны описания более 100 созданных в России систем в самых различных отраслях.

 

В США образовательные программы NI значительно «помолодели», LabVIEW в конструкторах LEGO уже год изучают в школах. Расскажите об образовательной программе National Instruments в России.

Российской образовательной программе более пяти лет. Программа направлена на внедрение современных методов сбора и обработки информации в образовательный и научно-исследовательский процессы. Мы понимаем, что дух новаторства существует именно в образовании. Инновационные центры National Instruments созданы в двадцати сильнейших технических ВУЗах, таких как МГУ, МТГУ, ЮФУ, СФУ.

Наша основная задача — обеспечить хорошую техническую базу для молодых специалистов и предоставить им полную свободу в выборе проектов и направлений исследований. Самые смелые и уникальные решения реализованы в ВУЗах. Мы со своей стороны полностью поддерживаем такие разработки, например, рассказываем об интересных проектах на семинарах для отраслевых предприятий, там самым позволяя промышленникам воспользоваться инновационными разработками ВУЗов.

В рамках образовательной программы у нас есть насколько постоянно действующих проектов: программа поддержки авторов, различные студенческие конкурсы, олимпиады.

Ежегодно в ноябре мы проводим большую конференцию, на которую съезжается более 300 представителей ВУЗов из России, СНГ, Балтии. В течение 2-х дней ВУЗы делают более пятидесяти докладов о своих разработках. В этом году мы выделили 4 основных тематики: электроника, нано- и фемтотехнологии, виброакустика, радиотехника и телекоммуникации.

В течение нескольких лет LabVIEW преподают и в московских школах, и уже есть интересный опыт, например система тестирования ABS автомобиля разработана девочкой-школьницей и применяется в автосервисе. Так же существует международный проект совместно с LEGO MINDSTORM, помогающий привить детям мышление инженера.

Комментарии на “Многоядерные процессоры — будущее автоматизации измерений

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.