总线标准的回顾与展望

从上世纪70年代推出的专用于仪器控制的GPIB总线，到现在被广泛使用的USB、VXI、PXI和最新推出的LXI、PXI Express，不断涌现的新型总线技术在帮助工程师更快捷高效完成测量任务的同时，也引起了广泛争论。在之前上海举办的第三届PXI TAC 2006（2006年PXI技术和应用论坛）上，NI公司PXI、仪器控制和自动化测试软件类产品市场经理Richard McDonell先生和NI中国（包括香港区）市场经理朱君女士携手此次参与论坛的6家PXI联盟厂商代表，与媒体共同回顾并展望了总线技术的发展历史，以及PXI在市场中的独特定位。

测量系统的总线技术主要分为两类：外部总线，即分立仪器总线（GPIB、USB、Ethernet/LXI、RS-232、 IEEE1394）和内部总线，即模块化仪器总线（PCI、PCI Express、VXI、PXI、PXI Express）。相比外部总线，内部总线具有更高的总线速率和更低的传输延迟，但所有这些总线都有其独特的优势，将会实现长期共存。所以“混合系统”就成为一个越来越重要的概念，在这样一个系统中用户们可以采用不同总线技术的优势，从而完成他们特定的自动化测试需求。随着不同总线之间的集成和支持变得日益必需，以LabVIEW为代表的软件平台将在这个混合系统中起到至关重要的作用。

图1  总线带宽vs. 延迟

在分立仪器总线中，GPIB 30余年来得到了最广泛的行业支持，市场上可供选择的仪器种类最多，现在仍是工程师们最常用到的仪器控制总线；USB在PC机上具有通用性，是最简便的即插即用总线；Ethernet易于实现网络间的共享，适合分布式和远程监控应用，不过它的挑战在于延迟和数据同步，因此最新LXI标准需要设定2个高等级的规范，合并了LAN和IEEE1588 (必须要额外附加的硬件)来解决同步问题。

再看一下测试测量的内部总线，VXI比GPIB具有更高的带宽，它一出现就得到了军工/航空航天的大量采用，但由于成本较高，所以没有得到其他领域应用；PCI和PCI Express能比VXI达到更高的带宽，而且像LAN、USB一样具有通用性和低成本，因此较适合高性能、且可以集成多仪器的系统；PXI和PXI Express分别是基于PCI和PCI Express的技术，PXI即为PCI eXtensions for Instrumentation，是专为测试任务而优化的CompactPCI。

PXI是1997年由NI公司提出的一个标准，1998年，NI与其他测试设备厂商合作的PXI系统联盟（PXISA）将PXI作为一个开放的工业标准推向市场。时至今日，行业内各大厂商均已推出PXI产品。PXI系统联盟已有70多家企业的加盟和超过1200种产品，提供PXI产品的主要测试测量厂商包括NI、Agilent、Aeroflex以及Advantest等在测试测量领域收益排名前十的公司。PXI的核心就是一个高性能的数据传输总线，背板是高性能的PCI总线，此外还结合了PCI的电气总线特性与CompactPCI的坚固性、模块化及Eurocard机械封装的特性，并增加了专对VXI总线的同步总线和主要软件特性。

图2  分立仪器总线的比较 

根据Frost&Sullivan预测，2005~2010年PXI产品的年均增长率可达到25.1%，VXI的市场增长放缓，只有4.2%。PXI系统的平均价格不到VXI的1/4，而且可以将不同的模块化仪器，例如数字示波器、任意波形发生器、数字万用表以及数据采集卡等集成化，因此已经在市场上形成主流应用。此外，Frost&Sullivan还预计今年基于PXI的测试模块的出货量将达到10100个，而VXI只有3600个。VXI比较适合军用航空领域的高频测试，PXI的应用则广泛得多，包括消费电子、军事/航空航天、汽车、通讯、半导体、医药等诸多领域，一个很好的证明就是Electronic Business杂志在2005年8月的统计显示：世界排名前20位的电子企业中有17家正在使用PXI系统进行它们的测试测量和自动化任务。

值得一提的是，在本次活动中，NI还向媒体介绍了新兴的PXI Express技术。PXI Express将PCI Express技术融合到PXI中，通过在背板使用PCI Express的技术，PXI Express能够将带宽整整提高45倍，从原来PXI的132MB/s提高到现在6GB/s，同时PCI Express强化了背板的定时和同步性能，并保持了和原来PXI模块在软件上的向后兼容性。PXI Express不是PXI的替代产品，而是为了满足更多更高要求的应用（例如高频率分辨率的IF/RF系统、高速数字接口、高通道数据采集、高速图像采集等）推出的基于PCI Express的技术。PXISA于去年5月开始制定PXI Express规格，今年3月NI率先发布了业界首款基于PXI Express的混合插槽机箱和控制器，该机箱能够同时插入基于PXI和PXI Express的模块。可以预见，PXI Express正将模块化的测试测量方式扩展到新的领域，今年7月开始陆续会有新的PXI Express产品面市。

综上所述，我们可以明显地看到，未来的测试测量平台将会是一个结合多种总线的平台，之前提到的各种总线都具有各自的生存空间。当工程师们既要确保现有投资，又要利用最新的技术，在这两者之间力求获得平衡的情况下，以PXI和PXI Express为核心的混合总线测试系统是目前测试测量行业的大势所趋。