仪器总线技术概览

VXI和PCI/PXI

VXI (VMEbus eXtensions for Instrumentation) 是最早引入模块化仪器概念的总线，它成功地减小了传统仪器系统的尺寸并提高了系统集成化的水平，主要用于满足高端自动化测试应用的需要，并已成功应用于军 用航空的测试和制造业的测试等。然而，由于VXI价格昂贵且基于过时的VME总线，而现代计算机又不支持这种总线结构；伴随着PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)总线的推出，VXI的市场份额逐渐的在减小，而PXI的增长却势不可挡，早已在数年前超过VXI成为模块化测试测量的主 流技术。PXI因为基于成熟的PCI总线技术，和VXI相比，具有更快的总线传输速率(132MB/s vs 40MB/s)，更小的体积以及更好的性能价格比。此外，PXI能够提供纳秒级的定时和同步功能以及坚固的工业特性。最后，得益于软件的灵活性和不断更新 的模块化硬件，用户可以最少的投资随时升级整个测试系统。如此优良的扩展性，灵活的软件架构使得基于PXI模块化仪器平台的系统集成变得更加的普遍。

PCI Express

现在基于PC的测试应用对于总线带宽的要求越来越高，即使132MB/s的PCI总线带宽也难以满足许多新兴应用的需求。因此PCI-SIG(PCI总线 标准的制订实体)推出了新一代的高速内部总线：PCI Express。作为对PCI总线的一个革新，PCI Express保持了与PCI总线的软件兼容性，并用高速串行总线代替了传统的并行总线。PCI Express通过多通道差分信号来实现双向数字的传输，每一个传输方向的一个通道就可提供250MB/s的带宽，组合多个通道(x16)最高可达4GB /s的传输速率。与PCI总线上所有设备共享带宽的方式不同的是，每个PCI Express设备都享有一个专用的带宽来保证数据通路的畅通无阻(见图3)。此外，PCI Express因为采用了先进的软件架构完全确保了和现有PCI的软件兼容性。据权威机构预测，PCI Express的核心芯片(PCI Express x4 Switch)的成本将在2008年降到大约每片2.4美金，同时借鉴PCI总线在现今市场的巨大成功，因此很多专家都预测PCI Express将在未来成为高速总线的主流趋势。

对于测试测量领域而言，PCI Express总线的推出使得许多高速的测试应用变为可能，例如每秒高达几百帧的图像采集与存储、上GHz的数字化仪和信号发生器，数字通讯协议的测试与 验证等等，因此我们有理由预见PCI Express总线将在未来成为新一代的模块化仪器总线，为工程师们带来更高的性能和更快的速度。

图3：所有PCI Express插槽具有专用的带宽来连接PC内存，无需像传统PCI那样共享带宽

PXI Express

使用成熟的PCI技术大幅推动了PXI总线的发展，使得PXI在测试测量领域被广泛的应用。如今将最新的PCI Express技术融入到PXI的标准中，使得新型的PXI Express总线可以帮助工程师满足更多的应用需求。PXISA官方组织已在2005年第三季度正式推出了PXI Express的软硬件标准，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，同时保持了和原来PXI模块在软硬件上的兼容性。如此性能 的提升，使得PXI Express能够进入到更多以往被专用仪器所统制的一些应用领域，如中频乃至射频的数字化仪、通讯协议的验证等。由于PCI Express和PCI之间的软件兼容性，PXI Express同样可以沿用以往PXI提供的标准软件架构。为了提供硬件的兼容性，最新的CompactPCI Express的标准定义了混合的插槽用来同时支持基于PCI或PCI Express架构的模块。通过融合最先进的商业技术：PCI Express，我们将在不久的未来看到全新模块化仪器总线PXI Express为用户带来的先进技术和高速性能。

软件是核心 —— 使用统一的软件平台

混合系统作为测试测量领域的发展趋势，使用户能够不仅享受模块化仪器的高速和灵活性，同时能使用现有的分立式仪器进行一 些特殊的测量。而软件对于这样多厂商，多总线的混合系统显得尤为的重要。拥有一个统一的软件架构能够大大简化系统编程的复杂性，并避免不同仪器之间带来的 兼容性问题。

在图1的混合系统中，底层的硬件使用了包含PXI、GPIB、LXI等多种测试总线，而在上层却是一个由测量和控制服务 层和应用开发层组成的统一的软件架构。测量和控制服务层包含灵活的设备驱动，用于连接软件和硬件并简化硬件配置部分的测试代码。为了将硬件无缝的集成到软 件中去，工程师们希望能够有高性能、易于编程且持续可升级的API来帮助开发。VISA(Virtual Instrumentation Software Architecture)标准就是提供了这样一种通用的API，负责和驱动软件进行通讯，并且独立于您所使用的仪器总线。无论是使用PXI, VXI, GPIB, LAN还是LXI总线，VISA都提供了标准的函数库和仪器进行通讯，同时从软件上保证了总线之间的互换性。此外，网上超过4000种可供下载的仪器驱动 可以帮助您简化仪器功能的复杂性，快速的开发仪器驱动应用。作为仪器驱动的另一种标准，IVI(Interchangeable Virtual Instrument)标准定义了通用仪器的互换性，对于一些指定的仪器类，如示波器，信号源等，您可以随意的将现在使用的仪器换成一台其他生产厂家、甚 至是其他总线的另一台同类的仪器，而不需要修改任何的软件测试代码。

在应用开发层，开发者总是希望使用符合行业标准的软件开发环境来进行整个系统软件的开发。LabVIEW作为一个专为测 试测量设计的编程语言，使用了工程师们最熟悉的图形化的编程方式，能够帮助用户高效和快速的开发测试应用。伴随着LabVIEW 8的推出，使用LabVIEW进行数据采集和仪器控制的功能被进一步的加强，最新的项目管理和分布式智能更是适合混合测试系统的软件开发。目 前，LabVIEW已逐渐地成为测试测量行业标准的软件开发平台。当然，除了LabVIEW，用户也可以根据自己的喜好，选择其他的编程语言，如 LabWindows/CVI，VB，C++等进行开发。

软件就是核心，LabVIEW加上标准的测量和控制服务(如VISA, IVI等)就构成了这样一个统一的软件平台，帮助工程师简化软件的复杂性，更好的发挥混合测试系统的强大功能。

总结

在当今的测试测量领域，无论是经久不衰的传统仪器总线，还是新型高速的模块化仪器总线技术，都会在未来共存，或许只是市场份额大小和应用需求不同的 分别。我们也将看到越来越多的基于多种总线的混合测试系统，工程师们最终在乎的不再是使用何种总线，而是无论使用任何总线，软件上都能予以支持并且能更高 效和快速的开发相关的应用。因此，拥有一个标准的软件平台就显得至关重要，它能够帮助简化总线变化带来的复杂性，并充分发挥不同总线的优势，让用户感觉就 像在一个平台下进行开发那样的简单和快捷。