VXI和PCI/PXI

VXI (VMEbus eXtensions for Instrumentation) 是最早引入模塊化儀器概念的總線，它成功地減小了傳統(tǒng)儀器系統(tǒng)的尺寸并提高了系統(tǒng)集成化的水平，主要用于滿足高端自動(dòng)化測(cè)試應(yīng)用的需要，并已成功應(yīng)用于軍 用航空的測(cè)試和制造業(yè)的測(cè)試等。然而，由于VXI價(jià)格昂貴且基于過(guò)時(shí)的VME總線，而現(xiàn)代計(jì)算機(jī)又不支持這種總線結(jié)構(gòu)；伴隨著PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)總線的推出，VXI的市場(chǎng)份額逐漸的在減小，而PXI的增長(zhǎng)卻勢(shì)不可擋，早已在數(shù)年前超過(guò)VXI成為模塊化測(cè)試測(cè)量的主 流技術(shù)。PXI因?yàn)榛诔墒斓腜CI總線技術(shù)，和VXI相比，具有更快的總線傳輸速率(132MB/s vs 40MB/s)，更小的體積以及更好的性能價(jià)格比。此外，PXI能夠提供納秒級(jí)的定時(shí)和同步功能以及堅(jiān)固的工業(yè)特性。最后，得益于軟件的靈活性和不斷更新 的模塊化硬件，用戶可以最少的投資隨時(shí)升級(jí)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)。如此優(yōu)良的擴(kuò)展性，靈活的軟件架構(gòu)使得基于PXI模塊化儀器平臺(tái)的系統(tǒng)集成變得更加的普遍。

PCI Express

現(xiàn)在基于PC的測(cè)試應(yīng)用對(duì)于總線帶寬的要求越來(lái)越高，即使132MB/s的PCI總線帶寬也難以滿足許多新興應(yīng)用的需求。因此PCI-SIG(PCI總線 標(biāo)準(zhǔn)的制訂實(shí)體)推出了新一代的高速內(nèi)部總線：PCI Express。作為對(duì)PCI總線的一個(gè)革新，PCI Express保持了與PCI總線的軟件兼容性，并用高速串行總線代替了傳統(tǒng)的并行總線。PCI Express通過(guò)多通道差分信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)字的傳輸，每一個(gè)傳輸方向的一個(gè)通道就可提供250MB/s的帶寬，組合多個(gè)通道(x16)最高可達(dá)4GB /s的傳輸速率。與PCI總線上所有設(shè)備共享帶寬的方式不同的是，每個(gè)PCI Express設(shè)備都享有一個(gè)專用的帶寬來(lái)保證數(shù)據(jù)通路的暢通無(wú)阻(見圖3)。此外，PCI Express因?yàn)椴捎昧讼冗M(jìn)的軟件架構(gòu)完全確保了和現(xiàn)有PCI的軟件兼容性。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，PCI Express的核心芯片(PCI Express x4 Switch)的成本將在2008年降到大約每片2.4美金，同時(shí)借鑒PCI總線在現(xiàn)今市場(chǎng)的巨大成功，因此很多專家都預(yù)測(cè)PCI Express將在未來(lái)成為高速總線的主流趨勢(shì)。

對(duì)于測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域而言，PCI Express總線的推出使得許多高速的測(cè)試應(yīng)用變?yōu)榭赡?，例如每秒高達(dá)幾百幀的圖像采集與存儲(chǔ)、上GHz的數(shù)字化儀和信號(hào)發(fā)生器，數(shù)字通訊協(xié)議的測(cè)試與 驗(yàn)證等等，因此我們有理由預(yù)見PCI Express總線將在未來(lái)成為新一代的模塊化儀器總線，為工程師們帶來(lái)更高的性能和更快的速度。

圖3：所有PCI Express插槽具有專用的帶寬來(lái)連接PC內(nèi)存，無(wú)需像傳統(tǒng)PCI那樣共享帶寬

PXI Express

使用成熟的PCI技術(shù)大幅推動(dòng)了PXI總線的發(fā)展，使得PXI在測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。如今將最新的PCI Express技術(shù)融入到PXI的標(biāo)準(zhǔn)中，使得新型的PXI Express總線可以幫助工程師滿足更多的應(yīng)用需求。PXISA官方組織已在2005年第三季度正式推出了PXI Express的軟硬件標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)在背板使用PCI Express的技術(shù)，PXI Express能夠?qū)捳岣?5倍，從原來(lái)PXI的132MB/s提高到現(xiàn)在6GB/s，同時(shí)保持了和原來(lái)PXI模塊在軟硬件上的兼容性。如此性能 的提升，使得PXI Express能夠進(jìn)入到更多以往被專用儀器所統(tǒng)制的一些應(yīng)用領(lǐng)域，如中頻乃至射頻的數(shù)字化儀、通訊協(xié)議的驗(yàn)證等。由于PCI Express和PCI之間的軟件兼容性，PXI Express同樣可以沿用以往PXI提供的標(biāo)準(zhǔn)軟件架構(gòu)。為了提供硬件的兼容性，最新的CompactPCI Express的標(biāo)準(zhǔn)定義了混合的插槽用來(lái)同時(shí)支持基于PCI或PCI Express架構(gòu)的模塊。通過(guò)融合最先進(jìn)的商業(yè)技術(shù)：PCI Express，我們將在不久的未來(lái)看到全新模塊化儀器總線PXI Express為用戶帶來(lái)的先進(jìn)技術(shù)和高速性能。

軟件是核心 —— 使用統(tǒng)一的軟件平臺(tái)

混合系統(tǒng)作為測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，使用戶能夠不僅享受模塊化儀器的高速和靈活性，同時(shí)能使用現(xiàn)有的分立式儀器進(jìn)行一 些特殊的測(cè)量。而軟件對(duì)于這樣多廠商，多總線的混合系統(tǒng)顯得尤為的重要。擁有一個(gè)統(tǒng)一的軟件架構(gòu)能夠大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)編程的復(fù)雜性，并避免不同儀器之間帶來(lái)的 兼容性問(wèn)題。

在圖1的混合系統(tǒng)中，底層的硬件使用了包含PXI、GPIB、LXI等多種測(cè)試總線，而在上層卻是一個(gè)由測(cè)量和控制服務(wù) 層和應(yīng)用開發(fā)層組成的統(tǒng)一的軟件架構(gòu)。測(cè)量和控制服務(wù)層包含靈活的設(shè)備驅(qū)動(dòng)，用于連接軟件和硬件并簡(jiǎn)化硬件配置部分的測(cè)試代碼。為了將硬件無(wú)縫的集成到軟 件中去，工程師們希望能夠有高性能、易于編程且持續(xù)可升級(jí)的API來(lái)幫助開發(fā)。VISA(Virtual Instrumentation Software Architecture)標(biāo)準(zhǔn)就是提供了這樣一種通用的API，負(fù)責(zé)和驅(qū)動(dòng)軟件進(jìn)行通訊，并且獨(dú)立于您所使用的儀器總線。無(wú)論是使用PXI, VXI, GPIB, LAN還是LXI總線，VISA都提供了標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)庫(kù)和儀器進(jìn)行通訊，同時(shí)從軟件上保證了總線之間的互換性。此外，網(wǎng)上超過(guò)4000種可供下載的儀器驅(qū)動(dòng) 可以幫助您簡(jiǎn)化儀器功能的復(fù)雜性，快速的開發(fā)儀器驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。作為儀器驅(qū)動(dòng)的另一種標(biāo)準(zhǔn)，IVI(Interchangeable Virtual Instrument)標(biāo)準(zhǔn)定義了通用儀器的互換性，對(duì)于一些指定的儀器類，如示波器，信號(hào)源等，您可以隨意的將現(xiàn)在使用的儀器換成一臺(tái)其他生產(chǎn)廠家、甚 至是其他總線的另一臺(tái)同類的儀器，而不需要修改任何的軟件測(cè)試代碼。

在應(yīng)用開發(fā)層，開發(fā)者總是希望使用符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的軟件開發(fā)環(huán)境來(lái)進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)軟件的開發(fā)。LabVIEW作為一個(gè)專為測(cè) 試測(cè)量設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言，使用了工程師們最熟悉的圖形化的編程方式，能夠幫助用戶高效和快速的開發(fā)測(cè)試應(yīng)用。伴隨著LabVIEW 8的推出，使用LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和儀器控制的功能被進(jìn)一步的加強(qiáng)，最新的項(xiàng)目管理和分布式智能更是適合混合測(cè)試系統(tǒng)的軟件開發(fā)。目 前，LabVIEW已逐漸地成為測(cè)試測(cè)量行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的軟件開發(fā)平臺(tái)。當(dāng)然，除了LabVIEW，用戶也可以根據(jù)自己的喜好，選擇其他的編程語(yǔ)言，如 LabWindows/CVI，VB，C++等進(jìn)行開發(fā)。

軟件就是核心，LabVIEW加上標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量和控制服務(wù)(如VISA, IVI等)就構(gòu)成了這樣一個(gè)統(tǒng)一的軟件平臺(tái)，幫助工程師簡(jiǎn)化軟件的復(fù)雜性，更好的發(fā)揮混合測(cè)試系統(tǒng)的強(qiáng)大功能。

總結(jié)

在當(dāng)今的測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域，無(wú)論是經(jīng)久不衰的傳統(tǒng)儀器總線，還是新型高速的模塊化儀器總線技術(shù)，都會(huì)在未來(lái)共存，或許只是市場(chǎng)份額大小和應(yīng)用需求不同的 分別。我們也將看到越來(lái)越多的基于多種總線的混合測(cè)試系統(tǒng)，工程師們最終在乎的不再是使用何種總線，而是無(wú)論使用任何總線，軟件上都能予以支持并且能更高 效和快速的開發(fā)相關(guān)的應(yīng)用。因此，擁有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的軟件平臺(tái)就顯得至關(guān)重要，它能夠幫助簡(jiǎn)化總線變化帶來(lái)的復(fù)雜性，并充分發(fā)揮不同總線的優(yōu)勢(shì)，讓用戶感覺(jué)就 像在一個(gè)平臺(tái)下進(jìn)行開發(fā)那樣的簡(jiǎn)單和快捷。