PCI Express推動(dòng)虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展

高速PC總線(xiàn)技術(shù)為高性能虛擬儀器系統提供了所需的帶寬。隨著(zhù)商業(yè)化總線(xiàn)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。近十年來(lái)，PCI Express標準概述白皮書(shū)>PCI總線(xiàn)已成為高帶寬、即插即用外設的標準?，F今，速度更快的測量設備需要有更寬的帶寬來(lái)把數據傳送到PC內存，從而可充分利用現代處理器的強大處理能力。設備需要有更快的速度和更高的擴展性，為了滿(mǎn)足這一需要，PC和外設廠(chǎng)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試和測量應用，虛擬儀器技術(shù)能充分利用PCI Express在帶寬和可擴展性上的巨大改進(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)數量級

; 總線(xiàn)帶寬的重要性常常被忽視，因為大家更注意處理器速度、模擬-數字速度和器件帶寬等。然而，對于實(shí)時(shí)分析和觀(guān)察數據，總線(xiàn)帶寬則決定了您能以多快的速度把數據傳送到PC內存中?？偩€(xiàn)類(lèi)似于汽車(chē)的傳動(dòng)方式?D?D沒(méi)有它就無(wú)法把發(fā)動(dòng)機的功率傳遞到路面上。正因為總線(xiàn)帶寬不夠，所以許多高速儀器才需要昂貴的板載內存。PCI Express克服了目前包括傳統PCI等其它外圍總線(xiàn)的限制。最初的PCI Express規范是在PC上實(shí)現的，現在的設備能提供比32位、33MHz PCI高30倍的帶寬。隨著(zhù)芯片技術(shù)的發(fā)展，帶寬可望再提高4倍直到達到銅線(xiàn)中信號帶寬的實(shí)際限制。

以太網(wǎng)、USB和傳統PCI總線(xiàn)采用共享總線(xiàn)拓撲結構?D?D總線(xiàn)上所有設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)卡這樣的高帶寬設備會(huì )獨占總線(xiàn)帶寬，從而阻塞總線(xiàn)上其它設備。PCI Express采用共享式轉換拓撲結構來(lái)代替共享式總線(xiàn)，這樣在點(diǎn)對點(diǎn)的構架中設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(zhuān)用數據通道來(lái)防止設備獨占帶寬。PCI Express的帶寬不像傳統PCI，它具有可伸縮性，因而設備廠(chǎng)商可以增加帶寬通路來(lái)提高帶寬，從而最好地滿(mǎn)足設備需要。

PCI Express技術(shù)內幕

在新的PCI Express架構中，數據通過(guò)成對的發(fā)送和接收線(xiàn)來(lái)串行傳送數據包，這些線(xiàn)對被稱(chēng)為通路，在單方向上它具有250MB/s帶寬。就像高速路上的車(chē)道一樣，您可以把通路進(jìn)行組合來(lái)提高數據的流量。最為常用的通路設置是x1、x4、x8和x16。帶寬直接和通路數呈比例，因此使用兩倍信號對的設備就有兩倍的通路，也就能提供兩倍的帶寬。

利用串行數據傳輸結構，PCI Express比傳統PCI總線(xiàn)的并行結構實(shí)現起來(lái)更容易和成本更低。例如，傳統64位PCI-X總線(xiàn)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(zhù)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(xiàn)代替了傳統PCI物理總線(xiàn)。由于結構上的改變，連接頭本身并不兼容。然而，為了使傳統PCI能過(guò)渡到PCI Express，大多數計算機主板都提供PCI和PCI Express接頭的混合方式。PCI Express規范也保證了帶有較小接頭的設備可以用“擴展”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設備的配置空間和編程方式與傳統PCI方式?jīng)]有什么改變。實(shí)際上，您無(wú)需改變PCI Express的結構就可以啟動(dòng)所有的操作系統。在計算機啟動(dòng)時(shí)，操作系統會(huì )檢測所有已安裝的PCI Express設備，然后分配系統資源，如內存I/O空間和中斷，從而建立起最佳的系統環(huán)境。由于PCI Express物理層是對于應用軟件

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

NI PCI Express設備

NI首先推出了業(yè)界第一款用于PCI Express的GPIB、圖形采集和數據采集設備。NI PCIe-GPIB是具有x1 PCI Express接頭的GPIB控制器。NI PCIe-1429是x4設備，使用Camera Link攝像機來(lái)采集圖像，它是業(yè)界最快的圖像采集設備，圖像數據流高達680 MB/s(相當于CD-ROM每秒的數據傳輸率)。新款NI PCIe-6251和NI PCIe-6259是M系列數據采集設備，它們能提供高達16位的32個(gè)通道，1.25MS/s的模擬輸入以及10MHz的數字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內存交換數據時(shí)，可以同時(shí)運行所有I/O。

所有NI PCI Express設備都可向后兼容同等PCI設備的軟件。例如，使用NI LabVIEW和NI-DAQmx驅動(dòng)軟件為NI PCI-6251數據采集設備編寫(xiě)的軟件可以無(wú)需修改就在NI PCIe-6251設備上運行，從而在您為了滿(mǎn)足未來(lái)的需要對硬件投資的同時(shí)保護了您在軟件上的投資。PXI系統聯(lián)盟也開(kāi)始在PXI中采用PCI Express來(lái)建立PXI Express?，F在PXI系統和設備可以受益于PCI Express提高后的帶寬，特別是對于大數據量的設備如高速數字化儀和數字I/O設備。