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L'instrumentation passe à Ethernet

Youssef Belgnaoui

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L'instrumentation passe à Ethernet

Ce module d'alimentation d'Agilent est l'un des premiers produits certifiés aux spécifications LXI. À l'arrière du boîtier se trouvent la connexion Ethernet, l'alimentation et le bus de déclenchement.

© D.R.

- Le standard LXI transforme Ethernet en réseau de communication privilégié des bancs de test électronique.

Aucun PC n'y échappe. Enfin, tout PC professionnel est pourvu d'une interface Ethernet grâce à laquelle il s'intègre au système d'information d'une entreprise. De nombreux équipements industriels lui ont embrayé le pas. L'instrumentation électronique ne déroge pas à cette règle. Les générateurs de signaux, les oscilloscopes et autres analyseurs de spectre sont désormais dotés d'un port Ethernet. Le plus souvent, celui-ci est utilisé pour transférer des mesures ou éventuellement visualiser à distance le déroulement des opérations. De là à s'appuyer sur le réseau Ethernet pour en faire un bus d'instruments, il ne restait qu'un pas. Ce sont Agilent Technologies et VXI Technology qui l'ont franchi en 2004 en annonçant la création d'un standard pour le contrôle d'instruments électroniques reposant sur Ethernet. Les spécifications de ce bus baptisé LXI (LAN eXtensions for Instrumentation) ont été validées fin 2005 par le consortium LXI qui compte aujourd'hui une quarantaine de fabricants d'instruments. Les premiers produits compatibles devraient arriver sur le marché dans le courant de cette année.

Une interface qui équipe tous les PC

L'avènement de ce bus pourrait sonner le glas de l'antique interface GPIB (General Purpose Interface Bus) grâce à laquelle les ordinateurs pilotent les instruments depuis plus de trente ans. Cette interface avait l'inconvénient de devoir suivre les évolutions du bus PC qui est passé de l'ISA à l'EISA puis du PCI au PCI Express. Pour chaque bus était créé un format de carte GPIB à enficher dans le PC. « Le monde de l'informatique et celui du test électronique ont deux moteurs qui ne tournent pas à la même vitesse. Il fallait sortir de cette course-poursuite aux standards de bus PC. Nous avons opté pour Ethernet car son cycle d'évolution correspond un peu mieux au cycle de développement du matériel de test et mesure », explique Michel Bègue, directeur marketing stratégique Europe chez Agilent.

Il est vrai qu'au fil des ans, l'Ethernet a gagné en rapidité, passant de 10 Mo/s à 10 Go/s, tout en préservant la compatibilité avec le matériel existant. L'un des atouts du LXI est de s'appuyer sur une interface qui équipe quasiment en standard tous les PC. Ce qui évite l'investissement dans des cartes GPIB ou toute autre interface de contrôle d'instruments lorsque les bus PC changent. Si un PC n'est pas équipé d'un port Ethernet, une carte Ethernet coûte dix fois moins cher qu'une carte GPIB. Le câblage Ethernet est de même bien plus abordable.

LXI repose sur le standard Ethernet (IEEE 802.3), mais il ne suffit pas pour autant d'intégrer à un instrument un port Ethernet pour en faire un instrument LXI. Pour assurer l'interopérabilité des équipements sur le même segment de réseau Ethernet et fournir les performances que l'on est en droit d'attendre d'un banc de test et mesure, le LXI s'appuie sur d'autres standards de l'industrie : la structure de pilotes d'instruments IVI, le protocole de synchronisation d'horloge IEEE 1588, le protocole de communication TCP/IP ainsi que le VXI-11 assurant l'identification automatique des ressources connectées. Pour satisfaire aux applications de test les plus exigeantes, un bus de déclenchement matériel a été défini.

Un driver conforme au standard IVI

Un banc de test implique la mise en oeuvre de divers instruments, de commutateurs et autres routeurs pour déployer un système distribué sur Ethernet. Pour assurer l'interopérabilité de l'ensemble, et surtout l'indépendance du logiciel applicatif vis-à-vis du matériel, tout module LXI devra être fourni avec son driver conforme au standard IVI. « La disponibilité d'un driver standard réduit les coûts de développement et de maintenance des logiciels applicatifs qui seront écrits en n'importe quel langage de programmation », explique Bruno Bertinetti, responsable produits test chez MB Électronique qui représente en France VXI Technology.

Grâce au protocole TCP/IP, le LXI bénéficie de la vérification d'erreurs et de la détection de fautes, de la connexion longue distance interéquipements et de la communication port à port. Ces atouts dépassent largement les capacités des bus parallèles ou autres interfaces série existant pour l'instrumentation. Le respect de la norme IEEE 1588, connue sous le nom de Precise Time Protocol (PTP), autorise la synchronisation des instruments. Ainsi, les mesures se font sur la même base de temps et ne sont pas décalées temporellement. Grosso modo, le système sélectionne le module possédant l'horloge la plus précise comme étant le maître et les autres modules deviennent son esclave en se calant cycliquement sur son horloge.

Pour les applications les plus exigeantes, la synchronisation PTP, ne suffit pas, il faut leur associer un mode de déclenchement performant. Le consortium LXI a donc défini une interface de déclenchement matérielle basée sur la technologie LVDS (Low Voltage Differential Signal). Pour assurer l'intégrité de signaux de déclenchement, ceux-ci se propageront via des câbles torsadés et blindés. Certains instruments LXI seront donc dotés d'une entrée et d'une sortie de déclenchement. Selon les besoins de déclenchement de l'application, l'utilisateur optera pour une topologie de connexion en étoile, en cascade ou hybride (cascade et étoile). « En mode cascade, l'instrument en bout de chaîne sera le dernier à recevoir l'ordre de déclenchement. En mode étoile, si tous les câbles sont de la même longueur, le déclenchement est simultané. Mais ce mode réclame la mise en oeuvre d'un module dit "trigger hub" sur lequel se connectent les bus de déclenchement », précise Bruno Bertinetti.

Plusieurs formats mécaniques ont été spécifiés. Les instruments s'intègrent dans un boîtier d'une largeur de 1 ou 1/2 rack de 19 pouces avec une hauteur suffisante pour accueillir l'écran et des touches de réglage en face avant. Les modules LXI (sans écran ni clavier) seront de même largeur mais leur hauteur sera de 1 ou 2U. Toutes les entrées de signaux de mesure seront disposées en face avant alors que l'alimentation, le bus de déclenchement et la connexion Ethernet se feront à l'arrière du boîtier.

Via une interface Web, un banc de test LXI pourra être piloté depuis n'importe quel PC connecté au réseau Ethernet voire même depuis un site distant via Internet. Mais pour éviter les collisions entre paquets de données, les intrusions inopportunes et réserver la bande passante d'Ethernet à la seule application de test, il est préférable de découpler le réseau LXI du réseau Ethernet de l'entreprise.

EN BREF

- Le LXI s'appuie sur Ethernet pour assurer le contrôle d'un instrument par un PC - Aucune interface ou câblage spécifique n'est requis - Les instruments LXI connectés en réseau profitent de la vitesse et de toutes les fonctionnalités d'Ethernet - Des dispositifs de déclenchement et de synchronisation ont été définis pour les applications les plus exigeantes

À CHAQUE APPLICATION SA CLASSE D'APPAREILS

Conscient que toutes les applications n'auront pas besoin du même niveau de synchronisation et de déclenchement, le consortium LXI a défini trois classes d'appareils. - Les instruments de classe C seront équipés d'une interface Ethernet. Leur configuration et la visualisation des mesures peuvent se faire via une interface Web. - Les appareils de Classe B reprennent les mêmes spécifications de la classe C. Ils doivent supporter en sus le protocole de synchronisation PTP (IEEE 1588). - Les modules de classe A répondent aux mêmes dispositions que les catégories précédentes auxquelles s'ajoute la possibilité d'y adjoindre un bus de déclenchement. La compatibilité logicielle autorise l'utilisation de routines de test écrites pour des instruments de Classe C pour les modules de classes A et B. Certaines routines employées lors de la phase de développement d'un produit pourront ensuite être déployées lors des phases de test de validation du prototype puis en test de production.

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