PXI技术简介

描述

PC产业的蓬勃发展带动着一波波工业界替换传统解决方案的潮流。过去30年间，自有的技术主导着工业控制、测试与自动化的发展，如PLC与各式的field bus。随着Intel的CPU速度与稳定度的提升，以及Microsoft在操作系统上的广泛采用，使得PC的功能不再只局限于网络功能与数据处理。PC技术的推展，使得各式工业计算机的规格各执擅长，如PICMG的单板计算机规格，使用于嵌入式应用的PC/104+规格，以及PXI/CompactPCI规格的诞生。目前，PXI的系统已广泛且成功地应用于汽车测试、半导体测试、功能性测试、航空设备测试以及军事的应用之上。相较于其他的工业规格，PXI具备较佳的效能与较低的成本优势。本文将专门讨论PXI技术发展与近况。

PXI 组织与产品近况

　　 PXI 为PCI eXtensions for Instrumentation 的缩写。而制订并推广PXI规格的组织就是PXISA (PXI System Alliance)，PXISA于1997年成立，并于该年推出1.0版的PXI规格。PXISA是一个非营利的组织，且其会员分为三个不同的等级，分别为Sponsor membership，Executive membership与Associate membership。除了年费的不同外，各等级的会员负有不同的责任、义务与权利。Sponsor会员需具备一年以上的Executive会员资格，并且可于PXISA董事会中占一个席位。Sponsor会员负责规格的起草与修改，并提出初版的制订，且具有对PXI规格承认的投票资格，并主导PXI规格的行销策略的建立。Executive会员可以积极参与行销方向与规格技术方面的意见交流，也具备对PXI规格的同意投票权。第三级的Associate 会员则无投票权，但经由PXISA可以获得最直接的第一手信息。目前PXISA中全球总计超过50个公司加入，其中不乏业界知名公司。亚洲方面目前共有五家公司加入PXISA，分别为中国台湾的凌华科技(ADLINK )和致茂科技(Chroma)，日本的Advantest与SRC公司，以及韩国的CMI公司。其中ADLINK与Advantest具有Executive会员资格。PXI的规格于2000年推出2.0版，并于2003年2月更新至2.1版。有兴趣的读者可以自行在PXI网站www.pxisa.org下载PXI的规格。

　　随着PXISA的接受度提高，以及全球众多厂商的加入，目前PXI已不会让客户有被单一厂商绑住规格的忧虑，且市场上有超过600种不同的PXI模块问世。目前PXI接口上可以取得的模块包括：

　　 Pentium III GHz 等级PXI 控制器、取样频率达Gsps之高速波形撷取模块(High speed digitizer)、任意波形产生器(Arbitrary waveform generator)、射频信号分析模块(RF analyzer)、各式信号交换模块(Switching modules, from DC to GHz)、光交换模块(optical switching modules)、各式数据撷取模块(DAQ modules)、数字传输模块(DIO modules)、计数器/定时器(Counter/Timer modules)……不胜枚举。

　　多重的PXI模块选择，搭配不同机箱，使得PXI可以符合各种应用需求，并且易于维护。

PXI技术简介

以仪器平台的演进来说，早期由厂商推出各种独立的仪器，由面板控制所需功能。想要透过其他的方式来取代面板的操控，最广受欢迎的就是GPIB接口，也就是IEEE488接口。然而GPIB接口的速度慢，且当使用多项设备时，需要额外的电路来达到同步触发的需求。1980年代，VXI 的出现，将高阶量测与测试应用的设备，带进了模块化的领域。然而VXI的价格则并非各等级的客户都负担得起，所以基于PC技术的演进与稳定，PXI延续模块化的精神，以较紧实的机构设计、较快的总线速度，以及较低的价格，提供量测与测试设备一个新的选择。

　　 PXI 的规格区分为硬件与软件两个部分。其中硬件的部分是基于CompactPCI的规格，也就是PICMG 2.0。建构于CompactPCI的机构规格与PCI的电气规格之上，加上仪器上所需要的电气信号延伸，即是所谓PXI的规格。所以，PXI的数据传输速率的峰值于33MHz与32bit的总线上，可达132MB/s。于66MHz，64bit BUS上则可高达528MB/s。远高于GPIB与VXI接口的传输速率。

　 PXI上的仪器延伸信号包括：10MHz 参考时脉 (10MHz Reference Clock)、8 bit PXI触发总线 (PXI Trigger Bus)、星形触发 (Star Trigger)、13 bit局部总线 (Local Bus)。

　　 PXI 背板(Backplane)上的每一个扩充槽，皆有一专用10MHz参考时脉，其时脉歪斜(Skew)之精确度必须小于1ns，故可利用作为各扩充槽之基础时脉，以达同步之效。

PXI 触发总线是由八个信号组成，各扩充槽皆连接至此总线，而透过PXI 触发总线，亦可达到同步的功能。但因为其总线之特性，所以时脉歪斜之精确度仅要求至小于10ns。利用PXI触发总线，可以于其上传输触发信号，甚或是数据撷取的时脉信号。

　　星形触发则由位于系统槽旁之星形触发控制器 (Star Trigger Controller)产生，至多可提供13个信号至各扩充槽。如同参考时脉，星形触发信号是由星形触发产生器将信号一对一的送至其他的扩充槽上，所以其时脉歪斜也小于1ns。星形触发控制器可以确保每一个扩充槽接收到此一触发信号的时间精确度。

　　局部总线则是将相邻的两个扩充槽连接起来，而此一局部总线，仅两两相邻的扩充槽可利用之。模块厂商可以利用该总线将控制信号一级一级传输，或者作为区域的通信管道。

　　 PXI背板上的PCI segment可以利用一般的PCI bridge来延伸扩充槽的数目，也可以利用串行式传输技术，将PCI的信号延伸至其他的机箱。

　　不同于其他的总线规格，PXI于软件上对系统控制模块与周边模块作了规范。例如：PXI周边模块的厂商，必须提供可使用于Microsoft Windows的驱动程序，而PXI控制模块则必须基于80×86架构，并可支持Microsoft Windows。随着各式操作系统的接受度提高，未来将可能加入PXI软件的规格制订。除了对软件架构上的规范外，PXI也制订了硬件叙述档案(Hardware Description Files)的规格，系统操作人员可利用这些档案，透过软件管理PXI系统上的模块。

　　简单的说，PXI的仪器延伸信号，提供了各PXI模块一个硬件的管道，不需经过软件的监督，PXI的模块可实时于此一管道上利用硬件的信号互相沟通。如此可以减低CPU的负担，并加速软件程序的执行。并且基于x86架构与广泛采用的Windows，可以有效降低PXI产品的学习曲线与购入成本。