縱觀整個自動化測試領域，我們可以看到一些明顯的趨勢：從設計到生產的每個階段
，不斷提高的信號速率要求測試設備緊跟高速信號的測試要求；單一待測設備往往集成了多種不同的標準和協議，這就需要測試係統能夠足夠靈活地適應不斷更新的標準；congshangyejiaodukaolv，suoduanchanpintoufangshichangshijiandeyaliyeyurijuzeng，zhejiuxuyaojinyibusuoduanceshishijian，ranerlingyifangmianwangwangyouxuyaojinxinggengduodeceshixiangmubaozhengchanpinzhiliang；此外，對製造業的自動化測試而言，測試設備的體積和功耗已經無法再隨著測試需求線形增長。

    PXI平台的出現提供了一種 “out of the box (打破成規)”的解決方案。PXI作為一種開放的工業標準，於1997年提出
，並於1998年正式發布
，滿足了不斷增加的複雜儀器係統需求。今天，PXI規範由PXI係統聯盟(www.pxisa.org)管理和維護。PXI係統聯盟由超過70多家公司組成
，其中包括全球眾多領先的測試測量廠商。本文將對PXI規範進行概述並介紹一些最新發展。

 

    PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)是一種基於PC技術的麵向測試測量和自動化應用的堅固平台。PXI標準將CompactPCI標準（具有PCI電氣總線特性
，同時具有堅固的、模塊化的歐卡封裝）與專用同步總線和軟件特性結合在一起。一個PXI係統由三個基本部分組成――機箱
、控製器、以及外圍I/O模塊。基於PXI的這種模塊化架構，可以實現係統部分組件的單獨升級，並且可以使測試係統能快速利用這些升級的組件所帶來的新技術。

    隨著商業PC的總線技術從PCI演進到了PCI Express，顯著地拓展了總線的可用帶寬
，PXI也將PCI Express集成到PXI標準中，以滿足更多的應用需求。PCI工業製造商協會（PICMG，管理CompactPCI標準）與PXI係統聯盟共同努力
，確保PXI背板中集成了PCI Express技術之後，仍然維持與原有係統的後向兼容性。通過利用PCI Express技術，PXI Express將PXI中的可用帶寬從132MB/s提高到6GB/s
，提高了45倍多。與此同時
，還可以維持與原有PXI模塊間的軟件、硬件兼容性。正是由於此性能的增強，PXI可用於許多新的應用領域，其中很多應用在以前隻能由昂貴的專用硬件實現。

    PXI規範的設計基於了如下一些考慮：

    PXI規範定義了PXI係統能勝任惡劣環境所要滿足的要求。阻抗匹配的高性能IEC接口在各種條件下都能提供最好的電氣性能。PXI的機械封裝采用了歐卡結構
，該結構也被CompactPCIVME和VXI采用，在工業環境中有長期成功的應用曆史。此外
，PXI規範還定義了保證工業環境中操作所需的特殊冷卻和環境要求。

    在這種模塊化架構下，所有模塊化儀器可以共享控製器
、電源、以及顯示單元，從而可以顯著減小測試儀器的體積，並降低功耗。多種I/O和模塊化儀器可以集成在一個PXI機箱中；模塊的供電電源對這些模塊的可靠使用起著關鍵作用，不同廠商的PXI機箱提供不同的功率，在選擇PXI係統時候應選擇一個提供足夠大功率的機箱。除了提供電源之外，PXI規範還要求對所有的機箱進行強製的空氣冷卻並推薦進行完整的環境測試，包括溫度測試、濕度測試、振動測試以及電流衝擊測試。所有的PXI產品都應該能提供這些測試結果文件，並提供工作及儲存溫度範圍。PXI規範同樣要求進行電磁兼容性測試以保證可以符合相關國際標準的要求。

    PXI硬件規範還定義
，所有的PXI機箱都包含一個位於機箱最左邊的係統控製器插槽（槽位1）。可以選擇的控製器可以是運行Microsoft Windows操作係統或者是實時操作係統的嵌入式控製器，也可以是來自台式機、工作站


、服務器或者便攜式計算機的遠程控製器。

    和同步特性，這可以減少不同儀器之間實現觸發和同步功能的複雜性：PXI機箱背板上整合了一個10MHz的專用係統參考時鍾（圖1），通過等長的背板走線傳輸到各插槽，各插槽之間的時鍾偏差小於1ns；10MHz係統時鍾的精度是由機箱決定的，典型值小於百萬分之25（25ppm），並且通過在機箱的星形觸發插槽（槽位2）安裝一塊具有更穩定時鍾源的板卡（例如擁有板載OCXO的NI PXI-6653），可進一步提高係統參考時鍾的精度。這樣可以用這個具有更高穩定性的參考時鍾來取代背板的10MHz時鍾。不同模塊上速率更高的采樣時鍾可以鎖相至該穩定的10MHz參考時鍾
，從而提高多個模塊化儀器之間的同步性能。也可以輸出這個10MHz時鍾，用以同步多個PXI機箱和其他模塊儀器時作為參考時鍾。除了參考時鍾
，PXI背板上也提供由8條TTL傳輸線組成的觸發總線，從而允許係統中的任意模塊都可設置一個可以被其他任意模塊檢測到的觸發信號。

    以PXI為基礎，PXI Express提供了更多的定時和同步功能――100MHz的差分係統時鍾
、差分信號傳輸以及差分星形觸發總線。采用差分時鍾和同步，PXI Express係統中儀器時鍾的抗噪聲性能進一步提高，並且可以以更高速率傳輸數據。因此，除了標準的PXI定時和同步信號外，PXI   Express機箱應提供這些額外的定時和同步功能。

圖1. PXI及PXI Express機箱為模塊化係統集成提供了最佳的定時和同步性能

    除了使用基於信號的方法來同步PXI及PXI Express係統
，也可以基於絕對時間實現同步。通過附加的定時模塊
，可以使用包括GPS、IEEE-1588或者IRIG-B在內的多種方式提供絕對時間。這些協議通過數據包的方式傳輸時間信息
，因此係統可基於這些時間信息進行同步。如果PXI係統之間的部署距離很遠，共享實際的時鍾信號或觸發信號比較困難，在這種情況下
，就可以依靠像GPS這樣的信號源來同步不同PXI係統的測量任務。除了電氣要求外，為了使係統集成變得更簡易
，PXI同樣規定了對軟件的要求。這些要求包括使用標準操作係統架構，以及對所有外圍設備模塊使用合適的配置信息和軟件驅動。

    PXI Express係統同樣強調軟件兼容性
，因此當升級PXI到PXI Express係統使，無須更換驅動和應用軟件。

 

    PCI Express

    正如本文開頭所提到的，PCI Express相比PCI可增加超過45倍的總線吞吐量（圖2）。正是由於此性能的增強，PXI Express可以用於很多新型應用領域，其中很多領域在以前隻能由昂貴的專用硬件實現。例如
，基於PCI Express，一個1GB/s數據帶寬的數字化儀可以通過一條直接路徑與CPU模塊進行數據傳輸
，這個傳輸速度大約是32位數據位寬、33MHz主頻PCI總線所能提供的速率的8倍。這樣
，利用PCI Express技術
，一個高分辨率的16位中頻數字化儀或者信號發生器就可以以高達500MHz的采樣率實現與CPU之間的數據流連續傳輸，不受總線帶寬製約
，也不受與其他模塊共享帶寬的限製。

    特別地，在國防和航空航天自動化測試領域，PXI Express所擁有的更高的帶寬為許多應用提供了新的解決方案：

    *     利用高帶寬的中頻儀器進行通信係統測試
    *     高速數字協議接口（包括基於LVDS的專用協議、IEEE 1394
、光纖信道等）
    *     用於結構和聲學測試的高通道數數據采集
    *     高速圖像采集

圖2. 利用PCI Express提供的更高的數據帶寬和更低的傳輸延遲，PXI Express係統可以更好滿足高頻應用、高速數字接口以及高速圖像采集等新的應用需求。

    當PCI Express技術被集成到PXI中，基於PXI Express實現許多新應用的同時
，許多現有的PXI應用並不會得益於PXI Express的性能提升。比方說

，諸如數字萬用表（DMM）、開關模塊、工業I/O、低速總線接口、以及許多主流的發生器和分析儀等I/O應用並不需要背板新增的帶寬。因此，PXI Express規範的一個非常有價值的方麵就是PCI以及PCI Express信號都可以被路由到新的插槽中去。其結果是
，擁有PXI模塊的用戶也可以把基於PXI規格的儀器插入PXI Express的機箱
，從而保持之前的投資, 儀器廠商也不需要針對新的PXI Express背板而重新設計所有的現有板卡模塊
， 與此相反，儀器廠商會繼續生產符合PXI信號標準的產品
，因為目前的PCI總線架構可以滿足這些模塊的數據帶寬需求並且所有的混合插槽都支持PCI總線信號（圖3）。

圖3. PXI Express背板在集成PCI Express的同時仍然保持著對現有PXI模塊的兼容，用戶可以在得益於帶寬提升的同時保持對現有係統的後向兼容性 

    PCI-SIG ―― 一個被授權致力於PCI總線規範開發的組織，於2007年1月公布了PCI Express 2.0規範（也被稱為PCI Express Gen2）。PCI Express Gen2規範將總線的傳輸速率從2.5GT/s增至5.0GT/s，相當於在PCI Express Gen1的基礎上使數據傳輸速率增加了一倍
，同時還對PCI Express Gen1的硬件和軟件完全兼容。工程師和科學家可以期待著融合這一新的發展成果的PXI Express產品的出現
，以進一步增強PXI平台的性能。

    繼將PCI Express技術引入PXI規範之後
，PXI係統聯盟於2009年11月發布了PXI MultiComputing (PXImc)規gui範fan
，以yi滿man足zu日ri益yi增zeng長chang的de構gou建jian更geng大da更geng複fu雜za測ce控kong係xi統tong的de需xu要yao。這zhe些xie係xi統tong應ying用yong的de一yi個ge共gong同tong點dian在zai於yu，工gong程cheng師shi需xu要yao以yi最zui小xiao的de延yan遲chi來lai傳chuan輸shu和he處chu理li大da量liang的de數shu據ju。PCI Express能提供數千兆Byte每秒的實際數據吞吐量及微秒級的延遲，因此，PCI Express能夠很好的適應數據傳輸的需求。PXImc通過定義特別的硬件和軟件接口，允許不同的PXI Express係統（分別擁有各自獨立的控製器）通過PCI Express總線實現相互通信（通過PCI Express非透明橋接器NTB），從而為分布式處理應用提供了一個擁有多個多核CPU的係統。

    PXImc規範同樣也允許處理係統使用板載的PCI Express非透明橋接器

，通過點對點（Peer-to-Peer）的方式實現PXImc設備和其他PCI Express板卡之間通信。正是因為這個特性，可以在PXI Express機箱的非控製器插槽中安置這種處理器模塊，實現與PXI Express板卡通信，若有需要的話，再通過機箱背板的PCI Express總線與係統的主控製器進行通信。在PXI機(ji)箱(xiang)中(zhong)使(shi)用(yong)附(fu)屬(shu)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)極(ji)大(da)提(ti)升(sheng)了(le)單(dan)一(yi)係(xi)統(tong)的(de)總(zong)處(chu)理(li)能(neng)力(li)
，同(tong)時(shi)仍(reng)保(bao)持(chi)著(zhe)緊(jin)湊(cou)而(er)穩(wen)固(gu)的(de)係(xi)統(tong)集(ji)成(cheng)，這(zhe)對(dui)一(yi)些(xie)有(you)大(da)運(yun)算(suan)量(liang)處(chu)理(li)要(yao)求(qiu)
、同時又有體積或有可移動性要求的測試測量應用而言
，是一個理想解決方案。

 

    從1998年PXI標準誕生以來，PXI平台發展迅速，被用於各種有測量、控製或自動化需求的實際應用――從前沿研究、軍工和航空、消費電子、通信到過程控製和工業自動化領域，PXI被選為數千種應用的實現平台。

    超過70家公司共同推進著PXI標準，保證互操作性
，並共同來維護PXI規範。PXI是一種基於商業現成可用(COTS)技術的可重配置的平台，並能適應當今與未來測控係統的發展需求。