PXI：測量業界的自動化系統標準規范平臺

概覽
PXI（PCI的儀器擴充）是一個穩固的、基于PC的測量與自動化系統平臺。PXI將PCI電氣總線的特性與CompactPCI穩固的、模塊化歐卡封裝相結合，在此基礎上還增加了專門的同步總線和關鍵軟件特性。PXI是一種兼具高性能和低成本的測量與自動化系統部署平臺。這些系統所服務的應用包括制造測試、軍事與航空、機器監視、汽車和工業測試等。 PXI于1997年開始開發并在1998年發布，作為一種開放的業界標準，PXI的引入是為了滿足對復雜儀器系統日益增長的需求。如今，PXI由PXI系統聯盟（PXISA）監管，該組織由超過70家公司組成，并以推進PXI標準、確保互操作性和維護PXI規范為宗旨。

硬件架構
PXI系統有三個基本組件構成——機箱、系統控制器和外設模塊。

PXI機箱
PXI機箱為系統提供穩固的模塊化封裝。現有機箱的尺寸有3U和6U，一般插槽數從4槽到18槽不等，并且能夠提供如DC電源供電和集成的信號調理等特殊特性。機箱包含高性能的PXI背板，該背板包括了PCI總線和定時與觸發總線。使用這些定時與觸發總線，用戶可以為需要精確同步的應用開發所需系統。

PXI控制器
正如PXI硬件規范所定義的，所有的PXI機箱包含一個位于機箱最左邊的系統控制器插槽（插槽1）?？晒┻x擇的控制器包括來自臺式機、工作站、服務器或便攜機的遠程控制器和高性能嵌入式控制器，這些控制器使用Windows 2000/XP或實時OS（LabVIEW實時模塊）。

PXI遠程控制器
有兩種類型的PXI遠程控制器：

? PXI的便攜機控制

? PXI的PC控制

PXI的便攜機控制
使用ExpressCard MXI（測量的儀器擴展）和PCMCIA CardBus接口工具包，用戶可以從便攜機直接控制PXI系統。在啟動過程中，便攜式電腦會將PXI系統中的所有外設模塊識別為PCI設備。使用ExpressCard MXI，您可以控制您的PXI系統，使其吞吐量高達214 MB/s。

現在，對于現場測試、車載數據錄入以及NVH與NDT等應用，用戶可以通過使用PXI的便攜機控制來充分利用移動PXI系統的優勢。您可以購買任何兼容ExpressCard MXI或PCMCIA CardBus的便攜機，以遠程控制您的PXI系統。欲了解更多信息，請參考PXI的便攜機控制。

PXI的PC控制
使用MXI-Express與MXI-4接口工具包，用戶可以從臺式機、工作站或服務器對PXI系統進行直接控制。在啟動過程中，計算機將識別PXI系統中的所有外設模塊為PCI設備。

使用MXI-Express，您可以以高達832 MB/s的穩定吞吐量控制您的PXI系統。使用2-端口的MXI-Express接口工具包，用戶可以通過一臺PC同時對兩個PXI系統進行控制。

MXI-4接口工具包具備距離擴展和電氣隔離的低成本銅纜或光纜。如圖4所示，您可以使用MXI-4為高通道數應用構建多機箱PXI系統。使用一個MXI-4連接，您可以實現一個雛菊鏈或星型拓撲的多機箱系統。關于多機箱拓撲配置的更多信息，請參考MXI-4系列用戶手冊。您可以購買任何的臺式機、工作站或服務器，然后使用MXI-Express或MXI-4的串行銅纜/光纜連接，遠程控制您的PXI系統。欲了解更多信息，請參考PXI的PC控制。

PXI嵌入式控制器
嵌入式控制器為PXI機箱提供了一個完整的系統，不再需要外部的PC。典型的PXI嵌入式控制器是由若干集成在一個小尺寸PXI封裝的標準PC組件構成。例如，NI PXI-8105控制器包含2.0 GHz Intel Core Duo T2500雙核處理器、高達2GB的DDR2 RAM、一個硬盤驅動器以及如ExpressCard、高速USB、以太網、串口、并口和GPIB端口等的標準PC外設。 有兩種類型的PXI嵌入式控制器：

? 基于Windows的PXI嵌入式控制器

? PXI實時嵌入式控制器

基于Windows的PXI嵌入式控制器：
基于Windows的PXI嵌入式控制器具備標準的PC特性，如集成的CPU、硬盤驅動器、RAM、以太網口、視頻、鍵盤/鼠標、串口、USB和其它外設，還有Microsoft Windows和已經安裝好的所有設備的驅動程序。由于該控制器使用Microsoft Windows，所以用戶不會感覺到與PC或便攜機的差別。它也有與您PC或便攜機相似的應用軟件，如Microsoft Office Word、Excel和PowerPoint。

PXI實時嵌入式控制器：
PXI實時嵌入式控制器，除了為測量、自動化和控制提供實時的、確定性的、可靠I/O的實時OS，如LabVIEW實時模塊或VxWorks，還具備標準的PC特性。由于RT系列PXI控制器可以通過以太網配置和編程，您將可以跨網絡發布一個實時應用，并對其進行遠程監控。這些控制器專為有確定性的、可靠性能要求的應用設計，并可以以無交互方式運行（如沒有鍵盤、鼠標或顯示器。）

對于便攜式系統及其包含的“單盒”應用，由于機箱需要不斷移動，故嵌入式控制器是理想之選。了解更多信息，請參考PXI控制器。

PXI外設模塊
NI提供100多個不同的PXI模塊，而且由于PXI是一個開放的業界標準，所以有來自PXI系統聯盟的70多個成員的接近1200個產品都可供您選擇。

? 模擬輸入與輸出

? 邊界掃描

? 總線接口與通信

? 載波產品

? 數字輸入與輸出

? 數字信號處理

? 功能測試與診斷

? 圖像采集

? 原型板

?儀器

? 運動控制

? 電源

? 接收器互聯設備

? 開關

? 定時輸入與輸出

? RF與通信

由于PXI與CompactPCI直接兼容，您可以在PXI系統中使用任何3U CompactPCI模塊。您還可以在ni.com/china/pxi找到NI所提供的模塊和我們PXI產品合作伙伴的分類列表。

PXI也通過提供用于與分立儀器或VXI系統進行通信的標準硬件和軟件，保護在這些系統的已有投資。例如，通過PXI-GPIB模塊實現PXI系統與基于GPIB的儀器的互聯，與通過PCI-GPIB模塊實現這兩者的互聯，沒有任何不同。軟件是完全相同的。此外，有許多方法可用于構建與PXI、USB、LAN/LXI、VXI和分立儀器接口的混合系統。了解更多信息，請參考將在混合系統中集成LXI、USB、PXI Express和其它標準。

軟件架構
由于PXI硬件是基于標準PC的技術，如PCI總線以及標準CPU和外設，標準的Windows軟件架構對于用戶也不陌生。對基于Windows的PXI系統的開發和操作，與標準的基于Windows的PC并沒有什么不同。此外，由于PXI背板使用業界標準的PCI/PCI Express總線，所以在絕大多數情況下，編寫與PXI設備通信的軟件和PCI設備的對應部分完全相同。例如，與NI PXI-6251多功能數據采集模塊通信的軟件，和與基于PC的PCI-6251板卡通信的軟件完全相同。因此，在基于PC的系統與基于PXI的系統間移植軟件時，現有的應用軟件、范例代碼和編程技術都不必重新編寫。

作為基于Windows系統的替代方案，您可以為時序關鍵的應用（此類應用要求確定的循環速率和無交互式操作，即沒有鍵盤、鼠標或顯示器）采用一種實時軟件架構。關于LabVIEW實時模塊與PXI系統結合使用的其它信息，請訪問www.ni.com/china/realtime。

PXI——業界標準平臺
每種總線都是獨特的，具有各自優勢。例如，USB非常適合臺式機的便捷連接，而LAN/以太網是分布式系統的最佳選擇， PCI和PCI Express則能為ATE提供高性能。對于要求模塊化解決方案的應用，用戶理所當然會期望通過共享機箱、背板和處理器來降低成本并減小尺寸，通過與主處理器的高速連接實現更高的吞吐量，并通過用戶定義的軟件獲得更高的靈活性和更長的生命周期。

基于PCI和下一代PCI Express的PXI是繼GPIB之后增長最快的測試與測量標準。眼下PXI系統聯盟有70多家，能提供超過1200種的產品，預計到2011年前將有25%的年均增長（Frost Sullivan, 2005），這些都表明PXI很好地滿足了模塊化儀器在目前和未來的需求。本質上，一個PXI系統中的所有儀器都共享同一個電源、機箱和控制器。而其它備選方法則是為每一個儀器單獨配置電源、機箱和（或）控制器，這既增加了成本與尺寸，又降低了可靠性。對于PXI，其控制器可以是高性能的位于0插槽的嵌入式控制器、臺式機、便攜機或服務器中的任一個。當您需要更快速的處理時，您可以方便地升級PXI系統的控制器。為復用現有裝置，您可以使用PXI來控制USB、GPIB、LAN/LXI、串口和VXI的儀器。

模塊化儀器需要高帶寬、低時延的總線，來將儀器模塊連接到共享處理器，以執行用戶定義的測量。PXI可以滿足上述要求，因為PXI每個插槽的帶寬都可達到2 GB/s。以一個模塊化RF采集系統為例，PXI能夠將兩個通道的100 MS/s 16位IF數據直接傳送至處理器供運算。無論是LAN還是USB，都無法滿足這些要求，所以這樣的儀器總是包括一個嵌入式的、用戶定義的處理器。因此，PXI的高帶寬標準，提供了一種模塊化儀器所需要的真正的軟件定義的方式。

客戶為何選擇PXI？
更高的吞吐量
每個應用都是唯一的，具有其獨特需求的。然而，對于所有應用帶寬和時延始終是一個平臺的兩大重要特性。時延相對單點操作較為重要，如數字萬用表/開關掃描，而帶寬則對于數據流應用較為重要，如波形激勵/響應。通過PCI/PCI Express總線（如圖7所示），PXI為廣泛的應用提供兼具高帶寬和低時延的高速通信。

定時與同步
許多測量與自動化應用需要高級定時和同步能力，但依靠PC標準的I/O總線，如PCI/PCI Express、以太網/LAN和USB等，并不能直接實現這些能力。PXI提供了能夠滿足您的應用需求的高級定時與同步特性：

? 100 MHz差分系統參考時鐘

? 10 MHz參考時鐘信號

? 差分星型觸發

? 帶有長度匹配的星型觸發總線可以最小化模塊間的時延和偏移

? 收發高速定時和觸發信號的觸發總線

? 用于多機箱同步的差分信號

系統可靠性
PXI規范定義了確保PXI系統勝任惡劣環境所要滿足的要求。PXI的特性在于高性能的IEC（國際電工委員會）連接器和CompactPCI所使用的穩固的歐卡封裝系統。PXI規范還定義了保證工業環境中正常操作所需的特殊的冷卻和環境要求。模塊化方便了您對PXI系統的配置、重新配置和修復，相應地有非常低的平均修復時間（MTTR）。因為PXI是模塊化的，您可以單獨升級某一個模塊和組件，而不必替換整個系統。

更低的系統成本
由于PXI是一個基于PC的平臺，它以合理的價格提供了高精度的測量、同步和定時特性。PC組件的低成本，只是您使用PXI節約成本的開始。使用PXI，您可以在辦公室和生產車間使用同樣的OS和應用軟件，如MS Excel和Word。對于軟件的熟悉，免除了培訓的成本和每次部署新系統時重新培訓人員的必要。由于PXI以PC技術為基礎，所以您的獲益是多方面的，包括低成本的組件、熟悉的軟件和系統的復用。

PXI平臺的擴展——PXI Express
PXI Express技術是PXI平臺的最新版本。PXI Express規范將PCI Express信號集成到了PXI標準，使得背板帶寬從132 MB/s增加到6 GB/s——45倍的提高。通過吸納100 MHz差分參考時鐘和差分觸發器，PXI Express也增強了PXI的定時和同步特性。

PXI Express規范，在保持后向兼容的同時，為PXI增加了以下特性：

軟件： PCI Express使用與PCI相同的操作系統和驅動程序模型，從而保證了基于PCI的系統（如PXI）與基于PCI Express的系統（如PXI Express）間的完全軟件兼容。這樣的軟件兼容性是由PCI特殊利益集團（PCI-SIG）負責，該組織由一些如Intel的公司成員組成，致力于PCI和PCI Express標準的開發和發展。

硬件： PXI Express機箱能提供混合的外設插槽，既可接受PXI Express外設模塊，又可接受兼容混合插槽的PXI外設模塊。這些外設插槽能提供PCI和PCI Express的信號。

由于PXI Express保持了與PXI的完全軟件兼容，您可以在PXI Express系統上使用您為先前PXI系統開發的任何代碼。軟件兼容性覆蓋了操作系統（如Windows XP和Linux）、應用軟件（如Microsoft Office）和用戶代碼（如LabVIEW VI和C++項目）。了解更多信息，請參考PXI Express。

總結：PXI是測量業界的標準平臺
PXI模塊化測量技術為測量與自動化用戶定義了一個穩固的計算平臺，該平臺顯著地利用了主流PC工業的技術進步。通過使用標準的PCI/PCI Express總線，PXI模塊化測量系統能夠從廣泛可用的軟硬件組件中獲益。用戶對PXI系統上所運行的軟件應用和OS都已經非常熟悉，因為這些軟件已經用于普通的臺式機。通過增加穩固的工業封裝、豐富的I/O插槽和提供高級定時與觸發能力的特性，PXI可以很好的滿足您的各類需求。