一、什么是PXI？

PXI是一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動化應用度身定制的模塊化儀器平臺，具備機械、電氣與軟件等多方面的專業(yè)特性。PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）充分利用了當前最普及的臺式計算機高速標準結構——PCI。PXI規(guī)范是CompactPCI規(guī)范的擴展。CompactPCI定義了封裝堅固的工業(yè)版PCI總線架構，在硬件模塊易于裝卸的前提下提供優(yōu)秀的機械整合性。

因此，PXI產(chǎn)品具有級別更高、定義更嚴謹?shù)沫h(huán)境一致性指標，符合工業(yè)環(huán)境下振動、撞擊、溫度與濕度的極限條件。PXI在CompactPCI的機械規(guī)范上強制增加了環(huán)境性能測試與主動冷卻裝置，以簡化系統(tǒng)集成并確保不同廠商產(chǎn)品之間的互用性。此外，PXI還在高速PCI總線的基礎上補充了測量與自動化系統(tǒng)專用的定時與觸發(fā)特性。

總的來說，PXI是一種堅固的模塊化儀器平臺，它提出了基于計算機的高性能標準化測量與自動化方案。以合理的價位提供比原有系統(tǒng)架構出色得多的性能。PXI用戶自然地享有很多便利，如廉價、易用、靈活的PC技術；開放的工業(yè)標準以及與CompactPCI產(chǎn)品的完全互用性。

PXI系統(tǒng)聯(lián)盟(System Alliance)

PXI平臺的標準是由PXI系統(tǒng)聯(lián)盟維護管理的。該聯(lián)盟（www.pxi.org）由超過60家致力于研究開發(fā)PXI的公司組成，主要負責三項工作：

·推廣PXI標準，鼓勵多廠商的軟硬件支持；
·在維護與CompactPCI的完整互用性的同時，確保PXI產(chǎn)品在機械、電氣與軟件等各個層面的眾廠商互用性；
·維護PXI規(guī)范，必要時進行修訂，并保證對符合前期PXI規(guī)范的產(chǎn)品向下兼容。

這些工作旨在簡化與改善用戶對PXI的使用。聯(lián)盟的首要任務是確保PXI平臺內(nèi)部及PXI平臺與臺式計算機、CompactPCI、VXI等其它平臺之間的簡易集成性。

PCI

PXI平臺是基于PCI總線的。PCI總線作為開放的工業(yè)標準，在測試與測量工程上具有不少優(yōu)勢。很多為傳統(tǒng)計算機開發(fā)的設備其都是基于PCI總線的。目前已經(jīng)有數(shù)以千計的PCI設備，而PCI總線本身也采納了諸多最新的計算技術，得以不斷優(yōu)化。這對PXI而言意味著有大量的設備元件可以使用，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行了優(yōu)化，以提高數(shù)據(jù)流量。

一個決定系統(tǒng)流量的關鍵因素是測量設備與計算機之間的接口總線。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備的通信因素限制。GPIB是最常見的儀器接口總線，但其數(shù)據(jù)傳輸速率比VXI和PCI慢得多。基于VXI的測量系統(tǒng)具有高于GPIB的性能，但用戶必須為之付出高昂的代價。相比之下，PCI是為新型處理器設計的，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，PCI還能夠與所有的主流操作系統(tǒng)兼容。PXI利用這一點將GPIB和VXI也集成到PXI系統(tǒng)。有了這樣的開放性，不同廠商開發(fā)的PXI設備都可以在一個集成的系統(tǒng)上工作。為了維護這種不同廠商之間的互用性，PXI規(guī)范還制定了相應的對軟件標準。最主要的要求之一就是PXI設備必須能在Windows操作系統(tǒng)下工作，并配套驅動軟件。這項要求不但保證了廠商兼容性，還能夠加快用戶集成和應用開發(fā)的速度。舊的系統(tǒng)架構迫使每個用戶根據(jù)一套特定的函數(shù)調用方法開發(fā)各自的驅動程序，PXI規(guī)范則將這個負擔轉移到了設備廠商一方。

最后，為了完全利用PCI的優(yōu)勢，PXI規(guī)范指明所有的PXI設備須和CompactPCI完全兼容。CompactPCI模塊使用的封裝和PXI相同，而且也是建立在PCI總線上的；PXI較之增加了更為嚴格的環(huán)境測試，軟件標準和一些額外的觸發(fā)特性。這項嚴格的兼容性規(guī)定意味著當用戶的應用不需要所有的模塊都具有PXI專有的特性時，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。

物理特性

PXI是一個模塊化的平臺。系統(tǒng)的物理主機是一個擁有2至31個槽位的機箱，有的機箱還帶有內(nèi)置的顯示器和鍵盤。機箱的第一槽（Slot 1）是控制器槽。目前可以使用的控制器有很多，最常見的兩種是嵌入式控制器和MXI-3總線橋。嵌入式控制器是專為PXI機箱空間設計的常規(guī)計算機。MXI-3則是一種通過臺式計算機控制PXI機箱的擴展器，這會在后面的內(nèi)容中詳細描述。機箱中的其它槽位被稱為外部設備槽，用于插置功能模塊，就像計算機里的PCI槽一樣。

圖2 3U PXI系統(tǒng)的機械配置
PXI模塊的支架和臺式計算機的PCI槽有所不同，模塊被上下兩側的導軌和“針－孔”式的接插端牢牢的固定住。事實上，PXI采納了CompactPCI首先啟用的高級“針－孔”式接插端結構。這種由國際電工委員會（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到的的最佳電氣性能。這些接插端已經(jīng)被廣泛采納于各種高性能的應用，尤其是通信領域。
在尺寸上，3U的PXI機箱比絕大多數(shù)的臺式或工業(yè)計算機平臺更加緊湊，這對于在很多狹小環(huán)境下的測試來說是一項重要的特性。各種規(guī)格的機箱包含不同數(shù)量的槽位。如果經(jīng)費有限，工程師可以選擇槽位數(shù)最合適的機箱。機箱的設計考慮了系統(tǒng)集成的需要，使之能夠很方便地固定到機柜上。PXI機箱外形小巧，也已成為便攜或野外應用的理想選擇。除了內(nèi)置的顯示器和鍵盤，有的機箱還可以使用后備電池的直流電源供電。

最后，PXI模塊化、前插式的結構給維護和升級帶來的極大的便利。如果系統(tǒng)中的一個模塊需要修理，工程師可以將其取出，而不影響其它任何模塊。模塊化減少的的停機時間降低了系統(tǒng)壽命內(nèi)的維護成本。

電氣特性

PXI的背板提供了一些專為測試和測量工程設計的獨到特性。專用的系統(tǒng)時鐘用于模塊間的同步；8條獨立的觸發(fā)線可以精確同步兩個或多個模塊；槽與槽之間的局部總線可以節(jié)省PCI總線的帶寬；最后，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，觸發(fā)線、時鐘和局部總線在臺式計算機、工業(yè)計算機和CompactPCI的機箱里都是沒有的。

集成化、可擴展的系統(tǒng)

通過使用諸如MXI-2和MXI-3這樣的遠程控制接口技術，PXI系統(tǒng)能夠輕易地與已有的測試與測量系統(tǒng)相集成。利用這些接口，工程師既可以享有PXI結構的優(yōu)點，同時又避免了更換整個系統(tǒng)帶來的的高額支出。