總線標準的回顧與展望

從上世紀70年代推出的專用于儀器控制的GPIB總線，到現在被廣泛使用的USB、VXI、PXI和最新推出的LXI、PXI Express，不斷涌現的新型總線技術在幫助工程師更快捷高效完成測量任務的同時，也引起了廣泛爭論。在之前上海舉辦的第三屆PXI TAC 2006（2006年PXI技術和應用論壇）上，NI公司PXI、儀器控制和自動化測試軟件類產品市場經理Richard McDonell先生和NI中國（包括香港區）市場經理朱君女士攜手此次參與論壇的6家PXI聯盟廠商代表，與媒體共同回顧并展望了總線技術的發展歷史，以及PXI在市場中的獨特定位。

測量系統的總線技術主要分為兩類：外部總線，即分立儀器總線（GPIB、USB、Ethernet/LXI、RS-232、 IEEE1394）和內部總線，即模塊化儀器總線（PCI、PCI Express、VXI、PXI、PXI Express）。相比外部總線，內部總線具有更高的總線速率和更低的傳輸延遲，但所有這些總線都有其獨特的優勢，將會實現長期共存。所以“混合系統”就成為一個越來越重要的概念，在這樣一個系統中用戶們可以采用不同總線技術的優勢，從而完成他們特定的自動化測試需求。隨著不同總線之間的集成和支持變得日益必需，以LabVIEW為代表的軟件平臺將在這個混合系統中起到至關重要的作用。

圖1  總線帶寬vs. 延遲

在分立儀器總線中，GPIB 30余年來得到了最廣泛的行業支持，市場上可供選擇的儀器種類最多，現在仍是工程師們最常用到的儀器控制總線；USB在PC機上具有通用性，是最簡便的即插即用總線；Ethernet易于實現網絡間的共享，適合分布式和遠程監控應用，不過它的挑戰在于延遲和數據同步，因此最新LXI標準需要設定2個高等級的規范，合并了LAN和IEEE1588 (必須要額外附加的硬件)來解決同步問題。

再看一下測試測量的內部總線，VXI比GPIB具有更高的帶寬，它一出現就得到了軍工/航空航天的大量采用，但由于成本較高，所以沒有得到其他領域應用；PCI和PCI Express能比VXI達到更高的帶寬，而且像LAN、USB一樣具有通用性和低成本，因此較適合高性能、且可以集成多儀器的系統；PXI和PXI Express分別是基于PCI和PCI Express的技術，PXI即為PCI eXtensions for Instrumentation，是專為測試任務而優化的CompactPCI。

PXI是1997年由NI公司提出的一個標準，1998年，NI與其他測試設備廠商合作的PXI系統聯盟（PXISA）將PXI作為一個開放的工業標準推向市場。時至今日，行業內各大廠商均已推出PXI產品。PXI系統聯盟已有70多家企業的加盟和超過1200種產品，提供PXI產品的主要測試測量廠商包括NI、Agilent、Aeroflex以及Advantest等在測試測量領域收益排名前十的公司。PXI的核心就是一個高性能的數據傳輸總線，背板是高性能的PCI總線，此外還結合了PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅固性、模塊化及Eurocard機械封裝的特性，并增加了專對VXI總線的同步總線和主要軟件特性。

圖2  分立儀器總線的比較 

根據Frost&Sullivan預測，2005~2010年PXI產品的年均增長率可達到25.1%，VXI的市場增長放緩，只有4.2%。PXI系統的平均價格不到VXI的1/4，而且可以將不同的模塊化儀器，例如數字示波器、任意波形發生器、數字萬用表以及數據采集卡等集成化，因此已經在市場上形成主流應用。此外，Frost&Sullivan還預計今年基于PXI的測試模塊的出貨量將達到10100個，而VXI只有3600個。VXI比較適合軍用航空領域的高頻測試，PXI的應用則廣泛得多，包括消費電子、軍事/航空航天、汽車、通訊、半導體、醫藥等諸多領域，一個很好的證明就是Electronic Business雜志在2005年8月的統計顯示：世界排名前20位的電子企業中有17家正在使用PXI系統進行它們的測試測量和自動化任務。

值得一提的是，在本次活動中，NI還向媒體介紹了新興的PXI Express技術。PXI Express將PCI Express技術融合到PXI中，通過在背板使用PCI Express的技術，PXI Express能夠將帶寬整整提高45倍，從原來PXI的132MB/s提高到現在6GB/s，同時PCI Express強化了背板的定時和同步性能，并保持了和原來PXI模塊在軟件上的向后兼容性。PXI Express不是PXI的替代產品，而是為了滿足更多更高要求的應用（例如高頻率分辨率的IF/RF系統、高速數字接口、高通道數據采集、高速圖像采集等）推出的基于PCI Express的技術。PXISA于去年5月開始制定PXI Express規格，今年3月NI率先發布了業界首款基于PXI Express的混合插槽機箱和控制器，該機箱能夠同時插入基于PXI和PXI Express的模塊。可以預見，PXI Express正將模塊化的測試測量方式擴展到新的領域，今年7月開始陸續會有新的PXI Express產品面市。

綜上所述，我們可以明顯地看到，未來的測試測量平臺將會是一個結合多種總線的平臺，之前提到的各種總線都具有各自的生存空間。當工程師們既要確保現有投資，又要利用最新的技術，在這兩者之間力求獲得平衡的情況下，以PXI和PXI Express為核心的混合總線測試系統是目前測試測量行業的大勢所趨。