PXI技術及其應用

2004年6月B版

簡介

　　PXI (PCI eXtensions for Instrumentation，面向儀器系統的PCI擴展) 是一種堅固的基于PC的測量和自動化平臺。PXI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，并增加了專門的同步總線和主要軟件特性。這使它成為測量和自動化系統的高性能、低成本運載平臺。這些系統可用于諸如制造測試、軍事和航空、機器監控、汽車生產及工業測試等各種領域中。

　　PXI在1997年完成開發，并在1998年正式推出，它是為了滿足日益增加的對復雜儀器系統的需求而推出的一種開放式工業標準。如今，PXI標準由PXI系統聯盟(PXISA)所管理。該聯盟由60多家有公司組成，共同推廣PXI標準，確保PXI的互換性，并維護PXI規范。要了解有關PXISA更多的信息，包括PXI規范，請訪問PXISA的網站http://www.pxisa.org

硬件構架

　　PXI系統由三個基本部分組成：機箱，系統控制器和外設模塊。

PXI機箱

　　機箱為系統提供了堅固的模塊化封裝結構。按尺寸不同，機箱有4槽到18槽不等，并且還可以有一些專門特性，如DC電源和集成式信號調理。機箱具有高性能PXI背板，它包括PCI總線，定時和觸發總線(如圖1)。這些定時和觸發總線使用戶可以開發出需要精確同步的應用系統。

PXI控制器

　　正如PXI硬件規范所定義的，所有PXI機箱包含一個插于機箱最左端插槽(插槽1)的系統控制器。可選的控制器有標準桌面PC的遠程控制，也有包含Microsoft操作系統(如Windows2000/XP)或實時操作系統(如LabVIEW RT)的高性能嵌入式控制。

　　圖1 PXI定時和觸發總線。PXI在背板上結合了工業標準的PC部件(如PCI總線)和高級的觸發和同步擴展

　　圖4 兩種不同的組成結構，但是相同的軟件標準。在軟件方面，與PXI模塊的通信方式和與PCI模塊的通信方式相同。

PXI遠程控制

　　利用MXI-3(Measurement eXtensions for Instrumentation)接口工具，PXI系統可以通過透明、高速的串口連接被PC或其它PXI系統直接控制。MXI-3接口工具包提供從PC到PXI機箱的84MB PCI-PCI連接橋。在PC啟動過程中，它會將PXI系統的所有外設模塊當作是PCI設備。

　　通過PC遠程控制一個PXI系統，用戶可以最低的成本最大化處理器的性能。可以任意購買一臺標準的PC，然后利用銅線或光纖MXI-3串口連接并遠程控制PXI系統。

PXI嵌入式控制

　　使用嵌入式控制器就不需要用外部PC，因而可用PXI機箱提供一套完整的系統。典型的PXI嵌入式控制器使用小型的、適合PXI結構的標準PC部件。例如，NI PXI-8176控制器有Pentium III 1.26 GHz處理器，512MB RAM內存，一個硬盤以及標準PC外設接口，如USB，并口和串口。此外，還可以在PXI控制器上安裝所選的操作系統， 如Windows 2000/XP或 LabVIEW RT模塊。嵌入式控制非常適合便攜式系統以及“單機箱”應用，這樣的機箱可以很方便地從一個地點移到另一個地點。

PXI外部模塊

　　NI提供了100多種不同的PXI模塊，自從PXI成為開放的工業標準以來，PXI系統聯盟中的其它50多個廠商已提供近1000種模塊。

　　PXI可與CompactPCI直接兼容，因此任何3U的CompactPCI模塊可直接用于PXI系統。此外， Card/PCMCIA和PMC(PCI Mezzanine Card)卡使用轉接模塊(Carrier Module)可直接插入PXI系統使用。例如，NI PXI-8221 PC Card Carrier可將Cardbus和PCMCIA設備接入PXI系統。

　　因為PXI還提供了用于和獨立式傳統儀器或VXI系統通信的標準軟硬件，因此它也能幫助確保在獨立儀器或VXI系統上的投資。

軟件構架

　　因為PXI硬件是基于標準PC技術，如PCI總線以及標準的CPU和外設，用戶就可以使用熟悉的標準Windows軟件架構。基于Windows的PXI系統的開發和運行也就和基于Windows 的標準PCI系統的開發和運行沒有什么不同了。此外， 因為PXI背板使用工業標準的PCI總線，在許多情況下，編寫與PXI設備通信的軟件程序和編寫與PCI模塊通信的軟件程序是相同的。例如，與NI PXI-6052E多功能數據采集卡進行的通信的軟件程序與PC上PCI-6052E的軟件程序是一樣的。因此，在PC系統和PXI系統之間移植軟件時，已有的應用軟件程序，例程代碼以及編程方法都無需重新編寫。

　　對于要求實時的循環速度和無干預操作(沒有鍵盤，鼠標，監視器)的、對時間要求苛刻的應用系統，就需要一個實時的軟件構架來替代基于Windows的系統。

系統配置

　　要規劃并配置新的PXI系統，最快最簡單的方法是使用在線PXI Advisor或PXI/SCXI Advisor。這些配置向導通過向您提出一系列問題來幫助構建新的PXI系統，包括系統控制器、軟件、模塊、附件和PXI或PXI/SCXI混合機箱。使用PXI PXI Advisor，只需回答一系列簡單的問題并逐步選擇最適合需要的部件，即可完成整個系統的配置選擇。可以打印或導出配置好的PXI系統圖片，以作為計劃書或設計預覽之用。此外，配置向導還提供技術方面的建議，如模塊插槽的特殊布置，線纜和終端附件，以及集成的軟件包。配置向導使用內含的 (behind-the-scene) 邏輯性能保證系統的兼容性。例如，如果選擇了LabVIEW RT(實時)PXI控制器，配置向導會自動把PXI測量模塊的選擇范圍限定在支持LabVIEW RT的產品中。

　　如果配置向導的配置結果令您滿意，就可以把配置發給NI的銷售工程師下訂單，或在線訂購產品。如果訂購產品時選擇NI出廠安裝服務 (NI Factory Installation) ，收到將是完全根據配置安裝好的PXI系統。在機箱里插入所選的PXI模塊，加上內存升級，任何NI應用軟件，以及和嵌入式控制器所需的驅動軟件。

結語

　　PXI模塊化儀器為測量和自動化用戶提供了一個堅固的計算機平臺，使他們可以充分利用主流PC工業的技術進步。利用標準的PCI總線，PXI模塊化儀器系統能夠受益于可方便購得的軟硬件產品。PXI系統上運行的軟件程序和操作系統是廣大用戶所十分熟悉的，因為它們已被廣泛應用于臺式PC機上。PXI提供工業化的封裝結構，大量的I/O槽以及諸多高級定時和觸發功能的特性，以滿足各種應用需要 。■