PCI Express推動虛擬儀器技術的發展

高速PC總線技術為高性能虛擬儀器系統提供了所需的帶寬。隨著商業化總線技術在性能上的提高，虛擬儀器技術的功能也隨之增強。近十年來，PCI Express標準概述白皮書>PCI總線已成為高帶寬、即插即用外設的標準。現今，速度更快的測量設備需要有更寬的帶寬來把數據傳送到PC內存，從而可充分利用現代處理器的強大處理能力。設備需要有更快的速度和更高的擴展性，為了滿足這一需要，PC和外設廠商已開發出新一代PCI技術?D?DPCI Express，并已開始在產品中采用這一技術。

PCI Express的廣泛實用性、高性能和低成本使它非常適合用于測試和測量應用，虛擬儀器技術能充分利用PCI Express在帶寬和可擴展性上的巨大改進，并同時保持和已有軟件的兼容性。

PCI Express把帶寬提高了幾個數量級

; 總線帶寬的重要性常常被忽視，因為大家更注意處理器速度、模擬-數字速度和器件帶寬等。然而，對于實時分析和觀察數據，總線帶寬則決定了您能以多快的速度把數據傳送到PC內存中。總線類似于汽車的傳動方式?D?D沒有它就無法把發動機的功率傳遞到路面上。正因為總線帶寬不夠，所以許多高速儀器才需要昂貴的板載內存。PCI Express克服了目前包括傳統PCI等其它外圍總線的限制。最初的PCI Express規范是在PC上實現的，現在的設備能提供比32位、33MHz PCI高30倍的帶寬。隨著芯片技術的發展，帶寬可望再提高4倍直到達到銅線中信號帶寬的實際限制。

以太網、USB和傳統PCI總線采用共享總線拓撲結構?D?D總線上所有設備共享相同固定大小的帶寬。由于這樣的限制，像PCI千兆網卡這樣的高帶寬設備會獨占總線帶寬，從而阻塞總線上其它設備。PCI Express采用共享式轉換拓撲結構來代替共享式總線，這樣在點對點的構架中設備可以彼此互連或和處理器相連。這樣就可以通過為每個PCI Express插槽提供專用數據通道來防止設備獨占帶寬。PCI Express的帶寬不像傳統PCI，它具有可伸縮性，因而設備廠商可以增加帶寬通路來提高帶寬，從而最好地滿足設備需要。

PCI Express技術內幕

在新的PCI Express架構中，數據通過成對的發送和接收線來串行傳送數據包，這些線對被稱為通路，在單方向上它具有250MB/s帶寬。就像高速路上的車道一樣，您可以把通路進行組合來提高數據的流量。最為常用的通路設置是x1、x4、x8和x16。帶寬直接和通路數呈比例，因此使用兩倍信號對的設備就有兩倍的通路，也就能提供兩倍的帶寬。

利用串行數據傳輸結構，PCI Express比傳統PCI總線的并行結構實現起來更容易和成本更低。例如，傳統64位PCI-X總線在多層板卡上需要127 根針腳，而比它高2倍帶寬的x4 PCI Express插槽只需要16根針腳。此外，隨著這種技術被廣泛采用，PCI Express芯片組的價格將不斷被降低。

硬件和軟件的兼容性

PCI Express利用高速(2.5GB/s)串口總線代替了傳統PCI物理總線。由于結構上的改變，連接頭本身并不兼容。然而，為了使傳統PCI能過渡到PCI Express，大多數計算機主板都提供PCI和PCI Express接頭的混合方式。PCI Express規范也保證了帶有較小接頭的設備可以用“擴展”接頭來插入主板上較大的槽口，從而提高了硬件的兼容性和靈活性。

PCI Express 也確保了軟件的兼容性。PCI Express設備的配置空間和編程方式與傳統PCI方式沒有什么改變。實際上，您無需改變PCI Express的結構就可以啟動所有的操作系統。在計算機啟動時，操作系統會檢測所有已安裝的PCI Express設備，然后分配系統資源，如內存I/O空間和中斷，從而建立起最佳的系統環境。由于PCI Express物理層是對于應用軟件

透明的，因此傳統PCI設備編寫的程序無需更改就可在PCI Express上運行并保持同樣的功能，而且您還可以在同一系統中同時使用PCI和PCI Express。PCI Express對PCI的軟件向后兼容性對于保護廠商和用戶的軟件投資是十分關鍵的。

NI PCI Express設備

NI首先推出了業界第一款用于PCI Express的GPIB、圖形采集和數據采集設備。NI PCIe-GPIB是具有x1 PCI Express接頭的GPIB控制器。NI PCIe-1429是x4設備，使用Camera Link攝像機來采集圖像，它是業界最快的圖像采集設備，圖像數據流高達680 MB/s(相當于CD-ROM每秒的數據傳輸率)。新款NI PCIe-6251和NI PCIe-6259是M系列數據采集設備，它們能提供高達16位的32個通道，1.25MS/s的模擬輸入以及10MHz的數字I/O和四個通道的16位、2.8MS/s模擬輸出。在您通過x1接口和P

C內存交換數據時，可以同時運行所有I/O。

所有NI PCI Express設備都可向后兼容同等PCI設備的軟件。例如，使用NI LabVIEW和NI-DAQmx驅動軟件為NI PCI-6251數據采集設備編寫的軟件可以無需修改就在NI PCIe-6251設備上運行，從而在您為了滿足未來的需要對硬件投資的同時保護了您在軟件上的投資。PXI系統聯盟也開始在PXI中采用PCI Express來建立PXI Express。現在PXI系統和設備可以受益于PCI Express提高后的帶寬，特別是對于大數據量的設備如高速數字化儀和數字I/O設備。