PXI技術(shù)及其應(yīng)用

2004年6月B版

簡介

　　PXI (PCI eXtensions for Instrumentation，面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展) 是一種堅固的基于PC的測量和自動化平臺。PXI結(jié)合了PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅固性、模塊化及Eurocard機(jī)械封裝的特性，并增加了專門的同步總線和主要軟件特性。這使它成為測量和自動化系統(tǒng)的高性能、低成本運(yùn)載平臺。這些系統(tǒng)可用于諸如制造測試、軍事和航空、機(jī)器監(jiān)控、汽車生產(chǎn)及工業(yè)測試等各種領(lǐng)域中。

　　PXI在1997年完成開發(fā)，并在1998年正式推出，它是為了滿足日益增加的對復(fù)雜儀器系統(tǒng)的需求而推出的一種開放式工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如今，PXI標(biāo)準(zhǔn)由PXI系統(tǒng)聯(lián)盟(PXISA)所管理。該聯(lián)盟由60多家有公司組成，共同推廣PXI標(biāo)準(zhǔn)，確保PXI的互換性，并維護(hù)PXI規(guī)范。要了解有關(guān)PXISA更多的信息，包括PXI規(guī)范，請訪問PXISA的網(wǎng)站http://www.pxisa.org

硬件構(gòu)架

　　PXI系統(tǒng)由三個基本部分組成：機(jī)箱，系統(tǒng)控制器和外設(shè)模塊。

PXI機(jī)箱

　　機(jī)箱為系統(tǒng)提供了堅固的模塊化封裝結(jié)構(gòu)。按尺寸不同，機(jī)箱有4槽到18槽不等，并且還可以有一些專門特性，如DC電源和集成式信號調(diào)理。機(jī)箱具有高性能PXI背板，它包括PCI總線，定時和觸發(fā)總線(如圖1)。這些定時和觸發(fā)總線使用戶可以開發(fā)出需要精確同步的應(yīng)用系統(tǒng)。

PXI控制器

　　正如PXI硬件規(guī)范所定義的，所有PXI機(jī)箱包含一個插于機(jī)箱最左端插槽(插槽1)的系統(tǒng)控制器?？蛇x的控制器有標(biāo)準(zhǔn)桌面PC的遠(yuǎn)程控制，也有包含Microsoft操作系統(tǒng)(如Windows2000/XP)或?qū)崟r操作系統(tǒng)(如LabVIEW RT)的高性能嵌入式控制。

　　圖1 PXI定時和觸發(fā)總線。PXI在背板上結(jié)合了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的PC部件(如PCI總線)和高級的觸發(fā)和同步擴(kuò)展

　　圖4 兩種不同的組成結(jié)構(gòu)，但是相同的軟件標(biāo)準(zhǔn)。在軟件方面，與PXI模塊的通信方式和與PCI模塊的通信方式相同。

PXI遠(yuǎn)程控制

　　利用MXI-3(Measurement eXtensions for Instrumentation)接口工具，PXI系統(tǒng)可以通過透明、高速的串口連接被PC或其它PXI系統(tǒng)直接控制。MXI-3接口工具包提供從PC到PXI機(jī)箱的84MB PCI-PCI連接橋。在PC啟動過程中，它會將PXI系統(tǒng)的所有外設(shè)模塊當(dāng)作是PCI設(shè)備。

　　通過PC遠(yuǎn)程控制一個PXI系統(tǒng)，用戶可以最低的成本最大化處理器的性能?？梢匀我赓徺I一臺標(biāo)準(zhǔn)的PC，然后利用銅線或光纖MXI-3串口連接并遠(yuǎn)程控制PXI系統(tǒng)。

PXI嵌入式控制

　　使用嵌入式控制器就不需要用外部PC，因而可用PXI機(jī)箱提供一套完整的系統(tǒng)。典型的PXI嵌入式控制器使用小型的、適合PXI結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)PC部件。例如，NI PXI-8176控制器有Pentium III 1.26 GHz處理器，512MB RAM內(nèi)存，一個硬盤以及標(biāo)準(zhǔn)PC外設(shè)接口，如USB，并口和串口。此外，還可以在PXI控制器上安裝所選的操作系統(tǒng)， 如Windows 2000/XP或 LabVIEW RT模塊。嵌入式控制非常適合便攜式系統(tǒng)以及“單機(jī)箱”應(yīng)用，這樣的機(jī)箱可以很方便地從一個地點移到另一個地點。

PXI外部模塊

　　NI提供了100多種不同的PXI模塊，自從PXI成為開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以來，PXI系統(tǒng)聯(lián)盟中的其它50多個廠商已提供近1000種模塊。

　　PXI可與CompactPCI直接兼容，因此任何3U的CompactPCI模塊可直接用于PXI系統(tǒng)。此外， Card/PCMCIA和PMC(PCI Mezzanine Card)卡使用轉(zhuǎn)接模塊(Carrier Module)可直接插入PXI系統(tǒng)使用。例如，NI PXI-8221 PC Card Carrier可將Cardbus和PCMCIA設(shè)備接入PXI系統(tǒng)。

　　因為PXI還提供了用于和獨立式傳統(tǒng)儀器或VXI系統(tǒng)通信的標(biāo)準(zhǔn)軟硬件，因此它也能幫助確保在獨立儀器或VXI系統(tǒng)上的投資。

軟件構(gòu)架

　　因為PXI硬件是基于標(biāo)準(zhǔn)PC技術(shù)，如PCI總線以及標(biāo)準(zhǔn)的CPU和外設(shè)，用戶就可以使用熟悉的標(biāo)準(zhǔn)Windows軟件架構(gòu)?；赪indows的PXI系統(tǒng)的開發(fā)和運(yùn)行也就和基于Windows 的標(biāo)準(zhǔn)PCI系統(tǒng)的開發(fā)和運(yùn)行沒有什么不同了。此外， 因為PXI背板使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的PCI總線，在許多情況下，編寫與PXI設(shè)備通信的軟件程序和編寫與PCI模塊通信的軟件程序是相同的。例如，與NI PXI-6052E多功能數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行的通信的軟件程序與PC上PCI-6052E的軟件程序是一樣的。因此，在PC系統(tǒng)和PXI系統(tǒng)之間移植軟件時，已有的應(yīng)用軟件程序，例程代碼以及編程方法都無需重新編寫。

　　對于要求實時的循環(huán)速度和無干預(yù)操作(沒有鍵盤，鼠標(biāo)，監(jiān)視器)的、對時間要求苛刻的應(yīng)用系統(tǒng)，就需要一個實時的軟件構(gòu)架來替代基于Windows的系統(tǒng)。

系統(tǒng)配置

　　要規(guī)劃并配置新的PXI系統(tǒng)，最快最簡單的方法是使用在線PXI Advisor或PXI/SCXI Advisor。這些配置向?qū)ㄟ^向您提出一系列問題來幫助構(gòu)建新的PXI系統(tǒng)，包括系統(tǒng)控制器、軟件、模塊、附件和PXI或PXI/SCXI混合機(jī)箱。使用PXI PXI Advisor，只需回答一系列簡單的問題并逐步選擇最適合需要的部件，即可完成整個系統(tǒng)的配置選擇。可以打印或?qū)С雠渲煤玫腜XI系統(tǒng)圖片，以作為計劃書或設(shè)計預(yù)覽之用。此外，配置向?qū)н€提供技術(shù)方面的建議，如模塊插槽的特殊布置，線纜和終端附件，以及集成的軟件包。配置向?qū)褂脙?nèi)含的 (behind-the-scene) 邏輯性能保證系統(tǒng)的兼容性。例如，如果選擇了LabVIEW RT(實時)PXI控制器，配置向?qū)詣影裀XI測量模塊的選擇范圍限定在支持LabVIEW RT的產(chǎn)品中。

　　如果配置向?qū)У呐渲媒Y(jié)果令您滿意，就可以把配置發(fā)給NI的銷售工程師下訂單，或在線訂購產(chǎn)品。如果訂購產(chǎn)品時選擇NI出廠安裝服務(wù) (NI Factory Installation) ，收到將是完全根據(jù)配置安裝好的PXI系統(tǒng)。在機(jī)箱里插入所選的PXI模塊，加上內(nèi)存升級，任何NI應(yīng)用軟件，以及和嵌入式控制器所需的驅(qū)動軟件。

結(jié)語

　　PXI模塊化儀器為測量和自動化用戶提供了一個堅固的計算機(jī)平臺，使他們可以充分利用主流PC工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。利用標(biāo)準(zhǔn)的PCI總線，PXI模塊化儀器系統(tǒng)能夠受益于可方便購得的軟硬件產(chǎn)品。PXI系統(tǒng)上運(yùn)行的軟件程序和操作系統(tǒng)是廣大用戶所十分熟悉的，因為它們已被廣泛應(yīng)用于臺式PC機(jī)上。PXI提供工業(yè)化的封裝結(jié)構(gòu)，大量的I/O槽以及諸多高級定時和觸發(fā)功能的特性，以滿足各種應(yīng)用需要 ?！?BR>