沒(méi)有任何一種通用測(cè)試系統(tǒng)能夠全面滿足速度、、可靠性、升級(jí)性以及預(yù)算等各方面的要求，測(cè)試系統(tǒng)必須根據(jù)不同的應(yīng)用進(jìn)行改進(jìn)。在許多場(chǎng)合，設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)得到的結(jié)果要么體積大、成本高，要么對(duì)技術(shù)要求高，實(shí)際上在與用戶(hù)討論這一問(wèn)題時(shí)，他們只要測(cè)試系統(tǒng)的硬軟件結(jié)構(gòu)能剛好滿足測(cè)試工程師們的要求就可以了。根據(jù)這種需求，PXI(儀器用PCI擴(kuò)展總線)設(shè)備制造商們希望通過(guò)努力實(shí)現(xiàn)這種“剛好夠用”的測(cè)試?yán)砟?。利用PXI可以做出小巧結(jié)實(shí)的測(cè)試系統(tǒng)，并使成本保持在一個(gè)很低的水平。

PXI結(jié)構(gòu)

PXI結(jié)構(gòu)初是在1997年由美國(guó)National Instruments公司提出，該公司當(dāng)時(shí)想找一種方案開(kāi)發(fā)低成本測(cè)試系統(tǒng)，同時(shí)還要堅(jiān)固耐用并在多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域都能滿足生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的要求。

業(yè)界利用PC插卡已開(kāi)發(fā)出了多種設(shè)備，經(jīng)過(guò)15年時(shí)間，PC插卡儀器市場(chǎng)也已相當(dāng)成熟，有很多種類(lèi)可供選擇，而PCI結(jié)構(gòu)作為目前PC機(jī)主導(dǎo)架構(gòu)，在測(cè)試方面具有非常優(yōu)越的性能，如數(shù)據(jù)采集。然而PC插卡有一些嚴(yán)重的局限。首先，平均每臺(tái)PC機(jī)一般只有四五個(gè)PCI插槽，這就限制了儀器的數(shù)目；其次，PC機(jī)的設(shè)計(jì)使得插卡更換很困難，而且大多數(shù)PC不夠牢固，經(jīng)多次更換或更新后可能造成機(jī)械故障；再次，還可能會(huì)有電氣噪聲，并且冷卻性能也不好；，標(biāo)準(zhǔn)PC結(jié)構(gòu)很難完成如觸發(fā)和儀器內(nèi)部通信之類(lèi)的測(cè)試要求。

在這些考慮下，PXI采用CompactPCI形式并加以改進(jìn)。CompactPCI使用標(biāo)準(zhǔn)PCI卡，對(duì)機(jī)械和電氣布局進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)使之采用EuroCard形式，以便在測(cè)試環(huán)境中更好地工作。CompactPCI在通信和工業(yè)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域得到廣泛使用，它和其后的PXI本質(zhì)上都是以前使用的PCI插卡，只是采用EuroCard形式而己。

一個(gè)3U儀器的線路板面積大約為24平方英寸，而一個(gè)6U卡差不多為58平方英寸，該尺寸比VXI或其它單獨(dú)的儀器都小，因此可減小測(cè)試系統(tǒng)的尺寸并大大增強(qiáng)測(cè)試能力。

和標(biāo)準(zhǔn)PC插卡相比，PXI在右邊有一排垂直連接觸點(diǎn)，可以增加插卡的數(shù)量并提高電氣性能，此外其水平式插入布局使得在現(xiàn)場(chǎng)或工廠可以快速更換。

PXI一般比標(biāo)準(zhǔn)PC系統(tǒng)支持的測(cè)試儀器要多，其連接部分的電氣性能經(jīng)過(guò)改進(jìn)，每個(gè)總線段可容納7個(gè)儀器，而標(biāo)準(zhǔn)PC只有4個(gè)。PXI機(jī)架采用標(biāo)準(zhǔn)的19"導(dǎo)軌式固定單元，每個(gè)單元可支持19個(gè)儀器。

就像VXI采用VME技術(shù)一樣，PXI采用的是PCI技術(shù)，圖2是該結(jié)構(gòu)方框圖。圖中可以看到所有PXI設(shè)備使用公用的10MHz時(shí)鐘，這樣可以進(jìn)行一致的測(cè)量和激勵(lì)。另外有兩條觸發(fā)總線，一條總線有8條TTL線，也是所有儀器共用，另一條是星形總線，分別用一條線連到每個(gè)儀器的星形總線控制器中，用于進(jìn)行單獨(dú)觸發(fā)。，還有一個(gè)13線局域總線在儀器之間形成雛菊鏈接，用于儀器內(nèi)部通信。下面是詳細(xì)的介紹。

局域總線

PXI局域總線是一條雛菊鏈總線，它將每個(gè)外圍插槽按左右相鄰位置進(jìn)行鏈接，也即每個(gè)外圍插槽的右局域總線連到相鄰插槽左局域總線上，并這樣繼續(xù)下去。每個(gè)局域總線線寬為13條，能在模塊之間傳遞模擬信號(hào)或提供一個(gè)不影響主PXI帶寬的額外高速數(shù)字通信通路。

系統(tǒng)參考時(shí)鐘

PXI的10MHz系統(tǒng)時(shí)鐘(PXI_CLK10)傳送給系統(tǒng)內(nèi)所有外圍模塊，該公用參考時(shí)鐘可用于測(cè)量或控制系統(tǒng)中多個(gè)模塊的同步。它具有低時(shí)滯特性，在使用觸發(fā)總線協(xié)議確認(rèn)單個(gè)時(shí)鐘邊沿以達(dá)到多模塊同步時(shí)，這一特性非常理想。

觸發(fā)總線

8線PXI觸發(fā)總線靈活性很強(qiáng)，可用于多種用途。例如觸發(fā)可使幾個(gè)不同PXI外圍模塊運(yùn)行同步，在其它應(yīng)用中，一個(gè)模塊可以地控制系統(tǒng)其它模塊運(yùn)行的時(shí)序。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)節(jié)拍信號(hào)進(jìn)入輸入端時(shí)，可在模擬輸入信號(hào)的上升沿進(jìn)行觸發(fā)，以抓取模擬線卡的數(shù)字PCM輸出。觸發(fā)可從一個(gè)模塊傳到另一個(gè)模塊，對(duì)監(jiān)控的外部異步事件進(jìn)行的定時(shí)響應(yīng)。具體應(yīng)用所需的觸發(fā)器數(shù)目隨相關(guān)事件數(shù)量和復(fù)雜程度而異。

星形觸發(fā)

PXI星形觸發(fā)總線可為PXI系統(tǒng)用戶(hù)提供超高性能的同步特性。星形觸發(fā)總線在系統(tǒng)插槽和相鄰?fù)獠坎宀壑g使用一條專(zhuān)用的觸發(fā)線，多可連接13個(gè)外部插槽。該插槽裝有一個(gè)星形觸發(fā)控制器，能對(duì)其它外部模塊提供非常的觸發(fā)信號(hào)。通過(guò)星形觸發(fā)器路由所使用的線長(zhǎng)均衡技術(shù)，PXI系統(tǒng)能夠滿足采用一般總線觸發(fā)無(wú)法達(dá)到的觸發(fā)要求。

這種PXI觸發(fā)結(jié)構(gòu)在增強(qiáng)觸發(fā)總線方面有兩個(gè)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。是保證系統(tǒng)每個(gè)模塊有一條獨(dú)立的觸發(fā)線，對(duì)于大型系統(tǒng)，這可以避免用一條觸發(fā)線連接多個(gè)模塊，或人為限制觸發(fā)的次數(shù)。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是一個(gè)觸發(fā)點(diǎn)連接所帶來(lái)的低失真性。

公共軟件要求

PXI技術(shù)規(guī)范提出的PXI系統(tǒng)軟件構(gòu)架包括微軟的Windows 95、Windows 98、Windows NT及Windows 2000，PXI還要求所有外圍模塊的設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件也要運(yùn)行在同樣結(jié)構(gòu)下。一些其它工業(yè)總線硬件供應(yīng)商沒(méi)有軟件標(biāo)準(zhǔn)，他們不能為其設(shè)備提供任何軟件驅(qū)動(dòng)程序，為了支持這些設(shè)備所耗費(fèi)的工程量對(duì)用戶(hù)而言是非常巨大的。PXI要求由制造商來(lái)開(kāi)發(fā)軟件，從而為用戶(hù)減輕了負(fù)擔(dān)。

兼容特性

因?yàn)樵S多PXI設(shè)備都是從PCI外圍設(shè)備發(fā)展而來(lái)，所以在很多地方其測(cè)試代碼與以前為采用類(lèi)似硬件的PC所寫(xiě)的測(cè)試程序是兼容的。雖然PCI儀器的驅(qū)動(dòng)程序與WIN32兼容，但這些驅(qū)動(dòng)程序之間可能無(wú)法互換，這是因?yàn)镻CI對(duì)復(fù)雜的跨接結(jié)構(gòu)提供了增強(qiáng)和支持，通常PC在處理器總線和外圍設(shè)備之間一般只有一層跨接，而PCI底板有三層或更多層跨接以支持所需的儀器數(shù)，所以標(biāo)準(zhǔn)PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序如不作修改在超過(guò)一層或兩層跨接時(shí)就不能工作。的觸發(fā)代碼很可能完全不同，在這一點(diǎn)上應(yīng)與外圍設(shè)備制造商仔細(xì)核對(duì)。

前面我們談到過(guò)CompactPCI設(shè)備，幸運(yùn)的是，PXI開(kāi)發(fā)人員與PICMG(PC工業(yè)計(jì)算機(jī)制造商組織)密切配合，保證了這兩個(gè)結(jié)構(gòu)之間的兼容性。通過(guò)這種合作，CompactPCI外圍設(shè)備可插入到PXI機(jī)架中，反之亦然，這樣的好處是測(cè)試工程師可以在多種設(shè)備中進(jìn)行選擇以滿足應(yīng)用要求。

PXI外圍設(shè)備產(chǎn)品種類(lèi)和數(shù)量正在不斷增長(zhǎng)。PXI系統(tǒng)聯(lián)盟(PXISA)由60多家公司組成，這些公司或是生產(chǎn)或是集成基于PXI技術(shù)的測(cè)試產(chǎn)品，從簡(jiǎn)單的模塊到整個(gè)測(cè)試方案都有?，F(xiàn)在已有200種以上不同的3U或6U PXI模塊供用戶(hù)選用，并且這個(gè)數(shù)目還正在增加。PXISA也一直在征詢(xún)業(yè)界對(duì)PXI技術(shù)的要求，可以訪問(wèn)www.pxisa.org網(wǎng)站查詢(xún)更多信息。

作者：Bob Stasonis

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