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Die Anwendungsszenarien
für industrielle Messtechnik bei den sogenannten
ATE-Systemen (Automatic Test & Measurement) haben
sich in den vergangenen Jahren stetig verändert.
Bei der Realisierung dieser Systeme sind wesentliche
Umbrüche zu verzeichnen, die vor allem auf der
kommerziell sehr attraktiven Verwendung von standardisierten
Komponenten basieren.
Durch die fortschreitende globale Nutzung der ATE-Systeme
ist die flexible Anpassung an lokale Anforderungen
sowie die modulare Ausführung für kostengünstige
Konfigurationen und deren rasche Umsetzung bedeutender geworden. In vielen Anwendungen
stellt daher auch die „eingebaute“ Computer-Leistung einen wesentlichen
Erfolgsfaktor dar. Dieser Anforderung wird Rohde & Schwarz mit seiner Testerplattform
R&S CompactTSVP gerecht, dafür dient ein Standard CompactPCI CPU-Board
von Kontron als Rechner-Herz. |
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Modulare Messtechnik für Entwicklung
Produktion und Service
Ziel bei der Entwicklung der neuen Plattform war es,
dem Anwender eine möglichst breite Palette an
Messmethoden der modernen Prüf-technik zur Verfügung
zu stellen. Neben den Rohde & Schwarz Modulen können
bei Bedarf CompactPCI- und PXI-Hardwarekomponenten
(3 HE) des Marktes unverändert in das System
integriert werden.
Mit der neuen Testerplattform „R&S CompactTSVP“ wird
dem Anwender aus Entwicklung, Produktion und Service
ein grundlegender Baukasten von messtechnischen Funktionalitäten
und Kommu-nikationsschnittstellen hinsichtlich Hard-
und Software zur Verfügung gestellt. Die Mess-
und Schaltmodule sind ausgelegt für den Einsatz
im Funktionstest von Elektronikbaugruppen. Dieser kann
optional durch einen In-Circuit Test auf Bauteilebene
zu einem sogenannten „Kombitest“ erweitert
werden. Eine weitere wichtige Ergänzung bildet
das Modul für den digitalen Funktionstest. Mit
einem leistungsfähigen
Prozessor an Bord, dem ein programmierbares FPGA zur
Seite gestellt wurde, kann das Modul auch mehrere gängige
Verfahren zur Firmware-Programmierung der entsprechenden
DUT-Bausteine (Device Under Test) gleich mit erledigen.
Sowohl auf Systemebene als auch auf Geräte-ebene,
das heißt in der Architektur von Geräten
aus der Mess- und Prüftechnik haben embedded
Computersysteme ihren festen Platz eingenom-men.
Das geforderte
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Leistungsspektrum,
die Ausführungs-geschwindigkeit und eine komfortable
Bedienerführung sind mit der traditionellen
Mikroprozessorsteuerung und dem Display mit Tastenfeld
längst nicht mehr erreichbar.
Einer der anerkannten, offenen Standards für die embedded CPUs ist der durch
die PICMG(1) etablierte CompactPCI-Bus. PXI (PCI eXtensions for Instrumentation)
ist die Erweiterung dieses modularen Standards für PC-basierte Messsysteme.
Rohde & Schwarz kombiniert in seiner Test-systemplattform R&S CompactTSVP
wichtige Eigenschaften für die Messtechnik aus beiden Standards und erweitert
darüber hinaus die interne Funktionalität zusätzlich um einen
analogen Messbus sowie den bewährten CAN-Bus als serielle Kommunikationsschnittstelle.
Alle System-komponenten wurden modular ausgelegt und sind für Servicefälle
leicht austauschbar gehalten.
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Kriterien zur Auswahl
des embedded Computers
Nach der Entscheidung für die offenen Standards
PXI und CompactPCI war es auch naheliegend, das Herzstück
eines autarken Testsystems – den sogenannten „Embedded
Controller“ – aus der Vielzahl von marktverfügbaren
CompactPCI-CPUs auszuwählen.
Grundlegend bei einem embedded Computer sind natürlich
die aktuellen Leistungsmerkmale der verfügbaren
Chipsätze – wobei aus Anwender-sicht die
meisten Funktionalitäten wie Prozessor-leistung
und Speicherausbau als „State-of-the-Art“ vorrausgesetzt
werden.
Bei der systematischen Gewichtung der Eigen-schaften
kam es besonders auf die Aspekte im Zusammenhang mit
dem Einsatz im Testsystem an. Rohde & Schwarz entschied
sich nach einer eingehenden Lieferantenanalyse, die
unter anderem folgende Kriterien umfasst, für
ein CompactPCI Board von Kontron. Dabei wurden die
folgenden Kriterien berücksichtigt:
Viel Leistung auf kleinstem RaumBei Messsystemen ist
die Kompaktheit ein Kriterium, um möglichst viel
Systemleistung auf kleinstem Raum konzentrieren zu
können.
Deshalb war es wichtig, dass vom CPU Board nur maximal
2 Slots der Backplane überdeckt wurden. 14 Steckplätze
verblieben damit für Mess- und Schaltmodule. Diese
Applikations-Steckplätze auf der Backplane sind
wesentlich für die Systemleistung.
Intel Embedded Roadmap
= 5-7 Jahre Verfügbarkeit
Die Lieferbarkeit
für
die mittlere Anwendungsdauer des Testsystems sollte
gegeben sein, d.h. auch ausgelieferte Konfi-gurationen
sollten 1:1 kopierbar und nach zu beschaffen sein.
Darüber
hinaus werden jeweils die Wechsel von CPU-Generationen
unterstützt um den funktionalen Ersatz sicherzustellen.
Die Erfahrungen, die bereits mit dem Generations-wechsel
vom Kontron 3U CompactPCI CPU Board CP302 zur CP304
gemacht wurden, entsprachen ganz dem kundenfreundlichen
Servicekonzept. Die Kunden können heute eine CP302
mit Intel® Mobile
Pentium® III Prozessor aus der „Glanzzeit“ von
Windows-NT durch die gleiche CPU aus dem Servicelagerbestand
oder mit einer leistungsstärkeren CP304 mit Intel® Pentium® 4
Prozessor mit Windows2000 oder WindowsXP ersetzen.
Die entsprechende Kontinuität wird nun auch mit
dem kommenden CPU-Genera-tionswechsel, hin zur CP306
mit Intel® Pentium® M anvisiert. Die Anwender
können
damit stets vom erreichten Fortschritt der Technologie
profitieren.
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Energiebedarf im System
und passive KühlungDie
Stromversorgung war möglichst sicher, wartungsfreundlich
und zugleich platzsparend
zu realisieren. Aus Servicegründen war es
nicht akzeptabel, dass ein mechanisch geschlossener „Netzteilklotz“ an
die Rückseite des Gerätes
angeschraubt wird. Daher wurden die Netzteile zwischen CPU und linker Seitenwand
platziert.
Die meisten Konfigurationen kommen mit einem Netzteileinschub
d.h. mit einer Versor-gungsleistung von 250 W aus.
Zur Auslegung für einen
höheren
Stromverbrauch ist ein Steckplatz für einen zweiten Netzteileinschub vorgesehen.
Ein spezieller Kabelsatz zur Netzteil-Backplane wird zur Redundanzschaltung
angeboten.
So kann das zweite Netzteil im Falle einer „Fail“-Meldung
des Basisnetzteils sofort einspringen. Verlustleistung und Wärmebilanz
können bei den
CPUs, die ohnehin mit passiver Kühlung angeboten werden, als technisch
sehr gut gelöst angesehen werden. Die CP304 mit Intel® Pentium® 4
Prozessor hat eine Leistungsauf-nahme von typisch 18 Watt. Die geplante Nachfolge-CPU
CP306 mit Intel® Pentium® M begnügt sich in der 1,6 GHz und 1,8
GHz Variante mit typisch 20 Watt bei deutlich höherer Performance. |
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Blockschaltbild des embedded
Computers Kontron CP306 mit den verfügbaren
Schnittstellen |
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Computerschnittstellen
Auch in der Messtechnik setzten sich die PC-typischen
Schnittstellen wie USB und Ethernet weitestgehend durch.
Bei neuentwickelten Messgeräten entfallen die
traditionellen GPIB- und RS232-Schnittstellen immer öfter
und an ihre Stelle treten zum Vorteil der Anwender
meist USB-Ports in der aktuellen Version 2.0 sowie
Ethernet oder GigaBit Ethernet mit den Standard-Diensten
wie TCP/IP.
Kooperative Nutzung
von CompactPCI- und PXI-Features
Das Grundgerät R&S CompactTSVP beinhaltet
eine Busplatine mit der industriellen Form des PCI-Busses,
dem CompactPCI-Bus. An 11 der insgesamt 14 Peripherie-Steckplätzen
werden die messtechnischen Erweiterungen – die
wichtigsten sind 8 Triggerleitungen und ein hochgenauer
10 MHz Synchronisationstakt - des PXI-Standards unterstützt.
Rear I/O-Fähigkeit
Der CompactPCI-Standard 32-Bit mit Rear I/O bietet
darüber
hinaus die Möglichkeit, mittels das Rear I/O-Konzept
auch Signale über die Rückseite des Testinstruments
ohne zusätzliche Verkabelung zu den Anschlüssen
der CPU auf der Vorderseite zu führen.
In der Praxis ist die rückseitige Verkabelung über
Rear I/O-Module immer dann ein großer Vorteil,
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wenn auf der Vorderseite
ein 19-Zoll Wechseladapter zum Einsatz kommt, um
je nach Applikation hunderte von Messsignalen an
das System heranzuführen. In diesem Fall werden
Massensteckverbindungen auf dem Testadapter angereiht
und mit einer robusten Verriegelungsmechanik die
Kontakte beim Adapterwechsel geschlossen. Die PC-ty-pische
Verkabelung für Bildschirm, Tastatur und Maus
würde in diesem Fall an der Vorderseite des
Testsystems nur stören. Daher wird sie an der
Rückseite mittels des zur CPU verfügbaren
Rear I/O-Moduls installiert. |
| Testsystem und Testadapter werden mit wenigen Handgriffen
verbunden |
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Unterstützung
der Betriebssysteme Windows und Linux
Microsoft Windows ist aktuell sehr verbreitet und dominiert
hier auch Messgeräte
und Test-systeme. Es gibt jedoch auch vermehrt Ansätze in wissenschaftlichen
und auch industriellen Anwendungen das Betriebssystem Linux einzusetzen. Die
CPU für die Testplattform sollte auch alternativ mit vorinstalliertem Linux
bestellbar sein. Diese Anforderung konnte nun ebenfalls abgedeckt werden. Durch
die Verfügbarkeit wichtiger Systemkomponenten wie PXI-Kernel-Treiber, IVI-Runtime
und generisches Geräte-API ist es möglich, die bewährte Treiber-
und Selbsttest-Software von Rohde & Schwarz auch unter diesem Betriebssystem
zu betreiben.
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CompactPCI
CPU-Baugruppe übernimmt
das Management
Für das integrierte Management und die Steu-erung der Testplattform setzt
Rohde & Schwarz eine 3U CompactPCI CPU-Baugruppe von Kontron ein. Das wesentliche
Know-how von Rohde & Schwarz liegt in den messtechnischen Modulen und der
passenden Modul-Software.
Da das System modular, einfach konfigurierbar und besonders robust sein sollte,
war CompactPCI als Formfaktor für das CPU Board ideal. Die CP304 mit Intel
Pentium 4 Prozessor, die in
den derzeit ausgelieferten Systemen seit nun-mehr über drei Jahre ihre Dienste
reibungslos erfüllt, entsprach in jeder Hinsicht der System-spezifikation
und bot auch die geforderte Rear I/O Unterstützung über den J2-Stecker
gemäß PCIMG 2.0.
In Kürze steht ein Update der modularen Test-plattform an. Hier wird auf
der Testplattform Windows 2000 durch Windows XP ersetzt. Die CompactPCI CPU CP306
von Kontron soll die Performance der Systemlösung weiter verbes-sern. Die
CP306 ist mit einem Intel Pentium M 745 Prozessor ausgestattet. Damit stellt
sie dem System eine Leistung vergleichbar mit der eines 2,8 GHz Intel Pentium
4 Prozessor zur Verfügung, kommt aber dank des um ca. 50 Prozent reduzierten
Energieverbrauchs mit passiver Kühlung aus und entspricht damit in punkto
Verlustleistung der CP304. Ideale Voraussetzungen, um die Anforderungen von Rohde & Schwarz
an das neue Prozessor-Board zu erfüllen. |
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Das Grundgerät und die embedded
CPU bilden den Kern der offenen Systemplattform |
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Verlustleistung oder Lust auf Leistung?
Bei der CP306 bietet Kontron neben bisher 1,1 GHz
und 1,6 GHz Pentium M mit passiver Kühlung jetzt auch die
1,4-GHz-Version mit dem LV (Low Voltage) Intel Pentium
M 738, die 1,8-GHz-Version (Pentium M 745 Prozessor) und
sogar die 2,0-GHz-Version (Pentium M 755 Prozessor) an.
Da sowohl der Prozessor als auch der Speicher direkt gelötet
sind, eignet sich das Board für rauhe Umgebungsbedingungen.
Der L2-Cache wurde gegenüber der 1,6-GHz-Pentium-M-Variante
auf 2 MByte verdoppelt, dabei aber die Verlustleistung
durch den neuen 90-nm-Herstellungsprozess sogar noch
mal deutlich reduziert.
Neben der Leistungsfähigkeit des Prozessors,
333 MHz Speichertakt und 400 MHz Prozessor Side Bus
zeichnet sich die CP306 durch um-fangreiche Kommunikationsschnittstellen
aus:
On-Board sind 1
x Gigabit Ethernet, 1 x Fast Ethernet, 4 x USB
2.0 und bis zu 4 COM-Schnittstellen. Darüber
hinaus erweitert Kon-tron bei Bedarf die Peripherieschnittstellen
durch standardisierte Rear IO-Baugruppen. Neben
dem CompactFlash-Sockel wurde auch eine Dual ATA100-Schnittstelle
integriert.
Der Speicherausbau beträgt maximal 1GByte DDR-SDRAM/PC333
(mit ECC). Die CPU ist als Single Slot (4TE) oder Dual
Slot (8TE) erhältlich. Im Falle der 8TE-Breite bietet
die CP306 Legacy Support (PS2, serielle und parallele Schnittstellen)
und 2,5“ HDD Träger. Die CP306 ist auch für
den erweiterten Temperaturbereich (von –40°C
bis +85°C) ausge-legt. Softwaresupport wird unter anderem
für Windows XP, XP Embedded und 2000, Linux
und VxWorks geboten.
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