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總線標準的回顧與展望

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作者:何鈺 時間:2006-08-13 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

從上世紀70年代推出的專用于儀器控制的GPIB總線,到現(xiàn)在被廣泛使用的USB、VXI、PXI和最新推出的LXI、PXI Express,不斷涌現(xiàn)的新型總線技術(shù)在幫助工程師更快捷高效完成任務的同時,也引起了廣泛爭論。在之前上海舉辦的第三屆PXI TAC 2006(2006年P(guān)XI技術(shù)和應用論壇)上,NI公司PXI、儀器控制和自動化軟件類產(chǎn)品市場經(jīng)理Richard McDonell先生和NI中國(包括香港區(qū))市場經(jīng)理朱君女士攜手此次參與論壇的6家PXI聯(lián)盟廠商代表,與媒體共同回顧并展望了總線技術(shù)的發(fā)展歷史,以及PXI在市場中的獨特定位。

系統(tǒng)的總線技術(shù)主要分為兩類:外部總線,即分立儀器總線(GPIB、USB、Ethernet/LXI、RS-232、 IEEE1394)和內(nèi)部總線,即模塊化儀器總線(PCI、PCI Express、VXI、PXI、PXI Express)。相比外部總線,內(nèi)部總線具有更高的總線速率和更低的傳輸延遲,但所有這些總線都有其獨特的優(yōu)勢,將會實現(xiàn)長期共存。所以“混合系統(tǒng)”就成為一個越來越重要的概念,在這樣一個系統(tǒng)中用戶們可以采用不同總線技術(shù)的優(yōu)勢,從而完成他們特定的自動化需求。隨著不同總線之間的集成和支持變得日益必需,以LabVIEW為代表的軟件平臺將在這個混合系統(tǒng)中起到至關(guān)重要的作用。

圖1  總線帶寬vs. 延遲

在分立儀器總線中,GPIB 30余年來得到了最廣泛的行業(yè)支持,市場上可供選擇的儀器種類最多,現(xiàn)在仍是工程師們最常用到的儀器控制總線;USB在PC機上具有通用性,是最簡便的即插即用總線;Ethernet易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的共享,適合分布式和遠程監(jiān)控應用,不過它的挑戰(zhàn)在于延遲和數(shù)據(jù)同步,因此最新LXI標準需要設(shè)定2個高等級的規(guī)范,合并了LAN和IEEE1588 (必須要額外附加的硬件)來解決同步問題。

再看一下的內(nèi)部總線,VXI比GPIB具有更高的帶寬,它一出現(xiàn)就得到了軍工/航空航天的大量采用,但由于成本較高,所以沒有得到其他領(lǐng)域應用;PCI和PCI Express能比VXI達到更高的帶寬,而且像LAN、USB一樣具有通用性和低成本,因此較適合高性能、且可以集成多儀器的系統(tǒng);PXI和PXI Express分別是基于PCI和PCI Express的技術(shù),PXI即為PCI eXtensions for Instrumentation,是專為測試任務而優(yōu)化的CompactPCI。

PXI是1997年由NI公司提出的一個標準,1998年,NI與其他測試設(shè)備廠商合作的PXI系統(tǒng)聯(lián)盟(PXISA)將PXI作為一個開放的工業(yè)標準推向市場。時至今日,行業(yè)內(nèi)各大廠商均已推出PXI產(chǎn)品。PXI系統(tǒng)聯(lián)盟已有70多家企業(yè)的加盟和超過1200種產(chǎn)品,提供PXI產(chǎn)品的主要測試測量廠商包括NI、Agilent、Aeroflex以及Advantest等在測試測量領(lǐng)域收益排名前十的公司。PXI的核心就是一個高性能的數(shù)據(jù)傳輸總線,背板是高性能的PCI總線,此外還結(jié)合了PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅固性、模塊化及Eurocard機械封裝的特性,并增加了專對VXI總線的同步總線和主要軟件特性。

圖2  分立儀器總線的比較 

根據(jù)Frost&Sullivan預測,2005~2010年P(guān)XI產(chǎn)品的年均增長率可達到25.1%,VXI的市場增長放緩,只有4.2%。PXI系統(tǒng)的平均價格不到VXI的1/4,而且可以將不同的模塊化儀器,例如數(shù)字示波器、任意波形發(fā)生器、數(shù)字萬用表以及數(shù)據(jù)采集卡等集成化,因此已經(jīng)在市場上形成主流應用。此外,F(xiàn)rost&Sullivan還預計今年基于PXI的測試模塊的出貨量將達到10100個,而VXI只有3600個。VXI比較適合軍用航空領(lǐng)域的高頻測試,PXI的應用則廣泛得多,包括消費電子、軍事/航空航天、汽車、通訊、半導體、醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域,一個很好的證明就是Electronic Business雜志在2005年8月的統(tǒng)計顯示:世界排名前20位的電子企業(yè)中有17家正在使用PXI系統(tǒng)進行它們的測試測量和自動化任務。

值得一提的是,在本次活動中,NI還向媒體介紹了新興的PXI Express技術(shù)。PXI Express將PCI Express技術(shù)融合到PXI中,通過在背板使用PCI Express的技術(shù),PXI Express能夠?qū)捳岣?5倍,從原來PXI的132MB/s提高到現(xiàn)在6GB/s,同時PCI Express強化了背板的定時和同步性能,并保持了和原來PXI模塊在軟件上的向后兼容性。PXI Express不是PXI的替代產(chǎn)品,而是為了滿足更多更高要求的應用(例如高頻率分辨率的IF/RF系統(tǒng)、高速數(shù)字接口、高通道數(shù)據(jù)采集、高速圖像采集等)推出的基于PCI Express的技術(shù)。PXISA于去年5月開始制定PXI Express規(guī)格,今年3月NI率先發(fā)布了業(yè)界首款基于PXI Express的混合插槽機箱和控制器,該機箱能夠同時插入基于PXI和PXI Express的模塊??梢灶A見,PXI Express正將模塊化的測試測量方式擴展到新的領(lǐng)域,今年7月開始陸續(xù)會有新的PXI Express產(chǎn)品面市。

綜上所述,我們可以明顯地看到,未來的測試測量平臺將會是一個結(jié)合多種總線的平臺,之前提到的各種總線都具有各自的生存空間。當工程師們既要確?,F(xiàn)有投資,又要利用最新的技術(shù),在這兩者之間力求獲得平衡的情況下,以PXI和PXI Express為核心的混合總線測試系統(tǒng)是目前測試測量行業(yè)的大勢所趨。



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