儀器總線技術(shù)概覽

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化測試應(yīng)用的需要，并已成功應(yīng)用于軍 用航空的測試和制造業(yè)的測試等。然而，由于VXI價格昂貴且基于過時的VME總線，而現(xiàn)代計算機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的市場份額逐漸的在減小，而PXI的增長卻勢不可擋，早已在數(shù)年前超過VXI成為模塊化測試測量的主 流技術(shù)。PXI因為基于成熟的PCI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格比。此外，PXI能夠提供納秒級的定時和同步功能以及堅固的工業(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升級整個測試系統(tǒng)。如此優(yōu)良的擴(kuò)展性，靈活的軟件架構(gòu)使得基于PXI模塊化儀器平臺的系統(tǒng)集成變得更加的普遍。

PCI Express

現(xiàn)在基于PC的測試應(yīng)用對于總線帶寬的要求越來越高，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)的制訂實體)推出了新一代的高速內(nèi)部總線：PCI Express。作為對PCI總線的一個革新，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通過多通道差分信號來實現(xiàn)雙向數(shù)字的傳輸，每一個傳輸方向的一個通道就可提供250MB/s的帶寬，組合多個通道(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PCI Express設(shè)備都享有一個專用的帶寬來保證數(shù)據(jù)通路的暢通無阻(見圖3)。此外，PCI Express因為采用了先進(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)威機構(gòu)預(yù)測，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，同時借鑒PCI總線在現(xiàn)今市場的巨大成功，因此很多專家都預(yù)測PCI Express將在未來成為高速總線的主流趨勢。

對于測試測量領(lǐng)域而言，PCI Express總線的推出使得許多高速的測試應(yīng)用變?yōu)榭赡埽缑棵敫哌_(dá)幾百幀的圖像采集與存儲、上GHz的數(shù)字化儀和信號發(fā)生器，數(shù)字通訊協(xié)議的測試與 驗證等等，因此我們有理由預(yù)見PCI Express總線將在未來成為新一代的模塊化儀器總線，為工程師們帶來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連接PC內(nèi)存，無需像傳統(tǒng)PCI那樣共享帶寬

PXI Express

使用成熟的PCI技術(shù)大幅推動了PXI總線的發(fā)展，使得PXI在測試測量領(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)，通過在背板使用PCI Express的技術(shù)，PXI Express能夠?qū)捳岣?5倍，從原來PXI的132MB/s提高到現(xiàn)在6GB/s，同時保持了和原來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同時支持基于PCI或PCI Express架構(gòu)的模塊。通過融合最先進(jìn)的商業(yè)技術(shù)：PCI Express，我們將在不久的未來看到全新模塊化儀器總線PXI Express為用戶帶來的先進(jìn)技術(shù)和高速性能。

軟件是核心 —— 使用統(tǒng)一的軟件平臺

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

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

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)境來進(jìn)行整個系統(tǒng)軟件的開發(fā)。LabVIEW作為一個專為測 試測量設(shè)計的編程語言，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，最新的項目管理和分布式智能更是適合混合測試系統(tǒng)的軟件開發(fā)。目 前，LabVIEW已逐漸地成為測試測量行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的軟件開發(fā)平臺。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)的測量和控制服務(wù)(如VISA, IVI等)就構(gòu)成了這樣一個統(tǒng)一的軟件平臺，幫助工程師簡化軟件的復(fù)雜性，更好的發(fā)揮混合測試系統(tǒng)的強大功能。

總結(jié)

在當(dāng)今的測試測量領(lǐng)域，無論是經(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)，都會在未來共存，或許只是市場份額大小和應(yīng)用需求不同的 分別。我們也將看到越來越多的基于多種總線的混合測試系統(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，擁有一個標(biāo)準(zhǔn)的軟件平臺就顯得至關(guān)重要，它能夠幫助簡化總線變化帶來的復(fù)雜性，并充分發(fā)揮不同總線的優(yōu)勢，讓用戶感覺就 像在一個平臺下進(jìn)行開發(fā)那樣的簡單和快捷。