PCI Express推動(dòng)虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展

高速PC總線技術(shù)為高性能虛擬儀器系統(tǒng)提供了所需的帶寬。隨著商業(yè)化總線技術(shù)在性能上的提高，虛擬儀器技術(shù)的功能也隨之增強(qiáng)。近十年來(lái)，PCI Express標(biāo)準(zhǔn)概述白皮書(shū)>PCI總線已成為高帶寬、即插即用外設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)今，速度更快的測(cè)量設(shè)備需要有更寬的帶寬來(lái)把數(shù)據(jù)傳送到PC內(nèi)存，從而可充分利用現(xiàn)代處理器的強(qiáng)大處理能力。設(shè)備需要有更快的速度和更高的擴(kuò)展性，為了滿足這一需要，PC和外設(shè)廠商已開(kāi)發(fā)出新一代PCI技術(shù)?D?DPCI Express，并已開(kāi)始在產(chǎn)品中采用這一技術(shù)。

PCI Express的廣泛實(shí)用性、高性能和低成本使它非常適合用于測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用，虛擬儀器技術(shù)能充分利用PCI Express在帶寬和可擴(kuò)展性上的巨大改進(jìn)，并同時(shí)保持和已有軟件的兼容性。

PCI Express把帶寬提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)

; 總線帶寬的重要性常常被忽視，因?yàn)榇蠹腋⒁馓幚砥魉俣?、模擬-數(shù)字速度和器件帶寬等。然而，對(duì)于實(shí)時(shí)分析和觀察數(shù)據(jù)，總線帶寬則決定了您能以多快的速度把數(shù)據(jù)傳送到PC內(nèi)存中。總線類似于汽車的傳動(dòng)方式?D?D沒(méi)有它就無(wú)法把發(fā)動(dòng)機(jī)的功率傳遞到路面上。正因?yàn)榭偩€帶寬不夠，所以許多高速儀器才需要昂貴的板載內(nèi)存。PCI Express克服了目前包括傳統(tǒng)PCI等其它外圍總線的限制。最初的PCI Express規(guī)范是在PC上實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在的設(shè)備能提供比32位、33MHz PCI高30倍的帶寬。隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，帶寬可望再提高4倍直到達(dá)到銅線中信號(hào)帶寬的實(shí)際限制。

以太網(wǎng)、USB和傳統(tǒng)PCI總線采用共享總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?D?D總線上所有設(shè)備共享相同固定大小的帶寬。由于這樣的限制，像PCI千兆網(wǎng)卡這樣的高帶寬設(shè)備會(huì)獨(dú)占總線帶寬，從而阻塞總線上其它設(shè)備。PCI Express采用共享式轉(zhuǎn)換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)代替共享式總線，這樣在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的構(gòu)架中設(shè)備可以彼此互連或和處理器相連。這樣就可以通過(guò)為每個(gè)PCI Express插槽提供專用數(shù)據(jù)通道來(lái)防止設(shè)備獨(dú)占帶寬。PCI Express的帶寬不像傳統(tǒng)PCI，它具有可伸縮性，因而設(shè)備廠商可以增加帶寬通路來(lái)提高帶寬，從而最好地滿足設(shè)備需要。

PCI Express技術(shù)內(nèi)幕

在新的PCI Express架構(gòu)中，數(shù)據(jù)通過(guò)成對(duì)的發(fā)送和接收線來(lái)串行傳送數(shù)據(jù)包，這些線對(duì)被稱為通路，在單方向上它具有250MB/s帶寬。就像高速路上的車道一樣，您可以把通路進(jìn)行組合來(lái)提高數(shù)據(jù)的流量。最為常用的通路設(shè)置是x1、x4、x8和x16。帶寬直接和通路數(shù)呈比例，因此使用兩倍信號(hào)對(duì)的設(shè)備就有兩倍的通路，也就能提供兩倍的帶寬。

利用串行數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)，PCI Express比傳統(tǒng)PCI總線的并行結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)起來(lái)更容易和成本更低。例如，傳統(tǒng)64位PCI-X總線在多層板卡上需要127 根針腳，而比它高2倍帶寬的x4 PCI Express插槽只需要16根針腳。此外，隨著這種技術(shù)被廣泛采用，PCI Express芯片組的價(jià)格將不斷被降低。

硬件和軟件的兼容性

PCI Express利用高速(2.5GB/s)串口總線代替了傳統(tǒng)PCI物理總線。由于結(jié)構(gòu)上的改變，連接頭本身并不兼容。然而，為了使傳統(tǒng)PCI能過(guò)渡到PCI Express，大多數(shù)計(jì)算機(jī)主板都提供PCI和PCI Express接頭的混合方式。PCI Express規(guī)范也保證了帶有較小接頭的設(shè)備可以用“擴(kuò)展”接頭來(lái)插入主板上較大的槽口，從而提高了硬件的兼容性和靈活性。

PCI Express 也確保了軟件的兼容性。PCI Express設(shè)備的配置空間和編程方式與傳統(tǒng)PCI方式?jīng)]有什么改變。實(shí)際上，您無(wú)需改變PCI Express的結(jié)構(gòu)就可以啟動(dòng)所有的操作系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)啟動(dòng)時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)所有已安裝的PCI Express設(shè)備，然后分配系統(tǒng)資源，如內(nèi)存I/O空間和中斷，從而建立起最佳的系統(tǒng)環(huán)境。由于PCI Express物理層是對(duì)于應(yīng)用軟件

透明的，因此傳統(tǒng)PCI設(shè)備編寫的程序無(wú)需更改就可在PCI Express上運(yùn)行并保持同樣的功能，而且您還可以在同一系統(tǒng)中同時(shí)使用PCI和PCI Express。PCI Express對(duì)PCI的軟件向后兼容性對(duì)于保護(hù)廠商和用戶的軟件投資是十分關(guān)鍵的。

NI PCI Express設(shè)備

NI首先推出了業(yè)界第一款用于PCI Express的GPIB、圖形采集和數(shù)據(jù)采集設(shè)備。NI PCIe-GPIB是具有x1 PCI Express接頭的GPIB控制器。NI PCIe-1429是x4設(shè)備，使用Camera Link攝像機(jī)來(lái)采集圖像，它是業(yè)界最快的圖像采集設(shè)備，圖像數(shù)據(jù)流高達(dá)680 MB/s(相當(dāng)于CD-ROM每秒的數(shù)據(jù)傳輸率)。新款NI PCIe-6251和NI PCIe-6259是M系列數(shù)據(jù)采集設(shè)備，它們能提供高達(dá)16位的32個(gè)通道，1.25MS/s的模擬輸入以及10MHz的數(shù)字I/O和四個(gè)通道的16位、2.8MS/s模擬輸出。在您通過(guò)x1接口和P

C內(nèi)存交換數(shù)據(jù)時(shí)，可以同時(shí)運(yùn)行所有I/O。

所有NI PCI Express設(shè)備都可向后兼容同等PCI設(shè)備的軟件。例如，使用NI LabVIEW和NI-DAQmx驅(qū)動(dòng)軟件為NI PCI-6251數(shù)據(jù)采集設(shè)備編寫的軟件可以無(wú)需修改就在NI PCIe-6251設(shè)備上運(yùn)行，從而在您為了滿足未來(lái)的需要對(duì)硬件投資的同時(shí)保護(hù)了您在軟件上的投資。PXI系統(tǒng)聯(lián)盟也開(kāi)始在PXI中采用PCI Express來(lái)建立PXI Express?，F(xiàn)在PXI系統(tǒng)和設(shè)備可以受益于PCI Express提高后的帶寬，特別是對(duì)于大數(shù)據(jù)量的設(shè)備如高速數(shù)字化儀和數(shù)字I/O設(shè)備。