| 根据特定的测量与自动化需求评估PXI与VXI平台 |
| 简介： |
| 什么是PXI |
| PXI (PCI eXtensions for Instrumentation)
定义为用于测试、测量与控制应用，基于PC的一种小型模块化仪器平台。PXI基于PCI（Peripheral Component Interconnect），PCI是目前实际标准总线，推动了现今台式计算机软件与硬件的设计。PXI利用CompactPCI
规范，并建立在其基础上。CompactPCI规范定义了封装坚固的PCI，提供出众的机械完整性并使硬件部件易于装卸。因为PXI平台基于PCI，所以它固有PCI的一些优点：较低的成本，不断提高的性能，以及为最终用户提供主流软件模型。 |
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| 什么是VXI |
| VXI，基于VME总线，在对仪器进行扩展的同时，它保留了VME模块化系统的方法。与基于GPIB陈旧的堆架式（rack-and-stack）系统相比，VXI成功地减小了仪器系统的尺寸并提高了系统集成化水平。但是，由于VXI基于过时的VME总线，而现代计算机不支持这种总线结构，所以它不能利用PC技术的优势，从而也不能将主流软件的支持、低成本、高性能等好处带给最终用户。 |
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| 工业对PXI的采用 |
| 因为基于现代计算机的模块化结构能够将传统仪器的功能与机器视觉、运动控制和自动化结合在一起，所以对这种模块化结构的需求就促使PXI迅速成为一种工业标准。图1分别显示了VXI和PXI标准联盟的公司成员数量在最初三年的增长情况。 |
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| 可用的商业产品 |
| 图2 显示了设备供应商提供的采用VXI和PXI标准的商业产品在最初四年的增长情况。 |
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| VXI主要用于满足高端自动化测试应用的需要。成功应用于军用航空测试和制造业测试的高频道计数。然而，VXI没有形成主流应用，主要因为其成本太高以及难以集成化。而且，许多VXI设备供应商坚持在模块上执行的解释机制（the
parsing mechanisms）并没有充分发挥VXI所能提供的性能优势。VXI模块中执行解释（基于消息机制的标准通讯）的处理器也没有完全利用VXI中可用的带宽。造成这些缺陷的原因之一是VME，这种底层的总线结构，没有被测量与自动化之外的主流行业所采用。而另一方面，PXI，它基于PCI，能充分利用市场上主流PC产品取得的进步，从而提供规模经济的成本优势和达到预期的通用计算机行业的性能优势。
VXI有1000多种不同的模块，是一种集成大型测试系统的有效技术。但是现在许多自动化生产和测试的难题是需要一个能将机器视觉与运功控制和传统电气/电子测试结合在一起的平台。而PXI正好提供了可集成这些功能，用途广泛的测量与控制平台。此外，通过一些主流软件工具，比如LabVIEW实时模块，PXI还为用户提供了实时测量与控制功能。结果，从ATE到闭路硬件、设计检验和仿真等应用领域，PXI都得到广泛应用。
PXI与VXI的技术对比
VXI仪器规范已被证明是非常健壮和成功的。而PXI也为仪器定义了许多与VXI规范一样的扩展特性。表1是这些特性的对比情况。
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表1. VXI与PXI仪器特性的比较
 | 局部总线 | 触发器 | 时钟 | 星形总线 |
VXI | 12线 | 8个TTL, 2个ECL, 4个附加D-size的ECL* | 10 MHz, ECL, 100 MHz （仅 D-size*） | 仅D-size |
PXI | 13线 | 8 TTL | 10 MHz, TTL | 每槽1个 |
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| *D-size的VXI系统因为其尺寸很大很少使用
VXI和PXI之间的主要差别源于它们各自的底层总线结构不同。VXI基于VME总线，而PXI基于PCI总线，PCI在台式PC中广泛应用。而且由于标准PCI总线最大带宽是132Mb/s，标准VME总线只有40Mb/s，所以PXI总线更有优势。使用PCI总线还有另外一个好处，就是能够降低产品成本。这是因为部件和软件很容易就可以从全世界成千上万的PC产品供应商处购得。最后，由于PXI设备尺寸小，所以它能够为便携式、台式（bench-top）与固定架式（rack-mount）装置提供一个通用平台。表2
是PXI与VXI和其他主要的仪器平台－GPIB与台式PC数据采集卡的对比情况。
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虽然PXI定义了许多与VXI规范相同的特性，但是并不是所有这些特性都是用同样方式定义的。下面就来看看其中一些区别：
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表2. 目前几种仪器平台的比较
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虽然PXI定义了许多与VXI规范相同的特性，但是并不是所有这些特性都是用同样方式定义的。下面就来看看其中一些区别：
• EMI（电磁干扰）
为了使系统中不同模块间辐射干扰的相互影响最小，VXI 规范要求所有VXI模块都封装在金属屏蔽装置中。这个目的很好，但是模块屏蔽装置增加了VXI模块的成本——甚至对可能不需要屏蔽的产品也屏蔽。而PXI规范也明确规定PXI产品必须符合规定的辐射要求，包括欧洲的CE规范。但是PXI规范不要求每个模块都有金属屏蔽装置。不过，PXI设备供应商也屏蔽他们模块上的一些敏感元件，以防EMI对工作和测量的准确性造成影响。
• 电源供应
VXI在背板上为仪器开发人员定义了大量的额外电源（＋5,－5.2, -2, +/-12, +/-24 V）以供设计之用。但是在许多情况下这些电源并没有被使用。因为不得不使用更昂贵的多路输出电源，这些信号加大了VXI系统主机的成本和热耗。而基于PCI的PXI主机规定的电压更适合于先进的低功率集成电路（IC）。廉价的普通电源就能提供PXI规定的系列电压（＋5,
+3.3, +/-12 V），从而降低了PXI主机的成本，减少了PXI模块的热耗，更重要的是使PXI模块更适合使用最新的集成电路。
• 冷却
VXI和PXI规范都要求具有强制空气冷却装置，使气流从模块底部流动到顶部实现冷却。但是由于VXI模块通常都比PXI模块功耗更大，所以VXI系统需要更大的冷却装置。
• 控制器架构
所有VXI控制器都必须包括访问TTL触发线的电路和为CLK10提供时钟信号源。在早期的VXI控制器设计中，采用VME接口芯片和分离电路来实现这些VXI特性。随着VXI控制器设计越来越成熟，VXI控制器供应商，比如National
Instruments公司，采用ASIC（application-specific integrated circuits）来处理这些复杂的功能。PXI则定义了一种模块化控制器架构，它将特定仪器的PXI部分与控制计算机分开，从而降低成本。例如，背板或者一种称作星形触发控制器的特殊模块，它插在PXI机箱的第二槽（Slot
2）中，能提供10 MHz的时钟信号源－因此第一槽（Slot 1）中的控制器就不必提供该时钟信号源。采用这种模块化方法，用户只需要少量额外费用，就能获得复杂的定时和同步触发总线与星形触发总线这些特性。而其它PXI用户就不必为他们不需要的特性支付费用。此外，由于PXI控制器使用主流PCI技术，所以它们更易于设计，制造成本更廉价，并且可以使用最新的处理器。
• 可用的产品和成本
入门级VXI系统通常费用要超过$10,000，而入门级PXI的费用不到$3,000。VXI有1000多种产品可供选用。PXI则有400多种产品可用，但是也可以选用700多种CompactPCI产品。带新功能的VXI模块的数量在最近几年已经下降，而可供选用的PXI模块的数量正以每年超过百分之百的速度增长。
由于计算机和测量技术的发展，对于那些富有创新精神的公司来说，已经可以为PXI平台提供高性能的产品。在使用航空电子设备总线的（avionics-bus）行业中，大多数新产品都是首先为PXI/CompactPCI平台开发的。在测试与测量行业这种趋势也很明显，在这里大多数创新性的测量、开关、DSP、机器视觉和运动控制等新的模块化产品的开发都是首先采用PXI/CompactPCI总线结构，而且常常是只为这种平台开发。
• 尺寸
在许多工业和商业领域，背板或台架所占空间都需一笔额外费用。而PXI的一个优点就是在任何开放式结构平台中它所需的空间是最小的。VXI也极大地减小了70年代那种堆架式结构的大型系统的尺寸。随着技术的进步，集成电路的功能变得越来越强大，体积却愈来愈小。尽管VXI规范规定了A、B、C、D四种尺寸的系统，但是大多数VXI模块仍然是C尺寸的。即使体积更小的VXI系统也没有带来小型化的好处。而PXI由于基于主流PC技术，所以可以将最新技术的优势应用在一个较小的体积中。从而使大型测试系统的尺寸缩减到一个新的水平。
• 集成化前景
意识到用堆架式方法建立一个紧密集成的测试系统的缺陷，VXI规范为模块化仪器定义了一个标准接口。在VXI中，各个仪器共享一个VME背板和一个系统控制器——典型情况是一台计算机带一个定制的VXI接口。另外，VXI还需要额外的软件，比如“资源管理器”，来配置系统。为了整合健壮的基于VXI的系统，系统工程师需要学习所有用于系统集成的VXI软件组件。而由于在测试、测量和控制领域之外VXI和VME的产品中没有被采用，因此很难采用PC软件上的进展。为了理解VXI/VME的编程范例，不得不对新的工程师进行大量的培训。因此，通用计算机软硬件行业的进步所带来的好处无法在VXI中得到应用。
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PXI/VXI的互用性
由于基于PCI总线结构，PXI在性能和集成化上给用户带来了更多好处。PXI设备能被操作系统自动识别。工程师在集成基于PXI的系统时可以使用那些在标准PC上熟悉的工具。除了作为一个高性能的平台之外，PXI也更易于模块集成化，因为所有PXI模块都具有共同的软件框架。因为PXI是以PC技术为基础的，所以现有的VXI/VME、GPIB、串行或者以太网接口的仪器都可以使用。通过MXI-3或MXI-2，可以将VXI设备连接到PXI机箱上，就像直接从台式PC的PCI槽上连接一样。图3
描述了PXI带来的配置上的灵活性。 |
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对于那些需要专用的VXI模块的应用，或者对于那些完全建立在VXI上的遗留系统，由于没有浪费最初在VXI上所作的所有投资，PXI为它们提供了一种引人注目的改进途径。为了改进已有的VXI系统，购置PXI机箱和控制器，采用MXI-3技术控制VXI系统要比购买新的VXI控制器，投资成本更合算。可以继续使用现有的VXI系统，而必要时用低成本高性能的PXI仪器取代旧的VXI仪器也很容易。当要购置一种更新的不断发展的技术平台时，PXI和MXI-3提供了一种扩充VXI系统功能的好途径。
结论
VXI是功能强大的高端平台，它在很大程度上满足了标准化组织1987年提出的目标。VXI也继续提供高端解决方案，但是它越来越多的优势都正在被PC和一些平台所取代。这些平台更好地利用了现代PC技术，比如PCI技术和即插即用配置技术。
因为PXI技术来源于现成的PC技术，所以比起VXI来，其性能提高更快，成本更低。在要决定一个系统采用何种架构，或者要给一个现有的VXI系统增加功能时，PXI提供了一个工业标准平台，这个平台将在今后不断发展并保持强大的功能。
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| • PXI——用于制造测试的工业标准平台 |
| • PXI与IPC（工业计算机）的比较 |
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PXI/CompactPCI模块化仪器——测量与自动化标准硬件平台 |
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