儀器總線(xiàn)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(xiàn)，它成功地減小了傳統儀器系統的尺寸并提高了系統集成化的水平，主要用于滿(mǎn)足高端自動(dòng)化測試應用的需要，并已成功應用于軍 用航空的測試和制造業(yè)的測試等。然而，由于VXI價(jià)格昂貴且基于過(guò)時(shí)的VME總線(xiàn)，而現代計算機又不支持這種總線(xiàn)結構；伴隨著(zhù)PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)總線(xiàn)的推出，VXI的市場(chǎng)份額逐漸的在減小，而PXI的增長(cháng)卻勢不可擋，早已在數年前超過(guò)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(xiàn)技術(shù)，和VXI相比，具有更快的總線(xiàn)傳輸速率(132MB/s vs 40MB/s)，更小的體積以及更好的性能價(jià)格比。此外，PXI能夠提供納秒級的定時(shí)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(hù)可以最少的投資隨時(shí)升級整個(gè)測試系統。如此優(yōu)良的擴展性，靈活的軟件架構使得基于PXI模塊化儀器平臺的系統集成變得更加的普遍。

PCI Express

現在基于PC的測試應用對于總線(xiàn)帶寬的要求越來(lái)越高，即使132MB/s的PCI總線(xiàn)帶寬也難以滿(mǎn)足許多新興應用的需求。因此PCI-SIG(PCI總線(xiàn) 標準的制訂實(shí)體)推出了新一代的高速內部總線(xiàn)：PCI Express。作為對PCI總線(xiàn)的一個(gè)革新，PCI Express保持了與PCI總線(xiàn)的軟件兼容性，并用高速串行總線(xiàn)代替了傳統的并行總線(xiàn)。PCI Express通過(guò)多通道差分信號來(lái)實(shí)現雙向數字的傳輸，每一個(gè)傳輸方向的一個(gè)通道就可提供250MB/s的帶寬，組合多個(gè)通道(x16)最高可達4GB /s的傳輸速率。與PCI總線(xiàn)上所有設備共享帶寬的方式不同的是，每個(gè)PCI Express設備都享有一個(gè)專(zhuān)用的帶寬來(lái)保證數據通路的暢通無(wú)阻(見(jiàn)圖3)。此外，PCI Express因為采用了先進(jìn)的軟件架構完全確保了和現有PCI的軟件兼容性。據權威機構預測，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(shí)借鑒PCI總線(xiàn)在現今市場(chǎng)的巨大成功，因此很多專(zhuān)家都預測PCI Express將在未來(lái)成為高速總線(xiàn)的主流趨勢。

對于測試測量領(lǐng)域而言，PCI Express總線(xiàn)的推出使得許多高速的測試應用變?yōu)榭赡?，例如每秒高達幾百幀的圖像采集與存儲、上GHz的數字化儀和信號發(fā)生器，數字通訊協(xié)議的測試與 驗證等等，因此我們有理由預見(jiàn)PCI Express總線(xiàn)將在未來(lái)成為新一代的模塊化儀器總線(xiàn)，為工程師們帶來(lái)更高的性能和更快的速度。

圖3：所有PCI Express插槽具有專(zhuān)用的帶寬來(lái)連接PC內存，無(wú)需像傳統PCI那樣共享帶寬

PXI Express

使用成熟的PCI技術(shù)大幅推動(dòng)了PXI總線(xiàn)的發(fā)展，使得PXI在測試測量領(lǐng)域被廣泛的應用。如今將最新的PCI Express技術(shù)融入到PXI的標準中，使得新型的PXI Express總線(xiàn)可以幫助工程師滿(mǎn)足更多的應用需求。PXISA官方組織已在2005年第三季度正式推出了PXI Express的軟硬件標準，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)保持了和原來(lái)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(zhuān)用儀器所統制的一些應用領(lǐng)域，如中頻乃至射頻的數字化儀、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提供的標準軟件架構。為了提供硬件的兼容性，最新的CompactPCI Express的標準定義了混合的插槽用來(lái)同時(shí)支持基于PCI或PCI Express架構的模塊。通過(guò)融合最先進(jìn)的商業(yè)技術(shù)：PCI Express，我們將在不久的未來(lái)看到全新模塊化儀器總線(xiàn)PXI Express為用戶(hù)帶來(lái)的先進(jìn)技術(shù)和高速性能。

軟件是核心 —— 使用統一的軟件平臺

混合系統作為測試測量領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，使用戶(hù)能夠不僅享受模塊化儀器的高速和靈活性，同時(shí)能使用現有的分立式儀器進(jìn)行一 些特殊的測量。而軟件對于這樣多廠(chǎng)商，多總線(xiàn)的混合系統顯得尤為的重要。擁有一個(gè)統一的軟件架構能夠大大簡(jiǎn)化系統編程的復雜性，并避免不同儀器之間帶來(lái)的 兼容性問(wèn)題。

在圖1的混合系統中，底層的硬件使用了包含PXI、GPIB、LXI等多種測試總線(xiàn)，而在上層卻是一個(gè)由測量和控制服務(wù) 層和應用開(kāi)發(fā)層組成的統一的軟件架構。測量和控制服務(wù)層包含靈活的設備驅動(dòng)，用于連接軟件和硬件并簡(jiǎn)化硬件配置部分的測試代碼。為了將硬件無(wú)縫的集成到軟 件中去，工程師們希望能夠有高性能、易于編程且持續可升級的API來(lái)幫助開(kāi)發(fā)。VISA(Virtual Instrumentation Software Architecture)標準就是提供了這樣一種通用的API，負責和驅動(dòng)軟件進(jìn)行通訊，并且獨立于您所使用的儀器總線(xiàn)。無(wú)論是使用PXI, VXI, GPIB, LAN還是LXI總線(xiàn)，VISA都提供了標準的函數庫和儀器進(jìn)行通訊，同時(shí)從軟件上保證了總線(xiàn)之間的互換性。此外，網(wǎng)上超過(guò)4000種可供下載的儀器驅動(dòng) 可以幫助您簡(jiǎn)化儀器功能的復雜性，快速的開(kāi)發(fā)儀器驅動(dòng)應用。作為儀器驅動(dòng)的另一種標準，IVI(Interchangeable Virtual Instrument)標準定義了通用儀器的互換性，對于一些指定的儀器類(lèi)，如示波器，信號源等，您可以隨意的將現在使用的儀器換成一臺其他生產(chǎn)廠(chǎng)家、甚 至是其他總線(xiàn)的另一臺同類(lèi)的儀器，而不需要修改任何的軟件測試代碼。

在應用開(kāi)發(fā)層，開(kāi)發(fā)者總是希望使用符合行業(yè)標準的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境來(lái)進(jìn)行整個(gè)系統軟件的開(kāi)發(fā)。LabVIEW作為一個(gè)專(zhuān)為測 試測量設計的編程語(yǔ)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(hù)高效和快速的開(kāi)發(fā)測試應用。伴隨著(zhù)LabVIEW 8的推出，使用LabVIEW進(jìn)行數據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的軟件開(kāi)發(fā)。目 前，LabVIEW已逐漸地成為測試測量行業(yè)標準的軟件開(kāi)發(fā)平臺。當然，除了LabVIEW，用戶(hù)也可以根據自己的喜好，選擇其他的編程語(yǔ)言，如 LabWindows/CVI，VB，C++等進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

軟件就是核心，LabVIEW加上標準的測量和控制服務(wù)(如VISA, IVI等)就構成了這樣一個(gè)統一的軟件平臺，幫助工程師簡(jiǎn)化軟件的復雜性，更好的發(fā)揮混合測試系統的強大功能。

總結

在當今的測試測量領(lǐng)域，無(wú)論是經(jīng)久不衰的傳統儀器總線(xiàn)，還是新型高速的模塊化儀器總線(xiàn)技術(shù)，都會(huì )在未來(lái)共存，或許只是市場(chǎng)份額大小和應用需求不同的 分別。我們也將看到越來(lái)越多的基于多種總線(xiàn)的混合測試系統，工程師們最終在乎的不再是使用何種總線(xiàn)，而是無(wú)論使用任何總線(xiàn)，軟件上都能予以支持并且能更高 效和快速的開(kāi)發(fā)相關(guān)的應用。因此，擁有一個(gè)標準的軟件平臺就顯得至關(guān)重要，它能夠幫助簡(jiǎn)化總線(xiàn)變化帶來(lái)的復雜性，并充分發(fā)揮不同總線(xiàn)的優(yōu)勢，讓用戶(hù)感覺(jué)就 像在一個(gè)平臺下進(jìn)行開(kāi)發(fā)那樣的簡(jiǎn)單和快捷。