Nieke Roos
3 February 2009

De Koninklijke Marine stapt over op industriële computers van National Instruments om de mainframes op schepen te onderhouden. Het gaat om systemen op basis van de standaard PCI Extensions for Instrumentation (PXI), een open en robuust pc-platform voor testen, meten en besturen dat modulair is uit te breiden. De NI-apparatuur vervangt de verouderde dedicated hardware waarmee de marine haar centrale scheepscomputers doorlicht, maar waarvoor geen onderdelen meer verkrijgbaar zijn.

De besturing van de computersystemen op een marineschip is in handen van een groot mainframe. Via een speciale achtpolige seriële TMIO/TMCU-bus communiceert deze machine niet alleen met de gebruikelijke randapparaten aan boord, zoals displays, geheugens, printers en tapestreamers, maar ook met de bijzondere peripherals, zoals radars, schermen op de brug en wapens. Het mainframe is niet direct te programmeren, maar laadt zijn software via het netwerk in van Compactflash of tape. Een speciale Portable Interface Computer (Pico) debugt, test en onderhoudt de machine met dedicated hardware die direct aansluit op de achtpolige seriële bus. Omdat er geen reserveonderdelen meer voor te bestellen zijn, vallen steeds meer van deze systemen uit. In totaal waren er zo‘n vijftig aan vervanging toe.

NI_Marine
Met het PXI-systeem van National Instruments en de PMA-1115 Keyboard and Monitor Accessory kan de marine zijn scheepsmainframes (inzet, foto: Koninklijke Marine) doorlichten.

De marine heeft verschillende oplossingen bekeken, waaronder laptops met hardware op maat, PCI- en PXI-gebaseerde industriële computers. ’Laptopsystemen hebben het probleem dat marinepersoneel ze niet ziet als meetapparaten en ze daardoor vaak zou kunnen gebruiken om te e-mailen of te internetten‘, zegt Richard van der Weide van de Koninklijke Marine. ’De software raakt bovendien gemakkelijk beschadigd door andere installaties en meetbestanden raken snel zoek. Het nadeel van zowel laptops als PCI-oplossingen is dat ze niet modulair genoeg zijn voor toekomstige uitbreidingen en dat ze minder robuust zijn.‘

PXI-systemen zijn een stuk robuuster en eenvoudiger uit te breiden. Voor additionele tests zijn verschillende interfaces toe te voegen, bijvoorbeeld GPIB voor algemeen gebruik, SCSI voor massaopslag, en serieel. Verder maakt het geïnstalleerde Windows XP-besturingssysteem het eenvoudig om de rechten van de marinemensen in te perken, zodat ze alleen toegang hebben tot de meetprogrammatuur. Belangrijk is ook dat reserveonderdelen nog lang beschikbaar blijven. ’Bovendien zijn de PXI-oplossingen van National Instruments vijf keer goedkoper dan op maat gemaakte laptopapparatuur, doordat ze eenvoudig zijn aan te sluiten op bedrijfseigen protocollen via NI‘s Labview FPGA-technologie, terwijl laptops daar speciale prijzige hardware voor nodig hebben‘, aldus Van der Weide.

 advertorial 

The waves of Agile

Derk-Jan de Grood has created a rich source of knowledge for Agile coaches and leaders. With practical tips to create a learning organization that delivers quality solutions with business value. Order The waves of Agile here.

Goalkeeper

De keuze van de marine is gevallen op het PXI-1024Q-chassis van National Instruments met de embedded controller PXI-8106. Deze bevat standaard een 2,16 GHz Intel Core 2 Duo T7400-processor, 512 Mbyte 667 MHz DDR2-Ram, 10/100/1000Base-TX Ethernet en vier USB-poorten. Naast de controllerkaart zit het FPGA-bord PXI-7811R in het systeem. De geïntegreerde Virtex-II van Xilinx heeft een miljoen gates en is programmeerbaar met de Labview FPGA Module-software. De kaart biedt maximaal 160 digitale lijnen die zijn te configureren als inputs, outputs, tellers en custom logica tot een snelheid van 40 MHz. Aan het chassis hangt de PMA-1115 Keyboard and Monitor Accessory, die zorgt voor een beeldscherm en een toetsenbord. Het hele NI-systeem sluit aan op de TMIO/TMCU-bus.

Het FPGA-bordje verschafte onder meer inzicht in de werking van het oude mainframe. ’Dat systeem is lang geleden gebouwd en de meeste ontwikkelaars werken niet meer bij de leverancier‘, vertelt Van der Weide. ’Daardoor misten we vitale informatie, zoals broncode en welke commando‘s en protocollen de bus gebruikt. Met NI‘s FPGA-bord hebben we de berichten gelogd terwijl de verschillende apparaten met elkaar aan het communiceren waren. Daarmee hebben we kunnen reverse-engineeren hoe dat verkeer precies in elkaar steekt. Dat maakte het mogelijk om de aangesloten apparaten te emuleren. Zo kunnen we de Compactflash-programmalader loskoppelen en onze eigen testprogrammatuur in het mainframe laden, die we vervolgens kunnen instrueren om een geheugentest te doen. Het is alsof we de harde schijf afkoppelen in een pc en dan opstarten via onze PXI-oplossing en de harddisk emuleren. Omdat we functie voor functie kunnen uitzetten en ook onze bestaande testprogramma‘s kunnen draaien, is het veel eenvoudiger om fouten te vinden en het systeem te controleren op defecte kaarten.‘

Met het PXI-systeem is het ook mogelijk om het verkeer over de bus realtime te monitoren. Via de ingebouwde webinterface kan dat zelfs op afstand, bijvoorbeeld als het schip op zee is. In het verleden moest er een speciaal programma aan te pas komen om de data op te slaan op Compactflash. Bovendien moest het mainframe worden uitgezet om de gegevens weer op te halen. Dat hoeft nu allemaal niet meer.

Een ander voordeel is de uitgebreide functionaliteit die het Labiew-gereedschap biedt, onder meer voor coördinaatconversie. ’Het Goalkeeper-afweersysteem volgt vaartuigen geheel autonoom per radar en kan er dan tot wel 4200 projectielen per minuut op afvuren‘, schetst Van der Weide. ’Met schepen die een kompaskoers varen, een radar die poolcoördinaten geeft en een afweergeschut dat in xy-coördinaten rekent, was het vroeger niet eenvoudig om snel wijs te worden uit de gegenereerde gegevens. De analyse nam soms wel weken in beslag. Nu kunnen we het PXI-systeem gebruiken om alle berichten van de Goalkeeper, de radar en het schip te loggen, waarna we realtime kunnen zien hoe de baan van het afgeschoten projectiel zich verhoudt tot de gewenste traject. Labview gaat moeiteloos van het ene coördinatenstelsel naar het andere.‘