總線(xiàn)標準的回顧與展望

從上世紀70年代推出的專(zhuān)用于儀器控制的GPIB總線(xiàn)，到現在被廣泛使用的USB、VXI、PXI和最新推出的LXI、PXI Express，不斷涌現的新型總線(xiàn)技術(shù)在幫助工程師更快捷高效完成測量任務(wù)的同時(shí)，也引起了廣泛爭論。在之前上海舉辦的第三屆PXI TAC 2006（2006年P(guān)XI技術(shù)和應用論壇）上，NI公司PXI、儀器控制和自動(dòng)化測試軟件類(lèi)產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Richard McDonell先生和NI中國（包括香港區）市場(chǎng)經(jīng)理朱君女士攜手此次參與論壇的6家PXI聯(lián)盟廠(chǎng)商代表，與媒體共同回顧并展望了總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展歷史，以及PXI在市場(chǎng)中的獨特定位。

測量系統的總線(xiàn)技術(shù)主要分為兩類(lèi)：外部總線(xiàn)，即分立儀器總線(xiàn)（GPIB、USB、Ethernet/LXI、RS-232、 IEEE1394）和內部總線(xiàn)，即模塊化儀器總線(xiàn)（PCI、PCI Express、VXI、PXI、PXI Express）。相比外部總線(xiàn)，內部總線(xiàn)具有更高的總線(xiàn)速率和更低的傳輸延遲，但所有這些總線(xiàn)都有其獨特的優(yōu)勢，將會(huì )實(shí)現長(cháng)期共存。所以“混合系統”就成為一個(gè)越來(lái)越重要的概念，在這樣一個(gè)系統中用戶(hù)們可以采用不同總線(xiàn)技術(shù)的優(yōu)勢，從而完成他們特定的自動(dòng)化測試需求。隨著(zhù)不同總線(xiàn)之間的集成和支持變得日益必需，以L(fǎng)abVIEW為代表的軟件平臺將在這個(gè)混合系統中起到至關(guān)重要的作用。

圖1  總線(xiàn)帶寬vs. 延遲

在分立儀器總線(xiàn)中，GPIB 30余年來(lái)得到了最廣泛的行業(yè)支持，市場(chǎng)上可供選擇的儀器種類(lèi)最多，現在仍是工程師們最常用到的儀器控制總線(xiàn)；USB在PC機上具有通用性，是最簡(jiǎn)便的即插即用總線(xiàn)；Ethernet易于實(shí)現網(wǎng)絡(luò )間的共享，適合分布式和遠程監控應用，不過(guò)它的挑戰在于延遲和數據同步，因此最新LXI標準需要設定2個(gè)高等級的規范，合并了LAN和IEEE1588 (必須要額外附加的硬件)來(lái)解決同步問(wèn)題。

再看一下測試測量的內部總線(xiàn)，VXI比GPIB具有更高的帶寬，它一出現就得到了軍工/航空航天的大量采用，但由于成本較高，所以沒(méi)有得到其他領(lǐng)域應用；PCI和PCI Express能比VXI達到更高的帶寬，而且像LAN、USB一樣具有通用性和低成本，因此較適合高性能、且可以集成多儀器的系統；PXI和PXI Express分別是基于PCI和PCI Express的技術(shù)，PXI即為PCI eXtensions for Instrumentation，是專(zhuān)為測試任務(wù)而優(yōu)化的CompactPCI。

PXI是1997年由NI公司提出的一個(gè)標準，1998年，NI與其他測試設備廠(chǎng)商合作的PXI系統聯(lián)盟（PXISA）將PXI作為一個(gè)開(kāi)放的工業(yè)標準推向市場(chǎng)。時(shí)至今日，行業(yè)內各大廠(chǎng)商均已推出PXI產(chǎn)品。PXI系統聯(lián)盟已有70多家企業(yè)的加盟和超過(guò)1200種產(chǎn)品，提供PXI產(chǎn)品的主要測試測量廠(chǎng)商包括NI、Agilent、Aeroflex以及Advantest等在測試測量領(lǐng)域收益排名前十的公司。PXI的核心就是一個(gè)高性能的數據傳輸總線(xiàn)，背板是高性能的PCI總線(xiàn)，此外還結合了PCI的電氣總線(xiàn)特性與CompactPCI的堅固性、模塊化及Eurocard機械封裝的特性，并增加了專(zhuān)對VXI總線(xiàn)的同步總線(xiàn)和主要軟件特性。

圖2  分立儀器總線(xiàn)的比較 

根據Frost&Sullivan預測，2005~2010年P(guān)XI產(chǎn)品的年均增長(cháng)率可達到25.1%，VXI的市場(chǎng)增長(cháng)放緩，只有4.2%。PXI系統的平均價(jià)格不到VXI的1/4，而且可以將不同的模塊化儀器，例如數字示波器、任意波形發(fā)生器、數字萬(wàn)用表以及數據采集卡等集成化，因此已經(jīng)在市場(chǎng)上形成主流應用。此外，Frost&Sullivan還預計今年基于PXI的測試模塊的出貨量將達到10100個(gè)，而VXI只有3600個(gè)。VXI比較適合軍用航空領(lǐng)域的高頻測試，PXI的應用則廣泛得多，包括消費電子、軍事/航空航天、汽車(chē)、通訊、半導體、醫藥等諸多領(lǐng)域，一個(gè)很好的證明就是Electronic Business雜志在2005年8月的統計顯示：世界排名前20位的電子企業(yè)中有17家正在使用PXI系統進(jìn)行它們的測試測量和自動(dòng)化任務(wù)。

值得一提的是，在本次活動(dòng)中，NI還向媒體介紹了新興的PXI Express技術(shù)。PXI Express將PCI Express技術(shù)融合到PXI中，通過(guò)在背板使用PCI Express的技術(shù)，PXI Express能夠將帶寬整整提高45倍，從原來(lái)PXI的132MB/s提高到現在6GB/s，同時(shí)PCI Express強化了背板的定時(shí)和同步性能，并保持了和原來(lái)PXI模塊在軟件上的向后兼容性。PXI Express不是PXI的替代產(chǎn)品，而是為了滿(mǎn)足更多更高要求的應用（例如高頻率分辨率的IF/RF系統、高速數字接口、高通道數據采集、高速圖像采集等）推出的基于PCI Express的技術(shù)。PXISA于去年5月開(kāi)始制定PXI Express規格，今年3月NI率先發(fā)布了業(yè)界首款基于PXI Express的混合插槽機箱和控制器，該機箱能夠同時(shí)插入基于PXI和PXI Express的模塊?？梢灶A見(jiàn)，PXI Express正將模塊化的測試測量方式擴展到新的領(lǐng)域，今年7月開(kāi)始陸續會(huì )有新的PXI Express產(chǎn)品面市。

綜上所述，我們可以明顯地看到，未來(lái)的測試測量平臺將會(huì )是一個(gè)結合多種總線(xiàn)的平臺，之前提到的各種總線(xiàn)都具有各自的生存空間。當工程師們既要確?，F有投資，又要利用最新的技術(shù)，在這兩者之間力求獲得平衡的情況下，以PXI和PXI Express為核心的混合總線(xiàn)測試系統是目前測試測量行業(yè)的大勢所趨。