概述
PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)是一種基于PC技術(shù)的面向測(cè)試測(cè)量和自動(dòng)化應(yīng)用的堅(jiān)固平臺(tái)。作為一種開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn), PXI 于1997年提出，并于1998年正式發(fā)布。 今天，PXI規(guī)范由PXI系統(tǒng)聯(lián)盟管理和維護(hù)。PXI系統(tǒng)聯(lián)盟由超過(guò)70多家公司組成，其中包括全球眾多領(lǐng)先的測(cè)試測(cè)量廠(chǎng)商。本文將對(duì)PXI規(guī)范進(jìn)行概述并介紹一些最新發(fā)展。
PXI標(biāo)準(zhǔn)將CompactPCI標(biāo)準(zhǔn)(具有PCI電氣總線(xiàn)特性，同時(shí)具有堅(jiān)固的、模塊化的歐卡封裝)與專(zhuān)用同步總線(xiàn)和軟件特性結(jié)合在一起。PXI系統(tǒng)由3個(gè)基本部分組成——機(jī)箱、控制器以及外圍I/O模塊?；赑XI的這種模塊化架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)部分組件的單獨(dú)升級(jí)，并且可以使測(cè)試系統(tǒng)能快速利用這些升級(jí)的組件所帶來(lái)的新技術(shù)。
隨著商業(yè)PC的總線(xiàn)技術(shù)從PCI演進(jìn)到了PCI Express，顯著地拓展了總線(xiàn)的可用帶寬，PXI也將PCI Express集成到PXI標(biāo)準(zhǔn)中，以滿(mǎn)足更多的應(yīng)用需求。PCI工業(yè)制造商協(xié)會(huì)(PICMG，管理CompactPCI標(biāo)準(zhǔn))與PXI系統(tǒng)聯(lián)盟共同努力，確保PXI背板中集成了PCI Express技術(shù)之后，仍然維持與原有系統(tǒng)的后向兼容性。通過(guò)利用PCI Express技術(shù)，PXI Express將PXI中的可用帶寬從132MB/s提高到6GB/s，提高了45倍多。與此同時(shí)，還可以維持與原有PXI模塊間的軟件、硬件兼容性。正是由于此性能的增強(qiáng)，PXI可用于許多新的應(yīng)用領(lǐng)域，其中很多應(yīng)用在以前只能由昂貴的專(zhuān)用硬件(proprietary hardware)實(shí)現(xiàn)。
PXI規(guī)范的設(shè)計(jì)基于了如下一些考慮。
● 能在嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境下工作
PXI規(guī)范定義了PXI系統(tǒng)能勝任惡劣環(huán)境所要滿(mǎn)足的要求。阻抗匹配的高性能IEC接口在各種條件下都能提供最好的電氣性能。PXI的機(jī)械封裝采用了歐卡結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)也被CompactPCI、VME和VXI采用，在工業(yè)環(huán)境中有長(zhǎng)期成功的應(yīng)用歷史。此外，PXI規(guī)范還定義了保證工業(yè)環(huán)境中操作所需的特殊冷卻和環(huán)境要求。
● 共享硬件資源以減小體積
在這種模塊化架構(gòu)下，所有模塊化儀器可以共享控制器、電源以及顯示單元，從而可以顯著減小測(cè)試儀器的體積，并降低功耗。 PXI規(guī)范還要求對(duì)所有的機(jī)箱進(jìn)行強(qiáng)制的空氣冷卻并推薦進(jìn)行完整的環(huán)境測(cè)試，包括溫度測(cè)試、濕度測(cè)試、振動(dòng)測(cè)試以及電流沖擊測(cè)試。所有的PXI產(chǎn)品都應(yīng)該能提供這些測(cè)試結(jié)果文件，并提供工作及儲(chǔ)存溫度范圍。PXI規(guī)范同樣要求進(jìn)行電磁兼容性測(cè)試以保證可以符合相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求。
● 多模塊和多機(jī)箱之間的同步
PXI系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于集成了定時(shí)和同步特性，這可以減少不同儀器之間實(shí)現(xiàn)觸發(fā)和同步功能的復(fù)雜性：PXI機(jī)箱背板上整合了一個(gè)10MHz的專(zhuān)用系統(tǒng)參考時(shí)鐘，通過(guò)等長(zhǎng)的背板走線(xiàn)傳輸?shù)礁鞑宀郏鞑宀壑g的時(shí)鐘偏差小于1ns;10MHz系統(tǒng)時(shí)鐘的精度是由機(jī)箱決定的，典型值小于百萬(wàn)分之25(25ppm)，并且通過(guò)在機(jī)箱的星形觸發(fā)插槽(槽位2)安裝一塊具有更穩(wěn)定時(shí)鐘源的板卡(例如擁有板載OCXO的NI PXI-6653) 來(lái)取代背板的10MHz時(shí)鐘，達(dá)到更高穩(wěn)定性。不同模塊上速率更高的采樣時(shí)鐘可以鎖相至該穩(wěn)定的10MHz參考時(shí)鐘，從而提高多個(gè)模塊化儀器之間的同步性能。也可以輸出這個(gè)10MHz時(shí)鐘，用以同步多個(gè)PXI機(jī)箱和其他模塊儀器時(shí)作為參考時(shí)鐘。除了參考時(shí)鐘，PXI背板上也提供由8條TTL傳輸線(xiàn)組成的觸發(fā)總線(xiàn)，從而允許系統(tǒng)中的任意模塊都可設(shè)置一個(gè)可以被其他任意模塊檢測(cè)到的觸發(fā)信號(hào)。
以PXI為基礎(chǔ)，PXI Express提供了更多的定時(shí)和同步功能——100MHz的差分系統(tǒng)時(shí)鐘、差分信號(hào)傳輸以及差分星形觸發(fā)總線(xiàn)。采用差分時(shí)鐘和同步，PXI Express系統(tǒng)中儀器時(shí)鐘的抗噪聲性能進(jìn)一步提高，并且可以以更高速率傳輸數(shù)據(jù)。因此，除了標(biāo)準(zhǔn)的PXI定時(shí)和同步信號(hào)外，PXI Express機(jī)箱應(yīng)提供這些額外的定時(shí)和同步功能。
● 為進(jìn)一步簡(jiǎn)化系統(tǒng)集成而對(duì)軟件提出的要求
除了電氣要求外，為了使系統(tǒng)集成變得更簡(jiǎn)易，PXI同樣規(guī)定了對(duì)軟件的要求。這些要求包括使用標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)架構(gòu)，以及對(duì)所有外圍設(shè)備模塊使用合適的配置信息和軟件驅(qū)動(dòng)。
PXI Express系統(tǒng)同樣強(qiáng)調(diào)軟件兼容性，因此當(dāng)升級(jí)PXI到PXI Express系統(tǒng)時(shí)，無(wú)須更換驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用軟件。
PXI規(guī)范的最新發(fā)展
PCI Express和PCI Express 2.0
正如本文開(kāi)頭所提到的，PCI Express相比PCI可增加超過(guò)45倍的總線(xiàn)吞吐量。正是由于此性能的增強(qiáng)，PXI Express可以用于很多新型應(yīng)用，例如：
*利用高帶寬的中頻儀器進(jìn)行通信系統(tǒng)測(cè)試
*高速數(shù)字協(xié)議接口(包括基于LVDS的專(zhuān)用協(xié)議、IEEE 1394、光纖信道等)
*用于結(jié)構(gòu)和聲學(xué)測(cè)試的高通道數(shù)數(shù)據(jù)采集
*高速圖像采集
PCI-SIG——一個(gè)被授權(quán)致力于PCI總線(xiàn)規(guī)范開(kāi)發(fā)的組織，于2007年1月公布了PCI Express 2.0規(guī)范(也被稱(chēng)為PCI Express Gen2)。PCI Express Gen2規(guī)范將總線(xiàn)的傳輸速率從2.5GT/s增至5.0GT/s，相當(dāng)于在PCI Express Gen1的基礎(chǔ)上使數(shù)據(jù)傳輸速率增加了一倍，同時(shí)還對(duì)PCI Express Gen1的硬件和軟件完全兼容。工程師和科學(xué)家可以期待著融合這一新的發(fā)展成果的PXI Express產(chǎn)品的出現(xiàn)，以進(jìn)一步增強(qiáng)PXI平臺(tái)的性能。
當(dāng)PCI Express技術(shù)被集成到PXI中，可以基于PXI Express實(shí)現(xiàn)許多新應(yīng)用，不過(guò)許多現(xiàn)有的PXI儀器，諸如數(shù)字萬(wàn)用表(DMM)、開(kāi)關(guān)模塊、工業(yè)I/O、低速總線(xiàn)接口等并不需要背板新增的帶寬。因此，PXI Express規(guī)范的一個(gè)非常有價(jià)值的方面就是后向兼容：儀器廠(chǎng)商并不需要針對(duì)新的PXI Express背板而重新設(shè)計(jì)所有的現(xiàn)有板卡模塊，擁有PXI模塊的用戶(hù)也可以把基于PXI規(guī)范的儀器插入PXI Express的機(jī)箱，從而保持之前的投資。
PXImc
繼將PCI Express技術(shù)引入PXI規(guī)范之后，PXI系統(tǒng)聯(lián)盟于2009年11月發(fā)布了PXI MultiComputing (PXImc)規(guī)范來(lái)滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的構(gòu)建更大更復(fù)雜測(cè)控系統(tǒng)的需要。 PXImc通過(guò)定義特別的硬件和軟件接口，允許不同的PXI Express系統(tǒng)(分別擁有各自獨(dú)立的控制器)通過(guò)PCI Express總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)相互通信(通過(guò)PCI Express非透明橋接器NTB)，從而為分布式處理應(yīng)用提供了一個(gè)擁有多個(gè)多核CPU的系統(tǒng)解決方案。
PXImc規(guī)范同樣的定義了如何在PXI Express機(jī)箱中使用附加控制器來(lái)提升系統(tǒng)的總處理能力，這對(duì)一些有大運(yùn)算量處理要求、同時(shí)又有體積或有可移動(dòng)性要求的測(cè)試測(cè)量應(yīng)用而言，是一個(gè)理想解決方案。
總結(jié)
PXI是一種基于商業(yè)現(xiàn)成可用(COTS)技術(shù)的可重配置的平臺(tái)，并能適應(yīng)當(dāng)今與未來(lái)測(cè)控系統(tǒng)的發(fā)展需求。從1998年P(guān)XI標(biāo)準(zhǔn)誕生以來(lái)，PXI平臺(tái)發(fā)展迅速，被用于各種有測(cè)量、控制或自動(dòng)化需求的實(shí)際應(yīng)用，PXI被選為數(shù)千種應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)。
（轉(zhuǎn)載）
