什么是PXI库车?
PXI是一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)化應(yīng)用度身定制的模塊化儀器平臺巨柒,具備機(jī)械、電氣與軟件等多方面的專業(yè)特性柠衍。PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)充分利用了當(dāng)前最普及的臺式計(jì)算機(jī)高速標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)——PCI洋满。PXI規(guī)范是CompactPCI規(guī)范的擴(kuò)展。CompactPCI定義了封裝堅(jiān)固的工業(yè)版PCI總線架構(gòu)枪岖,在硬件模塊易于裝卸的前提下提供優(yōu)秀的機(jī)械整合性居然。
因此,PXI產(chǎn)品具有級別更高仑连、定義更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)沫h(huán)境一致性指標(biāo)郑喊,符合工業(yè)環(huán)境下振動(dòng)、撞擊瀑尔、溫度與濕度的極限條件阎臂。PXI在CompactPCI的機(jī)械規(guī)范上強(qiáng)制增加了環(huán)境性能測試與主動(dòng)冷卻裝置,以簡化系統(tǒng)集成并確保不同廠商產(chǎn)品之間的互用性元糯。此外贺勿,PXI還在高速PCI總線的基礎(chǔ)上補(bǔ)充了測量與自動(dòng)化系統(tǒng)專用的定時(shí)與觸發(fā)特性。
總的來說旷程,PXI是一種堅(jiān)固的模塊化儀器平臺甩卷,它提出了基于計(jì)算機(jī)的高性能標(biāo)準(zhǔn)化測量與自動(dòng)化方案。以合理的價(jià)位提供比原有系統(tǒng)架構(gòu)出色得多的性能起衫。PXI用戶自然地享有很多便利劝薄,如廉價(jià)、易用栈妆、靈活的PC技術(shù)胁编;開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)是由PXI系統(tǒng)聯(lián)盟維護(hù)管理的签钩。該聯(lián)盟((暫不可見))由超過60家致力于研究開發(fā)PXI的公司組成掏呼,主要負(fù)責(zé)三項(xiàng)工作:
1.推廣PXI標(biāo)準(zhǔn),鼓勵(lì)多廠商的軟硬件支持铅檩;
2.在維護(hù)與CompactPCI的完整互用性的同時(shí)憎夷,確保PXI產(chǎn)品在機(jī)械、電氣與軟件等各個(gè)層面的眾廠商互用性昧旨;
3.維護(hù)PXI規(guī)范拾给,必要時(shí)進(jìn)行修訂,并保證對符合前期PXI規(guī)范的產(chǎn)品向下兼容兔沃。
這些工作旨在簡化與改善用戶對PXI的使用蒋得。聯(lián)盟的首要任務(wù)是確保PXI平臺內(nèi)部及PXI平臺與臺式計(jì)算機(jī)级及、CompactPCI、VXI等其它平臺之間的簡易集成性额衙。
PCI
PXI平臺是基于PCI總線的饮焦。PCI總線作為開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),在測試與測量工程上具有不少優(yōu)勢氛拜。很多為傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)開發(fā)的設(shè)備其都是基于PCI總線的甫蚊。目前已經(jīng)有數(shù)以千計(jì)的PCI設(shè)備,而PCI總線本身也采納了諸多最新的計(jì)算技術(shù)子钾,得以不斷優(yōu)化即贰。這對PXI而言意味著有大量的設(shè)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(jìn)行了優(yōu)化团弧,以提高數(shù)據(jù)流量
一個(gè)決定系統(tǒng)流量的關(guān)鍵因素是測量設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間的接口總線疲籍。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(shè)備的通信因素限制幔瓮。GPIB是最常見的儀器接口總線谐浆,但其數(shù)據(jù)傳輸速率比VXI和PCI慢得多』布ぃ基于VXI的測量系統(tǒng)具有高于GPIB的性能窥扭,但用戶必須為之付出高昂的代價(jià)。相比之下贿汞,PCI是為新型處理器設(shè)計(jì)的逼肯,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
除了提高流量桃煎,PCI還能夠與所有的主流操作系統(tǒng)兼容篮幢。PXI利用這一點(diǎn)將GPIB和VXI也集成到PXI系統(tǒng)。有了這樣的開放性为迈,不同廠商開發(fā)的PXI設(shè)備都可以在一個(gè)集成的系統(tǒng)上工作三椿。為了維護(hù)這種不同廠商之間的互用性,PXI規(guī)范還制定了相應(yīng)的對軟件標(biāo)準(zhǔn)葫辐。最主要的要求之一就是PXI設(shè)備必須能在Windows操作系統(tǒng)下工作搜锰,并配套驅(qū)動(dòng)軟件。這項(xiàng)要求不但保證了廠商兼容性耿战,還能夠加快用戶集成和應(yīng)用開發(fā)的速度蛋叼。舊的系統(tǒng)架構(gòu)迫使每個(gè)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(qū)動(dòng)程序,PXI規(guī)范則將這個(gè)負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)移到了設(shè)備廠商一方剂陡。
最后狈涮,為了完全利用PCI的優(yōu)勢,PXI規(guī)范指明所有的PXI設(shè)備須和CompactPCI完全兼容鸭栖。CompactPCI模塊使用的封裝和PXI相同楣苇,而且也是建立在PCI總線上的粮按;PXI較之增加了更為嚴(yán)格的環(huán)境測試,軟件標(biāo)準(zhǔn)和一些額外的觸發(fā)特性绿凄。這項(xiàng)嚴(yán)格的兼容性規(guī)定意味著當(dāng)用戶的應(yīng)用不需要所有的模塊都具有PXI專有的特性時(shí)已转,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)里帮冶。
物理特性
PXI是一個(gè)模塊化的平臺剿恬。系統(tǒng)的物理主機(jī)是一個(gè)擁有2至31個(gè)槽位的機(jī)箱索击,有的機(jī)箱還帶有內(nèi)置的顯示器和鍵盤隧帜。機(jī)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邢侵,最常見的兩種是嵌入式控制器和MXI-3總線橋豫柿。嵌入式控制器是專為PXI機(jī)箱空間設(shè)計(jì)的常規(guī)計(jì)算機(jī)。MXI-3則是一種通過臺式計(jì)算機(jī)控制PXI機(jī)箱的擴(kuò)展器版鳞,這會(huì)在后面的內(nèi)容中詳細(xì)描述剧灰。機(jī)箱中的其它槽位被稱為外部設(shè)備槽,用于插置功能模塊程腹,就像計(jì)算機(jī)里的PCI槽一樣匣吊。
圖2 3U PXI 系統(tǒng)的機(jī)械配置
PXI模塊的支架和臺式計(jì)算機(jī)的PCI槽有所不同,模塊被上下兩側(cè)的導(dǎo)軌和“針-孔”式的接插端牢牢的固定住寸潦。事實(shí)上色鸳,PXI采納了CompactPCI首先啟用的高級“針-孔”式接插端結(jié)構(gòu)。這種由國際電工委員會(huì)(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(dá)到的的最佳電氣性能见转。這些接插端已經(jīng)被廣泛采納于各種高性能的應(yīng)用命雀,尤其是通信領(lǐng)域。
在尺寸上斩箫,3U的PXI機(jī)箱比絕大多數(shù)的臺式或工業(yè)計(jì)算機(jī)平臺更加緊湊吏砂,這對于在很多狹小環(huán)境下的測試來說是一項(xiàng)重要的特性。各種規(guī)格的機(jī)箱包含不同數(shù)量的槽位乘客。如果經(jīng)費(fèi)有限狐血,工程師可以選擇槽位數(shù)最合適的機(jī)箱。機(jī)箱的設(shè)計(jì)考慮了系統(tǒng)集成的需要易核,使之能夠很方便地固定到機(jī)柜上匈织。PXI機(jī)箱外形小巧,也已成為便攜或野外應(yīng)用的理想選擇耸成。除了內(nèi)置的顯示器和鍵盤灶昏,有的機(jī)箱還可以使用后備電池的直流電源供電。
最后台泥,PXI模塊化言雀、前插式的結(jié)構(gòu)給維護(hù)和升級帶來的極大的便利模譬。如果系統(tǒng)中的一個(gè)模塊需要修理,工程師可以將其取出刚哼,而不影響其它任何模塊啥读。模塊化減少的的停機(jī)時(shí)間降低了系統(tǒng)壽命內(nèi)的維護(hù)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(shè)計(jì)的獨(dú)到特性丹残。專用的系統(tǒng)時(shí)鐘用于模塊間的同步然枫;8條獨(dú)立的觸發(fā)線可以精確同步兩個(gè)或多個(gè)模塊;槽與槽之間的局部總線可以節(jié)省PCI總線的帶寬搬体;最后雾诈,可選用的星形觸發(fā)特性適用于極高精度的觸發(fā)。相比之下垮川,觸發(fā)線陶店、時(shí)鐘和局部總線在臺式計(jì)算機(jī)、工業(yè)計(jì)算機(jī)和CompactPCI的機(jī)箱里都是沒有的逾条。
集成化琢岩、可擴(kuò)展的系統(tǒng)
通過使用諸如MXI-2和MXI-3這樣的遠(yuǎn)程控制接口技術(shù),PXI系統(tǒng)能夠輕易地與已有的測試與測量系統(tǒng)相集成师脂。利用這些接口担孔,工程師既可以享有PXI結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)笔畜,同時(shí)又避免了更換整個(gè)系統(tǒng)帶來的的高額支出柒杯。
一個(gè)PXI系統(tǒng)通過MXI-2連接VXI機(jī)箱,就像在VXI背板上直接插入了一個(gè)VXI嵌入式控制器一樣蜗字。工程師可以由PXI控制器設(shè)置所有的系統(tǒng)設(shè)備并與之通信汤徽,從而將一個(gè)已有的VXI系統(tǒng)合并到一個(gè)新的PXI系統(tǒng)中娩缰。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谒府,臺式計(jì)算機(jī)上的CPU可以透明地設(shè)置和控制PXI/CompactPCI模塊拼坎。在BIOS和操作系統(tǒng)看來,PXI模塊就像插在PC上的PCI板卡一樣完疫。MXI-3和PXI機(jī)箱組合是擴(kuò)展系統(tǒng)I/O的一個(gè)極佳選擇泰鸡。從結(jié)構(gòu)上說,MXI-3是一個(gè)PCI到PCI的橋(PCI-PCI bridge)躯饿。一塊PCI MXI-3板卡插在臺式計(jì)算機(jī)上障翼,并與插在PXI機(jī)箱控制器槽內(nèi)的PXI MXI-3模塊通過電纜相連,實(shí)現(xiàn)通信犯弯。
什么是工業(yè)計(jì)算機(jī)(Industrial PC)谚茅?
典型的工業(yè)計(jì)算機(jī)(工控機(jī))是裝在一個(gè)堅(jiān)固機(jī)盒內(nèi)的單板計(jì)算機(jī)與PCI背板,遵循PICMG規(guī)范。如同臺式計(jì)算機(jī)昙椭,它們可以運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)喜拥。測量板卡插置在PCI槽中。PCI槽位的數(shù)量取決于計(jì)算機(jī)生產(chǎn)商因饥。但關(guān)鍵的一點(diǎn)是工業(yè)計(jì)算機(jī)的槽位與PCI-PCI橋之比低于PXI機(jī)箱抹欢。這一點(diǎn)之所以重要是因?yàn)镻CI-PCI橋會(huì)導(dǎo)致顯著的帶寬損耗。另外请立,維護(hù)工業(yè)計(jì)算機(jī)也比維護(hù)PXI系統(tǒng)困難脉织。首先,要從測試機(jī)柜上取下計(jì)算機(jī)捐憔,如果連接的電纜不夠長篙耗,那就必須先將它們拔下。如同臺式計(jì)算機(jī)一樣趟大,必須先將外部的機(jī)箱蓋打開鹤树,才能觸及PCI槽及更換卡件。在平時(shí)逊朽,機(jī)箱蓋用于防止灰塵和其它碎片觸及CPU,非常重要曲伊。
機(jī)械特性比較
PXI機(jī)箱和設(shè)備是為承受工業(yè)和野外環(huán)境而設(shè)計(jì)的叽讳;模塊也都具有牢固的接插端,可以抵抗撞擊與振動(dòng)坟募。為了保護(hù)電路岛蚤,機(jī)箱內(nèi)設(shè)計(jì)有額外的冷卻裝置。此外懈糯,設(shè)備都是從機(jī)箱的前面拆卸涤妒,維護(hù)與升級非常方便。
堅(jiān)固性設(shè)計(jì)
PXI規(guī)范要求所有的設(shè)備都通過環(huán)境測試赚哗。廠家建議進(jìn)行濕度她紫、撞擊和振動(dòng)測試。這些測試可以幫助工程師掌握更多的信息妈唯,在構(gòu)建系統(tǒng)選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備泣幼。PXI系統(tǒng)最適合用于生產(chǎn)測試或野外環(huán)境,因?yàn)樗鼈冋菫槌惺苓@樣的環(huán)境而設(shè)計(jì)的燃悍。
PXI機(jī)箱內(nèi)的模塊導(dǎo)軌就是堅(jiān)固性的力證几垃。上下兩側(cè)的導(dǎo)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箭瘫,也使模塊免受撞擊和振動(dòng)劈狼。模塊的面板可以用螺絲固定到機(jī)箱上,進(jìn)一步防止松動(dòng)猩吕。在工業(yè)計(jì)算機(jī)中艺崔,板卡通常是以夾在接口部分兩側(cè)的插槽及卡沿和機(jī)箱的連接來固定的精柒。僅僅兩個(gè)接觸點(diǎn),其中之一還是背板真王,使板卡極有可能在惡劣的環(huán)境下抖動(dòng)移位探九。另外,PXI的接插端部分也比PCI的更寬街立,更長舶衬。
圖 3 PXI外設(shè)模塊配置與接插端
最后,PXI機(jī)箱通常在背板上只有很少的電路赎离,這樣當(dāng)任何電路需要更換的時(shí)候逛犹,維護(hù)都非常簡單。工業(yè)計(jì)算機(jī)有兩種設(shè)計(jì)梁剔。第一種是使用主動(dòng)型背板虽画,即計(jì)算機(jī)主板是背板的一部分。這種情況下如果主板出現(xiàn)問題荣病,整個(gè)計(jì)算機(jī)都要更換码撰。第二種設(shè)計(jì)是使用被動(dòng)型背板,即背板上面只有PCI-PCI橋个盆。這種設(shè)計(jì)中要用到單板計(jì)算機(jī)(SBC)脖岛。SBC插入背板中一個(gè)類似PCI接口的接插端。這種設(shè)計(jì)顯然比嵌入式PXI控制器更容易振動(dòng)和震顫颊亮。
冷卻
PXI規(guī)范對冷卻具有嚴(yán)格的要求柴梆。外設(shè)模塊最低限度也要冷卻到和工業(yè)計(jì)算機(jī)同一等級。PXI必須帶有強(qiáng)迫冷卻裝置终惑,產(chǎn)生特定方向的氣流沸根,均勻冷卻所有模塊。而大多數(shù)工業(yè)計(jì)算機(jī)使用的冷卻裝置僅由一到兩個(gè)風(fēng)扇構(gòu)成诊拦,通常無法均勻冷卻主板與外設(shè)板卡瘟百。均衡的冷卻可以延長模塊或板卡的使用壽命,從而降低系統(tǒng)壽命內(nèi)的平均維護(hù)成本酌铺。最后散岩,所有的PXI設(shè)備都經(jīng)過測試,清楚標(biāo)明工作和存放時(shí)的正常溫度辕洗。因此萌圣,用戶可以對所開發(fā)的系統(tǒng)更加了解,并知道是否需要增加額外手段趋亡,保證系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下工作低海。
維護(hù)
PXI平臺的設(shè)計(jì)簡化了維護(hù)工作。所有的模塊和接線端都在機(jī)箱的前面。每個(gè)模塊的前面都有一個(gè)手柄顿蝇,使其能正確插入和容易拆卸感细。兩個(gè)導(dǎo)軌確保模塊對準(zhǔn),避免背板上的針被損壞票彪。用戶還可以拆下機(jī)箱中的一個(gè)模塊而不影響到系統(tǒng)的其它部分红淡。
工業(yè)計(jì)算機(jī)的維護(hù)通常很耗時(shí)。首先降铸,要松開機(jī)柜上固定用的螺絲在旱,向外抽拉,取下計(jì)算機(jī)推掸。而且桶蝎,像前面提到的,如果連接電纜不夠長谅畅,所有的電纜都必須從PCI板卡上拔下登渣。然后要打開機(jī)箱蓋,才能卸下PCI板卡毡泻。
升級
由于PXI系統(tǒng)的模塊化胜茧,升級單個(gè)組件很容易。比方說牙捉,某用戶希望升級到更快的處理器竹揍,他可以拆下控制器進(jìn)行更換。因?yàn)樗械脑O(shè)備都支持標(biāo)準(zhǔn)軟件橘凿,所以只要在新的控制器里裝上軟件和驅(qū)動(dòng)程序,然后插回機(jī)箱內(nèi)就可以了啃端。這些變化對使用者來說幾乎是透明的寡络。
然而,對于工業(yè)計(jì)算機(jī)的配置含口,用戶通常需要為了升級處理器而拆除計(jì)算機(jī)里所有的板卡述搀,然后更換整個(gè)計(jì)算機(jī)或主板。這樣的升級過程將耗費(fèi)不少時(shí)間和代價(jià)模皱,而且很復(fù)雜恰避。
電氣特性比較
PXI機(jī)箱有許多專為測試和測量工程設(shè)計(jì)的電氣特性。其中很重要的一項(xiàng)就是I/O的易擴(kuò)展性噪蒲。有的大規(guī)模的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要盡可能高的帶寬获殉,這一點(diǎn)就顯得極為重要。第二項(xiàng)特性是PXI背板上的10MHz專用系統(tǒng)時(shí)鐘篙萧,提供更高的精度與更佳的鎖相環(huán)轩鸭。為了使觸發(fā)更加準(zhǔn)確,機(jī)箱還具備總線型的觸發(fā)線。槽與槽之間局部總線的設(shè)計(jì)節(jié)省了PCI的帶寬墨闲。最后今妄,當(dāng)一些方案需要10MHz以上的觸發(fā)時(shí),可以使用非常精確的星形觸發(fā)鸳碧。工業(yè)計(jì)算機(jī)則沒有這些內(nèi)置的電氣特性盾鳞。PCI總線的速度從0到66MHz不等,且設(shè)備間的通信也通過PCI瞻离。這樣的系統(tǒng)從準(zhǔn)確同步和精確觸發(fā)的角度來說都是很不可靠的腾仅。
I/O 擴(kuò)展
PXI系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有很好的可擴(kuò)展性。在每個(gè)33MHz總線區(qū)段上琐脏,PXI背板可以集成7個(gè)模塊攒砖,而工業(yè)計(jì)算機(jī)只能有4個(gè)。通過PCI-PCI橋日裙,一個(gè)PXI機(jī)箱內(nèi)可以容納更多板卡吹艇。使用MXI-3接口,用戶更可以輕易地?cái)U(kuò)展多個(gè)機(jī)箱昂拂。理論上受神,基于33MHz總線區(qū)段的PXI系統(tǒng)插槽上限是256個(gè)。在前面的介紹中也提到過逻富,工業(yè)計(jì)算機(jī)的PCI-PCI橋比較多副呆。這就意味著帶寬的損耗更大,然則整個(gè)系統(tǒng)的性能都會(huì)受到明顯的影響拳刚。
專用系統(tǒng)時(shí)鐘
PXI背板上內(nèi)置有一個(gè)10MHz的專用系統(tǒng)時(shí)鐘朋井。這個(gè)高質(zhì)量的時(shí)鐘用于模塊間的同步,具有很低的槽間偏斜信號楷首。而工業(yè)計(jì)算機(jī)或其它任何系統(tǒng)上的板卡要實(shí)現(xiàn)類似的同步韧仓,就必須將板卡上各自用于定時(shí)和觸發(fā)的時(shí)鐘信號源和觸發(fā)總線以電纜連接起來。
對于工業(yè)計(jì)算機(jī)俘汹,每個(gè)設(shè)備的時(shí)鐘質(zhì)量和精度都不相同臊链,和計(jì)算機(jī)機(jī)箱的時(shí)鐘相比或高或低。但是由于這些時(shí)鐘信號都通過總線連接在一起苇均,它們的偏斜(通常是納秒級)就比機(jī)箱時(shí)鐘的偏斜(通常是皮秒級)更大侄掠,而且信號也不帶屏蔽。而PXI的系統(tǒng)時(shí)鐘使用了一塊低偏斜溯鱼、扇出式的緩沖芯片钻哩,從本質(zhì)上給每個(gè)槽提供一個(gè)獨(dú)用的時(shí)鐘,使質(zhì)量得到保證葛闷。而且憋槐,由于PXI上的時(shí)鐘線是內(nèi)置于背板上的双藕,它們就比外部的連線享有更好的屏蔽。
總線式觸發(fā)線
在用到觸發(fā)時(shí)阳仔,PXI的觸發(fā)信號可以從背板上通過忧陪,用戶不必像在計(jì)算機(jī)上那樣將板卡用電纜連接起來。PXI背板上有八根專用的觸發(fā)線近范,與包括系統(tǒng)控制器槽在內(nèi)的每個(gè)槽相連嘶摊。有了這些特性,用戶可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的模塊觸發(fā)评矩,例如用一個(gè)模塊觸發(fā)另一個(gè)模塊叶堆,或是異步觸發(fā)等。異步觸發(fā)允許以別處發(fā)生的事件觸發(fā)一個(gè)模塊斥杜。最后虱颗,通過很多新款的模塊,可以將觸發(fā)信號引入機(jī)箱蔗喂,或從機(jī)箱引出墙滋。
槽間局部總線
PXI總線允許相鄰槽位上的模塊通過專用的連線相互通信,而不占用真正的總線妨屑。這些連線構(gòu)成了PXI的局部總線巍慧。局部總線是一種菊花鏈形式的互連總線,將每個(gè)外設(shè)槽與其左右兩邊相鄰的外設(shè)槽連接浑云。因此并园,每個(gè)槽的右側(cè)局部總線與其右邊鄰槽的左側(cè)局部總線相連,并以此規(guī)律延伸庸垢。局部總線的寬度為13線樊颁,可用于在模塊間傳遞模擬信號或者提供高速的旁帶通信途徑,而不影響PCI的帶寬呀逃。這一特性對于涉及模擬信號的數(shù)據(jù)采集卡和儀器類板卡非常有用浆英。
局部總線信號的范圍可以從高速的TTL信號到高達(dá)42V的模擬信號。這些連線非常精確君祸,偏斜很小,可用于一些高端的操作轧愧。必須注意的是含滴,這些線在PCI總線或工業(yè)計(jì)算機(jī)上都是沒有的。
那么第二槽(Slot 2)的左側(cè)局部總線怎么辦呢丐巫?將這13條線引到系統(tǒng)控制器是沒有意義的谈况。于是,這些線被設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)星形觸發(fā)递胧。
星形觸發(fā)
PXI規(guī)范指明碑韵,背板的布線必須符合特定的要求——即由星形觸發(fā)槽發(fā)出的觸發(fā)信號通過星形觸發(fā)線傳送到每個(gè)模塊的時(shí)間相等赡茸,致使各個(gè)模塊間的觸發(fā)關(guān)系都非常精確。星形觸發(fā)是一種高精度的觸發(fā)信號祝闻,可以觸發(fā)一個(gè)機(jī)箱內(nèi)的所有模塊占卧。盡管也可以用普通的PXI觸發(fā)總線同步這些模塊,但星形觸發(fā)提供的性能更佳联喘。尤其值得一提的是华蜒,星形觸發(fā)的信號偏斜小于1納秒,而從星形觸發(fā)槽到外設(shè)槽之間的時(shí)延也不超過5納秒豁遭。
要使用星形觸發(fā)叭喜,必須在第二槽中放入一個(gè)能夠產(chǎn)生星形觸發(fā)信號的模塊。第二槽是專門放置星形觸發(fā)控制器的(盡管在不需要星形觸發(fā)的應(yīng)用中党滓,置于第二槽的任何標(biāo)準(zhǔn)模塊都能正常工作)矗赔。被觸發(fā)的模塊也要設(shè)計(jì)為能夠接收星形觸發(fā)信號。從機(jī)箱內(nèi)任何槽位發(fā)出的觸發(fā)信號通過標(biāo)準(zhǔn)的PXI觸發(fā)總線也能實(shí)現(xiàn)同樣的功能狠楞,但是時(shí)間精度就低一些坦浦。
軟件比較
軟件要求是PXI規(guī)范的另一個(gè)特性。所有的PXI硬件必須至少支持Windows 95比紫、Windows 98闭凡、Window NT或Windows 2000四個(gè)操作系統(tǒng)中的一個(gè)。規(guī)范還指出蕾捣,考慮到有一些其它的操作系統(tǒng)能夠提供和當(dāng)前體系同樣程度的軟件支持面秩菩,正被廣泛接受,它們也有可能被加入到PXI體系中齐寻。
控制器和設(shè)備必須符合VXIplug&play標(biāo)準(zhǔn)粉簇,并與VISA軟件兼容。另外刨吸,隨模塊必須提供驅(qū)動(dòng)軟件蛀膊,這樣模塊間就能夠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)通信,也可以縮短工程師的開發(fā)時(shí)間底挫。像VXI這樣的早期平臺就沒有這些要求恒傻,這意味著工程師們不得不為每個(gè)設(shè)備花費(fèi)幾個(gè)月的時(shí)間去開發(fā)儀器驅(qū)動(dòng)程序。PXI迫使生產(chǎn)商花時(shí)間完成驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)建邓,這樣就可以為用戶節(jié)省相當(dāng)可觀的時(shí)間盈厘。
最后,PXI系統(tǒng)附帶的 .ini 文件簡化了系統(tǒng)設(shè)置官边。雖然這些文件的潛在作用還沒有完全實(shí)現(xiàn)沸手,但它們確實(shí)已經(jīng)提供了諸如在設(shè)置軟件中識別槽位等附加功能。
工業(yè)計(jì)算機(jī)沒有這樣的軟件規(guī)范注簿。雖然不少PCI設(shè)備也能在Windows環(huán)境下工作契吉,它們卻不一定能和VISA兼容跳仿,也不一定附有驅(qū)動(dòng)軟件。這樣用戶就可能為代碼兼容性問題頭痛不已捐晶,還不得不投入可觀的時(shí)間和費(fèi)用去開發(fā)他們自己的驅(qū)動(dòng)程序菲语。
價(jià)格比較
PXI系統(tǒng)的設(shè)計(jì)降低了構(gòu)建和維護(hù)的成本。得益于系統(tǒng)的模塊化租悄,其平均維修耗時(shí)比其它平臺都短谨究。系統(tǒng)堅(jiān)固的設(shè)計(jì)也旨在延長控制器與模塊的工作壽命。
雖然有些工業(yè)計(jì)算機(jī)價(jià)錢比PXI低诲操,但此二者并不屬于同等級的產(chǎn)品烟瞳。PXI的可靠性更高、更堅(jiān)固帮伙、使用的總體成本更低航娩。
總結(jié)
PXI的設(shè)計(jì)吸取了PCI規(guī)范的優(yōu)點(diǎn),又足夠堅(jiān)固鹰党,完全符合工業(yè)應(yīng)用的要求炫茄。PXI系統(tǒng)具有很多固化的規(guī)范特性,幫助縮短開發(fā)時(shí)間钓藏,也使測試測量工程師的工作更加輕松状奴。其最卓著的特性包括系統(tǒng)的模塊化、容易集成精臭、容易裝卸和連接耗憨,以及眾多提高設(shè)備同步與觸發(fā)精確度的電氣特性。
PXI的主要優(yōu)點(diǎn)包括:
·具備軟件標(biāo)準(zhǔn)摇祖,縮短了系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間
·系統(tǒng)工作壽命內(nèi)的平均維護(hù)成本低廉
·符合工業(yè)環(huán)境應(yīng)用的堅(jiān)固設(shè)計(jì)
·方便系統(tǒng)升級的模塊化設(shè)計(jì)
·更多的高性能I/O槽位
·10MHz的專用系統(tǒng)時(shí)鐘
·總線式觸發(fā)線
·槽間局部總線
·星形觸發(fā)
詞匯表
CompactPCI:一種堅(jiān)固的模塊化結(jié)構(gòu)眷篇,結(jié)合了PCI電氣規(guī)范與Eurocard封裝。適合于工業(yè)計(jì)算應(yīng)用荔泳。
GPIB:General-Purpose Interface Bus, 通用接口總線蕉饼。一種8位的并行通信接口。根據(jù)IEEE 488-1987 標(biāo)準(zhǔn)玛歌,數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1Mbyte/s昧港。
Industrial PC:工業(yè)計(jì)算機(jī),或稱為工控機(jī)支子,一種能夠承受工業(yè)環(huán)境的計(jì)算機(jī)慨飘。
MXI-2:一種PCI系統(tǒng)與VXI系統(tǒng)間的總線擴(kuò)展器。由此PCI系統(tǒng)可以像內(nèi)置VXI控制器一樣控制VXI設(shè)備译荞。
MXI-3:一種PCI到PCI的橋(PCI-PCI bridge),用于以臺式計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制PXI機(jī)箱休弃。
PICMG:PCI Industrial Computer Manufacture Group吞歼, PCI工業(yè)計(jì)算機(jī)制造商協(xié)會(huì)圈膏。一個(gè)會(huì)員公司的組織,維護(hù)目前的CompactPCI與PCI/ISA規(guī)范篙骡。(暫不可見)
PXI:一種基于PCI的堅(jiān)固稽坤、模塊化的結(jié)構(gòu),具有專為測試與測量應(yīng)用設(shè)計(jì)的電氣規(guī)范與時(shí)鐘電路掺昵。
PXI System
Alliance:PXI系統(tǒng)聯(lián)盟土嚼,一個(gè)全球生產(chǎn)商與系統(tǒng)集成商的組織〔┳瘢控制PXI規(guī)范缓缝,定義針對測試與測量、工業(yè)自動(dòng)化與數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的CompactPCI產(chǎn)品的系統(tǒng)級要求敦驼。
RTSI Bus:實(shí)時(shí)系統(tǒng)集成(Real-Time System Integration)總線赂品。一種局部總線,通過在插入式數(shù)據(jù)采集卡或儀器類板卡間直接連線述加,實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器誓豺、時(shí)鐘和觸發(fā)信號的共享。
Star Trigger:星形觸發(fā)飘蔓。組合了第二槽(Slot 2)的左側(cè)局部總線吏恃,用于為第3槽至第15槽提供高精度、低偏移的觸發(fā)账何。
Trigger Lines:觸發(fā)線代虾。PXI總線上的信號線,專門用于在模塊間傳送觸發(fā)信號抒倚。
VISA:提供LabVIEW褐着、CVI、Measurement Studio托呕、C含蓉、C++和Visual Basic等各個(gè)編程環(huán)境和編程語言之間的接口。
VXI:一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的儀器總線项郊,基于VME總線馅扣,主要用于模塊化的卡狀儀器(instrument-on-a-card)系統(tǒng)。
VXIplug&play:標(biāo)識硬件和軟件與VXIplug&play 系統(tǒng)聯(lián)盟(VXIplug&play System Alliance)規(guī)范的一致性着降。VISA是該聯(lián)盟的官方軟件語言差油。
PXI是一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)化應(yīng)用度身定制的模塊化儀器平臺巨柒,具備機(jī)械、電氣與軟件等多方面的專業(yè)特性柠衍。PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)充分利用了當(dāng)前最普及的臺式計(jì)算機(jī)高速標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)——PCI洋满。PXI規(guī)范是CompactPCI規(guī)范的擴(kuò)展。CompactPCI定義了封裝堅(jiān)固的工業(yè)版PCI總線架構(gòu)枪岖,在硬件模塊易于裝卸的前提下提供優(yōu)秀的機(jī)械整合性居然。
因此,PXI產(chǎn)品具有級別更高仑连、定義更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)沫h(huán)境一致性指標(biāo)郑喊,符合工業(yè)環(huán)境下振動(dòng)、撞擊瀑尔、溫度與濕度的極限條件阎臂。PXI在CompactPCI的機(jī)械規(guī)范上強(qiáng)制增加了環(huán)境性能測試與主動(dòng)冷卻裝置,以簡化系統(tǒng)集成并確保不同廠商產(chǎn)品之間的互用性元糯。此外贺勿,PXI還在高速PCI總線的基礎(chǔ)上補(bǔ)充了測量與自動(dòng)化系統(tǒng)專用的定時(shí)與觸發(fā)特性。
總的來說旷程,PXI是一種堅(jiān)固的模塊化儀器平臺甩卷,它提出了基于計(jì)算機(jī)的高性能標(biāo)準(zhǔn)化測量與自動(dòng)化方案。以合理的價(jià)位提供比原有系統(tǒng)架構(gòu)出色得多的性能起衫。PXI用戶自然地享有很多便利劝薄,如廉價(jià)、易用栈妆、靈活的PC技術(shù)胁编;開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)是由PXI系統(tǒng)聯(lián)盟維護(hù)管理的签钩。該聯(lián)盟((暫不可見))由超過60家致力于研究開發(fā)PXI的公司組成掏呼,主要負(fù)責(zé)三項(xiàng)工作:
1.推廣PXI標(biāo)準(zhǔn),鼓勵(lì)多廠商的軟硬件支持铅檩;
2.在維護(hù)與CompactPCI的完整互用性的同時(shí)憎夷,確保PXI產(chǎn)品在機(jī)械、電氣與軟件等各個(gè)層面的眾廠商互用性昧旨;
3.維護(hù)PXI規(guī)范拾给,必要時(shí)進(jìn)行修訂,并保證對符合前期PXI規(guī)范的產(chǎn)品向下兼容兔沃。
這些工作旨在簡化與改善用戶對PXI的使用蒋得。聯(lián)盟的首要任務(wù)是確保PXI平臺內(nèi)部及PXI平臺與臺式計(jì)算機(jī)级及、CompactPCI、VXI等其它平臺之間的簡易集成性额衙。
PCI
PXI平臺是基于PCI總線的饮焦。PCI總線作為開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),在測試與測量工程上具有不少優(yōu)勢氛拜。很多為傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)開發(fā)的設(shè)備其都是基于PCI總線的甫蚊。目前已經(jīng)有數(shù)以千計(jì)的PCI設(shè)備,而PCI總線本身也采納了諸多最新的計(jì)算技術(shù)子钾,得以不斷優(yōu)化即贰。這對PXI而言意味著有大量的設(shè)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(jìn)行了優(yōu)化团弧,以提高數(shù)據(jù)流量
一個(gè)決定系統(tǒng)流量的關(guān)鍵因素是測量設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間的接口總線疲籍。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(shè)備的通信因素限制幔瓮。GPIB是最常見的儀器接口總線谐浆,但其數(shù)據(jù)傳輸速率比VXI和PCI慢得多』布ぃ基于VXI的測量系統(tǒng)具有高于GPIB的性能窥扭,但用戶必須為之付出高昂的代價(jià)。相比之下贿汞,PCI是為新型處理器設(shè)計(jì)的逼肯,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
除了提高流量桃煎,PCI還能夠與所有的主流操作系統(tǒng)兼容篮幢。PXI利用這一點(diǎn)將GPIB和VXI也集成到PXI系統(tǒng)。有了這樣的開放性为迈,不同廠商開發(fā)的PXI設(shè)備都可以在一個(gè)集成的系統(tǒng)上工作三椿。為了維護(hù)這種不同廠商之間的互用性,PXI規(guī)范還制定了相應(yīng)的對軟件標(biāo)準(zhǔn)葫辐。最主要的要求之一就是PXI設(shè)備必須能在Windows操作系統(tǒng)下工作搜锰,并配套驅(qū)動(dòng)軟件。這項(xiàng)要求不但保證了廠商兼容性耿战,還能夠加快用戶集成和應(yīng)用開發(fā)的速度蛋叼。舊的系統(tǒng)架構(gòu)迫使每個(gè)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(qū)動(dòng)程序,PXI規(guī)范則將這個(gè)負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)移到了設(shè)備廠商一方剂陡。
最后狈涮,為了完全利用PCI的優(yōu)勢,PXI規(guī)范指明所有的PXI設(shè)備須和CompactPCI完全兼容鸭栖。CompactPCI模塊使用的封裝和PXI相同楣苇,而且也是建立在PCI總線上的粮按;PXI較之增加了更為嚴(yán)格的環(huán)境測試,軟件標(biāo)準(zhǔn)和一些額外的觸發(fā)特性绿凄。這項(xiàng)嚴(yán)格的兼容性規(guī)定意味著當(dāng)用戶的應(yīng)用不需要所有的模塊都具有PXI專有的特性時(shí)已转,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)里帮冶。
物理特性
PXI是一個(gè)模塊化的平臺剿恬。系統(tǒng)的物理主機(jī)是一個(gè)擁有2至31個(gè)槽位的機(jī)箱索击,有的機(jī)箱還帶有內(nèi)置的顯示器和鍵盤隧帜。機(jī)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邢侵,最常見的兩種是嵌入式控制器和MXI-3總線橋豫柿。嵌入式控制器是專為PXI機(jī)箱空間設(shè)計(jì)的常規(guī)計(jì)算機(jī)。MXI-3則是一種通過臺式計(jì)算機(jī)控制PXI機(jī)箱的擴(kuò)展器版鳞,這會(huì)在后面的內(nèi)容中詳細(xì)描述剧灰。機(jī)箱中的其它槽位被稱為外部設(shè)備槽,用于插置功能模塊程腹,就像計(jì)算機(jī)里的PCI槽一樣匣吊。
圖2 3U PXI 系統(tǒng)的機(jī)械配置
PXI模塊的支架和臺式計(jì)算機(jī)的PCI槽有所不同,模塊被上下兩側(cè)的導(dǎo)軌和“針-孔”式的接插端牢牢的固定住寸潦。事實(shí)上色鸳,PXI采納了CompactPCI首先啟用的高級“針-孔”式接插端結(jié)構(gòu)。這種由國際電工委員會(huì)(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(dá)到的的最佳電氣性能见转。這些接插端已經(jīng)被廣泛采納于各種高性能的應(yīng)用命雀,尤其是通信領(lǐng)域。
在尺寸上斩箫,3U的PXI機(jī)箱比絕大多數(shù)的臺式或工業(yè)計(jì)算機(jī)平臺更加緊湊吏砂,這對于在很多狹小環(huán)境下的測試來說是一項(xiàng)重要的特性。各種規(guī)格的機(jī)箱包含不同數(shù)量的槽位乘客。如果經(jīng)費(fèi)有限狐血,工程師可以選擇槽位數(shù)最合適的機(jī)箱。機(jī)箱的設(shè)計(jì)考慮了系統(tǒng)集成的需要易核,使之能夠很方便地固定到機(jī)柜上匈织。PXI機(jī)箱外形小巧,也已成為便攜或野外應(yīng)用的理想選擇耸成。除了內(nèi)置的顯示器和鍵盤灶昏,有的機(jī)箱還可以使用后備電池的直流電源供電。
最后台泥,PXI模塊化言雀、前插式的結(jié)構(gòu)給維護(hù)和升級帶來的極大的便利模譬。如果系統(tǒng)中的一個(gè)模塊需要修理,工程師可以將其取出刚哼,而不影響其它任何模塊啥读。模塊化減少的的停機(jī)時(shí)間降低了系統(tǒng)壽命內(nèi)的維護(hù)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(shè)計(jì)的獨(dú)到特性丹残。專用的系統(tǒng)時(shí)鐘用于模塊間的同步然枫;8條獨(dú)立的觸發(fā)線可以精確同步兩個(gè)或多個(gè)模塊;槽與槽之間的局部總線可以節(jié)省PCI總線的帶寬搬体;最后雾诈,可選用的星形觸發(fā)特性適用于極高精度的觸發(fā)。相比之下垮川,觸發(fā)線陶店、時(shí)鐘和局部總線在臺式計(jì)算機(jī)、工業(yè)計(jì)算機(jī)和CompactPCI的機(jī)箱里都是沒有的逾条。
集成化琢岩、可擴(kuò)展的系統(tǒng)
通過使用諸如MXI-2和MXI-3這樣的遠(yuǎn)程控制接口技術(shù),PXI系統(tǒng)能夠輕易地與已有的測試與測量系統(tǒng)相集成师脂。利用這些接口担孔,工程師既可以享有PXI結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)笔畜,同時(shí)又避免了更換整個(gè)系統(tǒng)帶來的的高額支出柒杯。
一個(gè)PXI系統(tǒng)通過MXI-2連接VXI機(jī)箱,就像在VXI背板上直接插入了一個(gè)VXI嵌入式控制器一樣蜗字。工程師可以由PXI控制器設(shè)置所有的系統(tǒng)設(shè)備并與之通信汤徽,從而將一個(gè)已有的VXI系統(tǒng)合并到一個(gè)新的PXI系統(tǒng)中娩缰。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谒府,臺式計(jì)算機(jī)上的CPU可以透明地設(shè)置和控制PXI/CompactPCI模塊拼坎。在BIOS和操作系統(tǒng)看來,PXI模塊就像插在PC上的PCI板卡一樣完疫。MXI-3和PXI機(jī)箱組合是擴(kuò)展系統(tǒng)I/O的一個(gè)極佳選擇泰鸡。從結(jié)構(gòu)上說,MXI-3是一個(gè)PCI到PCI的橋(PCI-PCI bridge)躯饿。一塊PCI MXI-3板卡插在臺式計(jì)算機(jī)上障翼,并與插在PXI機(jī)箱控制器槽內(nèi)的PXI MXI-3模塊通過電纜相連,實(shí)現(xiàn)通信犯弯。
什么是工業(yè)計(jì)算機(jī)(Industrial PC)谚茅?
典型的工業(yè)計(jì)算機(jī)(工控機(jī))是裝在一個(gè)堅(jiān)固機(jī)盒內(nèi)的單板計(jì)算機(jī)與PCI背板,遵循PICMG規(guī)范。如同臺式計(jì)算機(jī)昙椭,它們可以運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)喜拥。測量板卡插置在PCI槽中。PCI槽位的數(shù)量取決于計(jì)算機(jī)生產(chǎn)商因饥。但關(guān)鍵的一點(diǎn)是工業(yè)計(jì)算機(jī)的槽位與PCI-PCI橋之比低于PXI機(jī)箱抹欢。這一點(diǎn)之所以重要是因?yàn)镻CI-PCI橋會(huì)導(dǎo)致顯著的帶寬損耗。另外请立,維護(hù)工業(yè)計(jì)算機(jī)也比維護(hù)PXI系統(tǒng)困難脉织。首先,要從測試機(jī)柜上取下計(jì)算機(jī)捐憔,如果連接的電纜不夠長篙耗,那就必須先將它們拔下。如同臺式計(jì)算機(jī)一樣趟大,必須先將外部的機(jī)箱蓋打開鹤树,才能觸及PCI槽及更換卡件。在平時(shí)逊朽,機(jī)箱蓋用于防止灰塵和其它碎片觸及CPU,非常重要曲伊。
機(jī)械特性比較
PXI機(jī)箱和設(shè)備是為承受工業(yè)和野外環(huán)境而設(shè)計(jì)的叽讳;模塊也都具有牢固的接插端,可以抵抗撞擊與振動(dòng)坟募。為了保護(hù)電路岛蚤,機(jī)箱內(nèi)設(shè)計(jì)有額外的冷卻裝置。此外懈糯,設(shè)備都是從機(jī)箱的前面拆卸涤妒,維護(hù)與升級非常方便。
堅(jiān)固性設(shè)計(jì)
PXI規(guī)范要求所有的設(shè)備都通過環(huán)境測試赚哗。廠家建議進(jìn)行濕度她紫、撞擊和振動(dòng)測試。這些測試可以幫助工程師掌握更多的信息妈唯,在構(gòu)建系統(tǒng)選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備泣幼。PXI系統(tǒng)最適合用于生產(chǎn)測試或野外環(huán)境,因?yàn)樗鼈冋菫槌惺苓@樣的環(huán)境而設(shè)計(jì)的燃悍。
PXI機(jī)箱內(nèi)的模塊導(dǎo)軌就是堅(jiān)固性的力證几垃。上下兩側(cè)的導(dǎo)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箭瘫,也使模塊免受撞擊和振動(dòng)劈狼。模塊的面板可以用螺絲固定到機(jī)箱上,進(jìn)一步防止松動(dòng)猩吕。在工業(yè)計(jì)算機(jī)中艺崔,板卡通常是以夾在接口部分兩側(cè)的插槽及卡沿和機(jī)箱的連接來固定的精柒。僅僅兩個(gè)接觸點(diǎn),其中之一還是背板真王,使板卡極有可能在惡劣的環(huán)境下抖動(dòng)移位探九。另外,PXI的接插端部分也比PCI的更寬街立,更長舶衬。
圖 3 PXI外設(shè)模塊配置與接插端
最后,PXI機(jī)箱通常在背板上只有很少的電路赎离,這樣當(dāng)任何電路需要更換的時(shí)候逛犹,維護(hù)都非常簡單。工業(yè)計(jì)算機(jī)有兩種設(shè)計(jì)梁剔。第一種是使用主動(dòng)型背板虽画,即計(jì)算機(jī)主板是背板的一部分。這種情況下如果主板出現(xiàn)問題荣病,整個(gè)計(jì)算機(jī)都要更換码撰。第二種設(shè)計(jì)是使用被動(dòng)型背板,即背板上面只有PCI-PCI橋个盆。這種設(shè)計(jì)中要用到單板計(jì)算機(jī)(SBC)脖岛。SBC插入背板中一個(gè)類似PCI接口的接插端。這種設(shè)計(jì)顯然比嵌入式PXI控制器更容易振動(dòng)和震顫颊亮。
冷卻
PXI規(guī)范對冷卻具有嚴(yán)格的要求柴梆。外設(shè)模塊最低限度也要冷卻到和工業(yè)計(jì)算機(jī)同一等級。PXI必須帶有強(qiáng)迫冷卻裝置终惑,產(chǎn)生特定方向的氣流沸根,均勻冷卻所有模塊。而大多數(shù)工業(yè)計(jì)算機(jī)使用的冷卻裝置僅由一到兩個(gè)風(fēng)扇構(gòu)成诊拦,通常無法均勻冷卻主板與外設(shè)板卡瘟百。均衡的冷卻可以延長模塊或板卡的使用壽命,從而降低系統(tǒng)壽命內(nèi)的平均維護(hù)成本酌铺。最后散岩,所有的PXI設(shè)備都經(jīng)過測試,清楚標(biāo)明工作和存放時(shí)的正常溫度辕洗。因此萌圣,用戶可以對所開發(fā)的系統(tǒng)更加了解,并知道是否需要增加額外手段趋亡,保證系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下工作低海。
維護(hù)
PXI平臺的設(shè)計(jì)簡化了維護(hù)工作。所有的模塊和接線端都在機(jī)箱的前面。每個(gè)模塊的前面都有一個(gè)手柄顿蝇,使其能正確插入和容易拆卸感细。兩個(gè)導(dǎo)軌確保模塊對準(zhǔn),避免背板上的針被損壞票彪。用戶還可以拆下機(jī)箱中的一個(gè)模塊而不影響到系統(tǒng)的其它部分红淡。
工業(yè)計(jì)算機(jī)的維護(hù)通常很耗時(shí)。首先降铸,要松開機(jī)柜上固定用的螺絲在旱,向外抽拉,取下計(jì)算機(jī)推掸。而且桶蝎,像前面提到的,如果連接電纜不夠長谅畅,所有的電纜都必須從PCI板卡上拔下登渣。然后要打開機(jī)箱蓋,才能卸下PCI板卡毡泻。
升級
由于PXI系統(tǒng)的模塊化胜茧,升級單個(gè)組件很容易。比方說牙捉,某用戶希望升級到更快的處理器竹揍,他可以拆下控制器進(jìn)行更換。因?yàn)樗械脑O(shè)備都支持標(biāo)準(zhǔn)軟件橘凿,所以只要在新的控制器里裝上軟件和驅(qū)動(dòng)程序,然后插回機(jī)箱內(nèi)就可以了啃端。這些變化對使用者來說幾乎是透明的寡络。
然而,對于工業(yè)計(jì)算機(jī)的配置含口,用戶通常需要為了升級處理器而拆除計(jì)算機(jī)里所有的板卡述搀,然后更換整個(gè)計(jì)算機(jī)或主板。這樣的升級過程將耗費(fèi)不少時(shí)間和代價(jià)模皱,而且很復(fù)雜恰避。
電氣特性比較
PXI機(jī)箱有許多專為測試和測量工程設(shè)計(jì)的電氣特性。其中很重要的一項(xiàng)就是I/O的易擴(kuò)展性噪蒲。有的大規(guī)模的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要盡可能高的帶寬获殉,這一點(diǎn)就顯得極為重要。第二項(xiàng)特性是PXI背板上的10MHz專用系統(tǒng)時(shí)鐘篙萧,提供更高的精度與更佳的鎖相環(huán)轩鸭。為了使觸發(fā)更加準(zhǔn)確,機(jī)箱還具備總線型的觸發(fā)線。槽與槽之間局部總線的設(shè)計(jì)節(jié)省了PCI的帶寬墨闲。最后今妄,當(dāng)一些方案需要10MHz以上的觸發(fā)時(shí),可以使用非常精確的星形觸發(fā)鸳碧。工業(yè)計(jì)算機(jī)則沒有這些內(nèi)置的電氣特性盾鳞。PCI總線的速度從0到66MHz不等,且設(shè)備間的通信也通過PCI瞻离。這樣的系統(tǒng)從準(zhǔn)確同步和精確觸發(fā)的角度來說都是很不可靠的腾仅。
I/O 擴(kuò)展
PXI系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有很好的可擴(kuò)展性。在每個(gè)33MHz總線區(qū)段上琐脏,PXI背板可以集成7個(gè)模塊攒砖,而工業(yè)計(jì)算機(jī)只能有4個(gè)。通過PCI-PCI橋日裙,一個(gè)PXI機(jī)箱內(nèi)可以容納更多板卡吹艇。使用MXI-3接口,用戶更可以輕易地?cái)U(kuò)展多個(gè)機(jī)箱昂拂。理論上受神,基于33MHz總線區(qū)段的PXI系統(tǒng)插槽上限是256個(gè)。在前面的介紹中也提到過逻富,工業(yè)計(jì)算機(jī)的PCI-PCI橋比較多副呆。這就意味著帶寬的損耗更大,然則整個(gè)系統(tǒng)的性能都會(huì)受到明顯的影響拳刚。
專用系統(tǒng)時(shí)鐘
PXI背板上內(nèi)置有一個(gè)10MHz的專用系統(tǒng)時(shí)鐘朋井。這個(gè)高質(zhì)量的時(shí)鐘用于模塊間的同步,具有很低的槽間偏斜信號楷首。而工業(yè)計(jì)算機(jī)或其它任何系統(tǒng)上的板卡要實(shí)現(xiàn)類似的同步韧仓,就必須將板卡上各自用于定時(shí)和觸發(fā)的時(shí)鐘信號源和觸發(fā)總線以電纜連接起來。
對于工業(yè)計(jì)算機(jī)俘汹,每個(gè)設(shè)備的時(shí)鐘質(zhì)量和精度都不相同臊链,和計(jì)算機(jī)機(jī)箱的時(shí)鐘相比或高或低。但是由于這些時(shí)鐘信號都通過總線連接在一起苇均,它們的偏斜(通常是納秒級)就比機(jī)箱時(shí)鐘的偏斜(通常是皮秒級)更大侄掠,而且信號也不帶屏蔽。而PXI的系統(tǒng)時(shí)鐘使用了一塊低偏斜溯鱼、扇出式的緩沖芯片钻哩,從本質(zhì)上給每個(gè)槽提供一個(gè)獨(dú)用的時(shí)鐘,使質(zhì)量得到保證葛闷。而且憋槐,由于PXI上的時(shí)鐘線是內(nèi)置于背板上的双藕,它們就比外部的連線享有更好的屏蔽。
總線式觸發(fā)線
在用到觸發(fā)時(shí)阳仔,PXI的觸發(fā)信號可以從背板上通過忧陪,用戶不必像在計(jì)算機(jī)上那樣將板卡用電纜連接起來。PXI背板上有八根專用的觸發(fā)線近范,與包括系統(tǒng)控制器槽在內(nèi)的每個(gè)槽相連嘶摊。有了這些特性,用戶可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的模塊觸發(fā)评矩,例如用一個(gè)模塊觸發(fā)另一個(gè)模塊叶堆,或是異步觸發(fā)等。異步觸發(fā)允許以別處發(fā)生的事件觸發(fā)一個(gè)模塊斥杜。最后虱颗,通過很多新款的模塊,可以將觸發(fā)信號引入機(jī)箱蔗喂,或從機(jī)箱引出墙滋。
槽間局部總線
PXI總線允許相鄰槽位上的模塊通過專用的連線相互通信,而不占用真正的總線妨屑。這些連線構(gòu)成了PXI的局部總線巍慧。局部總線是一種菊花鏈形式的互連總線,將每個(gè)外設(shè)槽與其左右兩邊相鄰的外設(shè)槽連接浑云。因此并园,每個(gè)槽的右側(cè)局部總線與其右邊鄰槽的左側(cè)局部總線相連,并以此規(guī)律延伸庸垢。局部總線的寬度為13線樊颁,可用于在模塊間傳遞模擬信號或者提供高速的旁帶通信途徑,而不影響PCI的帶寬呀逃。這一特性對于涉及模擬信號的數(shù)據(jù)采集卡和儀器類板卡非常有用浆英。
局部總線信號的范圍可以從高速的TTL信號到高達(dá)42V的模擬信號。這些連線非常精確君祸,偏斜很小,可用于一些高端的操作轧愧。必須注意的是含滴,這些線在PCI總線或工業(yè)計(jì)算機(jī)上都是沒有的。
那么第二槽(Slot 2)的左側(cè)局部總線怎么辦呢丐巫?將這13條線引到系統(tǒng)控制器是沒有意義的谈况。于是,這些線被設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)星形觸發(fā)递胧。
星形觸發(fā)
PXI規(guī)范指明碑韵,背板的布線必須符合特定的要求——即由星形觸發(fā)槽發(fā)出的觸發(fā)信號通過星形觸發(fā)線傳送到每個(gè)模塊的時(shí)間相等赡茸,致使各個(gè)模塊間的觸發(fā)關(guān)系都非常精確。星形觸發(fā)是一種高精度的觸發(fā)信號祝闻,可以觸發(fā)一個(gè)機(jī)箱內(nèi)的所有模塊占卧。盡管也可以用普通的PXI觸發(fā)總線同步這些模塊,但星形觸發(fā)提供的性能更佳联喘。尤其值得一提的是华蜒,星形觸發(fā)的信號偏斜小于1納秒,而從星形觸發(fā)槽到外設(shè)槽之間的時(shí)延也不超過5納秒豁遭。
要使用星形觸發(fā)叭喜,必須在第二槽中放入一個(gè)能夠產(chǎn)生星形觸發(fā)信號的模塊。第二槽是專門放置星形觸發(fā)控制器的(盡管在不需要星形觸發(fā)的應(yīng)用中党滓,置于第二槽的任何標(biāo)準(zhǔn)模塊都能正常工作)矗赔。被觸發(fā)的模塊也要設(shè)計(jì)為能夠接收星形觸發(fā)信號。從機(jī)箱內(nèi)任何槽位發(fā)出的觸發(fā)信號通過標(biāo)準(zhǔn)的PXI觸發(fā)總線也能實(shí)現(xiàn)同樣的功能狠楞,但是時(shí)間精度就低一些坦浦。
軟件比較
軟件要求是PXI規(guī)范的另一個(gè)特性。所有的PXI硬件必須至少支持Windows 95比紫、Windows 98闭凡、Window NT或Windows 2000四個(gè)操作系統(tǒng)中的一個(gè)。規(guī)范還指出蕾捣,考慮到有一些其它的操作系統(tǒng)能夠提供和當(dāng)前體系同樣程度的軟件支持面秩菩,正被廣泛接受,它們也有可能被加入到PXI體系中齐寻。
控制器和設(shè)備必須符合VXIplug&play標(biāo)準(zhǔn)粉簇,并與VISA軟件兼容。另外刨吸,隨模塊必須提供驅(qū)動(dòng)軟件蛀膊,這樣模塊間就能夠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)通信,也可以縮短工程師的開發(fā)時(shí)間底挫。像VXI這樣的早期平臺就沒有這些要求恒傻,這意味著工程師們不得不為每個(gè)設(shè)備花費(fèi)幾個(gè)月的時(shí)間去開發(fā)儀器驅(qū)動(dòng)程序。PXI迫使生產(chǎn)商花時(shí)間完成驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)建邓,這樣就可以為用戶節(jié)省相當(dāng)可觀的時(shí)間盈厘。
最后,PXI系統(tǒng)附帶的 .ini 文件簡化了系統(tǒng)設(shè)置官边。雖然這些文件的潛在作用還沒有完全實(shí)現(xiàn)沸手,但它們確實(shí)已經(jīng)提供了諸如在設(shè)置軟件中識別槽位等附加功能。
工業(yè)計(jì)算機(jī)沒有這樣的軟件規(guī)范注簿。雖然不少PCI設(shè)備也能在Windows環(huán)境下工作契吉,它們卻不一定能和VISA兼容跳仿,也不一定附有驅(qū)動(dòng)軟件。這樣用戶就可能為代碼兼容性問題頭痛不已捐晶,還不得不投入可觀的時(shí)間和費(fèi)用去開發(fā)他們自己的驅(qū)動(dòng)程序菲语。
價(jià)格比較
PXI系統(tǒng)的設(shè)計(jì)降低了構(gòu)建和維護(hù)的成本。得益于系統(tǒng)的模塊化租悄,其平均維修耗時(shí)比其它平臺都短谨究。系統(tǒng)堅(jiān)固的設(shè)計(jì)也旨在延長控制器與模塊的工作壽命。
雖然有些工業(yè)計(jì)算機(jī)價(jià)錢比PXI低诲操,但此二者并不屬于同等級的產(chǎn)品烟瞳。PXI的可靠性更高、更堅(jiān)固帮伙、使用的總體成本更低航娩。
總結(jié)
PXI的設(shè)計(jì)吸取了PCI規(guī)范的優(yōu)點(diǎn),又足夠堅(jiān)固鹰党,完全符合工業(yè)應(yīng)用的要求炫茄。PXI系統(tǒng)具有很多固化的規(guī)范特性,幫助縮短開發(fā)時(shí)間钓藏,也使測試測量工程師的工作更加輕松状奴。其最卓著的特性包括系統(tǒng)的模塊化、容易集成精臭、容易裝卸和連接耗憨,以及眾多提高設(shè)備同步與觸發(fā)精確度的電氣特性。
PXI的主要優(yōu)點(diǎn)包括:
·具備軟件標(biāo)準(zhǔn)摇祖,縮短了系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間
·系統(tǒng)工作壽命內(nèi)的平均維護(hù)成本低廉
·符合工業(yè)環(huán)境應(yīng)用的堅(jiān)固設(shè)計(jì)
·方便系統(tǒng)升級的模塊化設(shè)計(jì)
·更多的高性能I/O槽位
·10MHz的專用系統(tǒng)時(shí)鐘
·總線式觸發(fā)線
·槽間局部總線
·星形觸發(fā)
詞匯表
CompactPCI:一種堅(jiān)固的模塊化結(jié)構(gòu)眷篇,結(jié)合了PCI電氣規(guī)范與Eurocard封裝。適合于工業(yè)計(jì)算應(yīng)用荔泳。
GPIB:General-Purpose Interface Bus, 通用接口總線蕉饼。一種8位的并行通信接口。根據(jù)IEEE 488-1987 標(biāo)準(zhǔn)玛歌,數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1Mbyte/s昧港。
Industrial PC:工業(yè)計(jì)算機(jī),或稱為工控機(jī)支子,一種能夠承受工業(yè)環(huán)境的計(jì)算機(jī)慨飘。
MXI-2:一種PCI系統(tǒng)與VXI系統(tǒng)間的總線擴(kuò)展器。由此PCI系統(tǒng)可以像內(nèi)置VXI控制器一樣控制VXI設(shè)備译荞。
MXI-3:一種PCI到PCI的橋(PCI-PCI bridge),用于以臺式計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制PXI機(jī)箱休弃。
PICMG:PCI Industrial Computer Manufacture Group吞歼, PCI工業(yè)計(jì)算機(jī)制造商協(xié)會(huì)圈膏。一個(gè)會(huì)員公司的組織,維護(hù)目前的CompactPCI與PCI/ISA規(guī)范篙骡。(暫不可見)
PXI:一種基于PCI的堅(jiān)固稽坤、模塊化的結(jié)構(gòu),具有專為測試與測量應(yīng)用設(shè)計(jì)的電氣規(guī)范與時(shí)鐘電路掺昵。
PXI System
Alliance:PXI系統(tǒng)聯(lián)盟土嚼,一個(gè)全球生產(chǎn)商與系統(tǒng)集成商的組織〔┳瘢控制PXI規(guī)范缓缝,定義針對測試與測量、工業(yè)自動(dòng)化與數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的CompactPCI產(chǎn)品的系統(tǒng)級要求敦驼。
RTSI Bus:實(shí)時(shí)系統(tǒng)集成(Real-Time System Integration)總線赂品。一種局部總線,通過在插入式數(shù)據(jù)采集卡或儀器類板卡間直接連線述加,實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器誓豺、時(shí)鐘和觸發(fā)信號的共享。
Star Trigger:星形觸發(fā)飘蔓。組合了第二槽(Slot 2)的左側(cè)局部總線吏恃,用于為第3槽至第15槽提供高精度、低偏移的觸發(fā)账何。
Trigger Lines:觸發(fā)線代虾。PXI總線上的信號線,專門用于在模塊間傳送觸發(fā)信號抒倚。
VISA:提供LabVIEW褐着、CVI、Measurement Studio托呕、C含蓉、C++和Visual Basic等各個(gè)編程環(huán)境和編程語言之間的接口。
VXI:一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的儀器總線项郊,基于VME總線馅扣,主要用于模塊化的卡狀儀器(instrument-on-a-card)系統(tǒng)。
VXIplug&play:標(biāo)識硬件和軟件與VXIplug&play 系統(tǒng)聯(lián)盟(VXIplug&play System Alliance)規(guī)范的一致性着降。VISA是該聯(lián)盟的官方軟件語言差油。
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