過去十五年以來,，自動化測試領(lǐng)域出現(xiàn)了一些明顯的趨勢：從設(shè)計到生產(chǎn)的每個階段，自動化程度越來越高,；單一的待測設(shè)備往往集成了多種的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議,；從商業(yè)角度考慮,，縮短產(chǎn)品投放市場時間的壓力也與日俱增；與此同時,，著眼于整個經(jīng)濟環(huán)境的大背景下,，各個企業(yè)也都面臨著更加嚴(yán)峻的成本控制要求；此外,，對制造業(yè)的自動化測試而言,，測試設(shè)備的體積和功耗已經(jīng)無法再隨著測試需求線形增長。
PXI平臺的出現(xiàn)為自動化測試提供了一種新的思路,。NI于1997年提出PXI標(biāo)準(zhǔn),，標(biāo)準(zhǔn)化的商業(yè)技術(shù)讓PXI技術(shù)在過去十五年中以驚人的速度在測試和控制應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛的接受，并且已經(jīng)成為主流的模塊化儀器平臺,。不僅得到眾多主流測試測量廠商的支持,，而且全球各地的用戶基于PXI平臺在多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)各種不同的應(yīng)用。本文將對PXI規(guī)范進(jìn)行概述并介紹一些最新發(fā)展及應(yīng)用,。
PXI技術(shù)概覽
PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）是一種基于PC技術(shù)的面向測試測量和自動化應(yīng)用的堅固平臺,。PXI標(biāo)準(zhǔn)將CompactPCI標(biāo)準(zhǔn)（具有PCI電氣總線特性，同時具有堅固的,、模塊化的歐卡封裝）與專用同步總線和軟件特性結(jié)合在一起,。該標(biāo)準(zhǔn)由PXI系統(tǒng)聯(lián)盟（PXISA）進(jìn)行管理，這是一個由世界各地超過50家公司共同簽約的聯(lián)盟,，其宗旨是為了推動PXI標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用,，保證各廠商產(chǎn)品的互操作性，并維護PXI規(guī)范。隨著商業(yè)PC的總線技術(shù)從PCI演進(jìn)到了PCI Express,，顯著地拓展了總線的可用帶寬,，PXI也將PCI Express集成到PXI標(biāo)準(zhǔn)中，以滿足更多的應(yīng)用需求,。PCI工業(yè)制造商協(xié)會（PICMG,，管理CompactPCI標(biāo)準(zhǔn)）與PXI系統(tǒng)聯(lián)盟共同努力，確保PXI背板中集成了PCI Express技術(shù)之后,，仍然維持與原有系統(tǒng)的后向兼容性,。通過利用PCI Express技術(shù)，PXI Express將PXI中的可用帶寬從132MB/s提高到6GB/s,，提高了45倍多,。
PXI系統(tǒng)由三個基本部分組成——機箱、控制器,、以及外圍I/O模塊,。基于PXI的這種模塊化架構(gòu),，可以實現(xiàn)系統(tǒng)部分組件的單獨升級,，并且可以使測試系統(tǒng)能快速利用這些升級的組件所帶來的新技術(shù)。
PXI系統(tǒng)的一個關(guān)鍵優(yōu)勢在于集成了定時和同步特性,，這可以減少不同儀器之間實現(xiàn)觸發(fā)和同步功能的復(fù)雜性：PXI機箱背板上整合了一個10MHz的專用系統(tǒng)參考時鐘（圖1）,，通過等長的背板走線傳輸?shù)礁鞑宀?，各插槽之間的時鐘偏差小于1ns,；10MHz系統(tǒng)時鐘的精度是由機箱決定的，典型值小于百萬分之25（25ppm）,，并且通過在機箱的星形觸發(fā)插槽（槽位2）安裝一塊具有更穩(wěn)定時鐘源的板卡（例如擁有板載OCXO的NI PXI-6653）,，可進(jìn)一步提高系統(tǒng)參考時鐘的精度。這樣可以用這個具有更高穩(wěn)定性的參考時鐘來取代背板的10MHz時鐘,。不同模塊上速率更高的采樣時鐘可以鎖相至該穩(wěn)定的10MHz參考時鐘,，從而提高多個模塊化儀器之間的同步性能。也可以輸出這個10MHz時鐘,，用以同步多個PXI機箱和其他模塊儀器時作為參考時鐘,。除了參考時鐘，PXI背板上也提供由8條TTL傳輸線組成的觸發(fā)總線,，從而允許系統(tǒng)中的任意模塊都可設(shè)置一個可以被其他任意模塊檢測到的觸發(fā)信號,。以PXI為基礎(chǔ)，PXI Express提供了更多的定時和同步功能——100MHz的差分系統(tǒng)時鐘,、差分信號傳輸以及差分星形觸發(fā)總線,。采用差分時鐘和同步，PXI Express系統(tǒng)中儀器時鐘的抗噪聲性能進(jìn)一步提高,，并且可以以更高速率傳輸數(shù)據(jù),。
圖1： PXI及PXI Express機箱為模塊化系統(tǒng)集成提供了最佳的定時和同步性能
PXI規(guī)范的最新發(fā)展
PCI Express
正如在PXI技術(shù)概覽中所提到的,，PCI Express相比PCI可增加超過45倍的總線吞吐量。由于此性能的增強,，PXI Express可以用于很多新型應(yīng)用領(lǐng)域,，其中很多領(lǐng)域在以前只能由昂貴的專用硬件實現(xiàn)。特別地,，在國防和航空航天自動化測試領(lǐng)域,，PXI Express所擁有的更高的帶寬為許多應(yīng)用提供了新的解決方案：
? 利用高帶寬的中頻儀器進(jìn)行通信系統(tǒng)測試
? 高速數(shù)字協(xié)議接口（包括基于LVDS的專用協(xié)議、IEEE 1394,、光纖信道等）
? 用于結(jié)構(gòu)和聲學(xué)測試的高通道數(shù)數(shù)據(jù)采集
? 高速圖像采集
當(dāng)PCI Express技術(shù)被集成到PXI中,，基于PXI Express實現(xiàn)許多新應(yīng)用的同時，許多現(xiàn)有的PXI應(yīng)用并不會得益于PXI Express的性能提升,。比方說,，諸如數(shù)字萬用表（DMM）、開關(guān)模塊,、工業(yè)I/O,、低速總線接口、以及許多主流的發(fā)生器和分析儀等I/O應(yīng)用并不需要背板新增的帶寬,。因此,，PXI Express規(guī)范的一個非常有價值的方面就是PCI以及PCI Express信號都可以被路由到新的插槽中去。其結(jié)果是,，儀器廠商并不需要針對新的PXI Express背板而重新設(shè)計所有的現(xiàn)有板卡模塊,；與此相反，儀器廠商會繼續(xù)生產(chǎn)符合PXI信號標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品,，因為目前的PCI總線架構(gòu)可以滿足這些模塊的數(shù)據(jù)帶寬需求并且所有的混合插槽都支持PCI總線信號,。