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　　一、什么是PXI？

　　PXI是一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動化應用度身定制的模塊化儀器平臺，具備機械、電氣與軟件等多方面的專業(yè)特性。PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）充分利用了當前最普及的臺式計算機高速標準結構——PCI。PXI規(guī)范是CompactPCI規(guī)范的擴展。CompactPCI定義了封裝堅固的工業(yè)版PCI總線架構，在硬件模塊易于裝卸的前提下提供優(yōu)秀的機械整合性。

　　因此，PXI產(chǎn)品具有級別更高、定義更嚴謹?shù)沫h(huán)境一致性指標，符合工業(yè)環(huán)境下振動、撞擊、溫度與濕度的極限條件。PXI在CompactPCI的機械規(guī)范上強制增加了環(huán)境性能測試與主動冷卻裝置，以簡化系統(tǒng)集成并確保不同廠商產(chǎn)品之間的互用性。此外，PXI還在高速PCI總線的基礎上補充了測量與自動化系統(tǒng)專用的定時與觸發(fā)特性。

　　總的來說，PXI是一種堅固的模塊化儀器平臺，它提出了基于計算機的高性能標準化測量與自動化方案。以合理的價位提供比原有系統(tǒng)架構出色得多的性能。PXI用戶自然地享有很多便利，如廉價、易用、靈活的PC技術；開放的工業(yè)標準以及與CompactPCI產(chǎn)品的完全互用性。

　　PXI系統(tǒng)聯(lián)盟（System Alliance）

　　PXI平臺的標準是由PXI系統(tǒng)聯(lián)盟維護管理的。該聯(lián)盟（www.pxi.org）由超過60家致力于研究開發(fā)PXI的公司組成，主要負責三項工作：

　　推廣PXI標準，鼓勵多廠商的軟硬件支持；

　　在維護與CompactPCI的完整互用性的同時，確保PXI產(chǎn)品在機械、電氣與軟件等各個層面的眾廠商互用性；

　　維護PXI規(guī)范，必要時進行修訂，并保證對符合前期PXI規(guī)范的產(chǎn)品向下兼容。

　　這些工作旨在簡化與改善用戶對PXI的使用。聯(lián)盟的首要任務是確保PXI平臺內(nèi)部及PXI平臺與臺式計算機、CompactPCI、VXI等其它平臺之間的簡易集成性。

　　PCI

　　PXI平臺是基于PCI總線的。PCI總線作為開放的工業(yè)標準，在測試與測量工程上具有不少優(yōu)勢。很多為傳統(tǒng)計算機開發(fā)的設備其都是基于PCI總線的。目前已經(jīng)有數(shù)以千計的PCI設備，而PCI總線本身也采納了諸多最新的計算技術，得以不斷優(yōu)化。這對PXI而言意味著有大量的設備元件可以使用，這些元件：

　　與最常用的操作系統(tǒng)與軟件完全兼容；

　　針對最高速的處理器和總線進行了優(yōu)化，以提高數(shù)據(jù)流量。

　　一個決定系統(tǒng)流量的關鍵因素是測量設備與計算機之間的接口總線。盡管系統(tǒng)性能由于處理器速度與系統(tǒng)內(nèi)存的增加而大幅提升，卻依然受到與儀器與外部設備的通信因素限制。GPIB是最常見的儀器接口總線，但其數(shù)據(jù)傳輸速率比VXI和PCI慢得多。基于VXI的測量系統(tǒng)具有高于GPIB的性能，但用戶必須為之付出高昂的代價。相比之下，PCI是為新型處理器設計的，數(shù)據(jù)傳輸速率比GPIB和VXI高得多。

圖1 總線性能的理論值

　　除了提高流量，PCI還能夠與所有的主流操作系統(tǒng)兼容。PXI利用這一點將GPIB和VXI也集成到PXI系統(tǒng)。有了這樣的開放性，不同廠商開發(fā)的PXI設備都可以在一個集成的系統(tǒng)上工作。為了維護這種不同廠商之間的互用性，PXI規(guī)范還制定了相應的對軟件標準。最主要的要求之一就是PXI設備必須能在Windows操作系統(tǒng)下工作，并配套驅動軟件。這項要求不但保證了廠商兼容性，還能夠加快用戶集成和應用開發(fā)的速度。舊的系統(tǒng)架構迫使每個用戶根據(jù)一套特定的函數(shù)調(diào)用方法開發(fā)各自的驅動程序，PXI規(guī)范則將這個負擔轉移到了設備廠商一方。

　　最后，為了完全利用PCI的優(yōu)勢，PXI規(guī)范指明所有的PXI設備須和CompactPCI完全兼容。CompactPCI模塊使用的封裝和PXI相同，而且也是建立在PCI總線上的；PXI較之增加了更為嚴格的環(huán)境測試，軟件標準和一些額外的觸發(fā)特性。這項嚴格的兼容性規(guī)定意味著當用戶的應用不需要所有的模塊都具有PXI專有的特性時，可以有更多的模塊選擇；這還意味著工程師可以將他們已經(jīng)在使用的CompactPCI模塊集成到PXI系統(tǒng)里。

　　物理特性

　　PXI是一個模塊化的平臺。系統(tǒng)的物理主機是一個擁有2至31個槽位的機箱，有的機箱還帶有內(nèi)置的顯示器和鍵盤。機箱的第一槽（Slot 1）是控制器槽。目前可以使用的控制器有很多，最常見的兩種是嵌入式控制器和MXI-3總線橋。嵌入式控制器是專為PXI機箱空間設計的常規(guī)計算機。MXI-3則是一種通過臺式計算機控制PXI機箱的擴展器，這會在后面的內(nèi)容中詳細描述。機箱中的其它槽位被稱為外部設備槽，用于插置功能模塊，就像計算機里的PCI槽一樣。

圖2 3U PXI系統(tǒng)的機械配置

　　PXI模塊的支架和臺式計算機的PCI槽有所不同，模塊被上下兩側的導軌和“針－孔”式的接插端牢牢的固定住。事實上，PXI采納了CompactPCI首先啟用的高級“針－孔”式接插端結構。這種由國際電工委員會（International Electrotechnical Commission）定義的高密度（2mm間距）阻抗匹配接插端（IEC-1076）提供了在所有情況下可以達到的的最佳電氣性能。這些接插端已經(jīng)被廣泛采納于各種高性能的應用，尤其是通信領域。

　　在尺寸上，3U的PXI機箱比絕大多數(shù)的臺式或工業(yè)計算機平臺更加緊湊，這對于在很多狹小環(huán)境下的測試來說是一項重要的特性。各種規(guī)格的機箱包含不同數(shù)量的槽位。如果經(jīng)費有限，工程師可以選擇槽位數(shù)最合適的機箱。機箱的設計考慮了系統(tǒng)集成的需要，使之能夠很方便地固定到機柜上。PXI機箱外形小巧，也已成為便攜或野外應用的理想選擇。除了內(nèi)置的顯示器和鍵盤，有的機箱還可以使用后備電池的直流電源供電。

　　最后，PXI模塊化、前插式的結構給維護和升級帶來的極大的便利。如果系統(tǒng)中的一個模塊需要修理，工程師可以將其取出，而不影響其它任何模塊。模塊化減少的的停機時間降低了系統(tǒng)壽命內(nèi)的維護成本。

　　電氣特性

　　PXI的背板提供了一些專為測試和測量工程設計的獨到特性。專用的系統(tǒng)時鐘用于模塊間的同步；8條獨立的觸發(fā)線可以精確同步兩個或多個模塊；槽與槽之間的局部總線可以節(jié)省PCI總線的帶寬；最后，可選用的星形觸發(fā)特性適用于極高精度的觸發(fā)。相比之下，觸發(fā)線、時鐘和局部總線在臺式計算機、工業(yè)計算機和CompactPCI的機箱里都是沒有的。

　　集成化、可擴展的系統(tǒng)

　　通過使用諸如MXI-2和MXI-3這樣的遠程控制接口技術，PXI系統(tǒng)能夠輕易地與已有的測試與測量系統(tǒng)相集成。利用這些接口，工程師既可以享有PXI結構的優(yōu)點，同時又避免了更換整個系統(tǒng)帶來的的高額支出。

　　一個PXI系統(tǒng)通過MXI-2連接VXI機箱，就像在VXI背板上直接插入了一個VXI嵌入式控制器一樣。工程師可以由PXI控制器設置所有的系統(tǒng)設備并與之通信，從而將一個已有的VXI系統(tǒng)合并到一個新的PXI系統(tǒng)中。工程師們可以根據(jù)需要逐步的將他們的VXI系統(tǒng)升級到PXI。

　　使用MXI-3，臺式計算機上的CPU可以透明地設置和控制PXI/CompactPCI模塊。在BIOS和操作系統(tǒng)看來，PXI模塊就像插在PC上的PCI板卡一樣。MXI-3和PXI機箱組合是擴展系統(tǒng)I/O的一個極佳選擇。從結構上說，MXI-3是一個PCI到PCI的橋（PCI-PCI bridge）。一塊PCI MXI-3板卡插在臺式計算機上，并與插在PXI機箱控制器槽內(nèi)的PXI MXI-3模塊通過電纜相連，實現(xiàn)通信。

　　二、什么是工業(yè)計算機（Industrial PC）？

　　典型的工業(yè)計算機（工控機）是裝在一個堅固機盒內(nèi)的單板計算機與PCI背板，遵循PICMG規(guī)范。如同臺式計算機，它們可以運行標準的操作系統(tǒng)。測量板卡插置在PCI槽中。PCI槽位的數(shù)量取決于計算機生產(chǎn)商。但關鍵的一點是工業(yè)計算機的槽位與PCI-PCI橋之比低于PXI機箱。這一點之所以重要是因為PCI-PCI橋會導致顯著的帶寬損耗。另外，維護工業(yè)計算機也比維護PXI系統(tǒng)困難。首先，要從測試機柜上取下計算機，如果連接的電纜不夠長，那就必須先將它們拔下。如同臺式計算機一樣，必須先將外部的機箱蓋打開，才能觸及PCI槽及更換卡件。在平時，機箱蓋用于防止灰塵和其它碎片觸及CPU，非常重要。

　　機械特性比較

　　PXI機箱和設備是為承受工業(yè)和野外環(huán)境而設計的；模塊也都具有牢固的接插端，可以抵抗撞擊與振動。為了保護電路，機箱內(nèi)設計有額外的冷卻裝置。此外，設備都是從機箱的前面拆卸，維護與升級非常方便。

　　堅固性設計

　　PXI規(guī)范要求所有的設備都通過環(huán)境測試。廠家建議進行濕度、撞擊和振動測試。這些測試可以幫助工程師掌握更多的信息，在構建系統(tǒng)選擇符合標準的設備。PXI系統(tǒng)最適合用于生產(chǎn)測試或野外環(huán)境，因為它們正是為承受這樣的環(huán)境而設計的。

　　PXI機箱內(nèi)的模塊導軌就是堅固性的力證。上下兩側的導軌可以牢牢地固定PXI模塊。這種安裝方式減輕了背板上的承受力，也使模塊免受撞擊和振動。模塊的面板可以用面板螺絲固定到機箱上，進一步防止松動。在工業(yè)計算機中，板卡通常是以夾在接口部分兩側的插槽及卡沿和機箱的連接來固定的。僅僅兩個接觸點，其中之一還是背板，使板卡極有可能在惡劣的環(huán)境下抖動移位。另外，PXI的接插端部分也比PCI的更寬，更長。

圖3 PXI外設模塊配置與接插端

　　最后，PXI機箱通常在背板上只有很少的電路，這樣當任何電路需要更換的時候，維護都非常簡單。工業(yè)計算機有兩種設計。第一種是使用主動型背板，即計算機主板是背板的一部分。這種情況下如果主板出現(xiàn)問題，整個計算機都要更換。第二種設計是使用被動型背板，即背板上面只有PCI-PCI橋。這種設計中要用到單板計算機（SBC）。SBC插入背板中一個類似PCI接口的接插端。這種設計顯然比嵌入式PXI控制器更容易振動和震顫。</p