PXI概述

PXI总线系统概述随着广大仪器及自动设备用户对易于集成和使用的紧凑通用系统的性能、功能和可靠性要求的不断增长，由美国NI等几家公司于1997年推出了测控仪器总线标准PXI总线标准。

PXI（PCIextensions for Instrumentatilon），它是CompactPCI在仪器领域的扩展。

PXI技术采用了不少现存工业标准以较低价格获取大量可用的元件。

最重要的是，通过保持与工业标准个人计算机软件的兼容性，PXI允许工业用户使用他们所熟悉的软件工具和环境。

PXI直接引用了被广泛采用的PCI规范所定义的电气特征。

它还采用了CompactPCIr 的外形结构，包括PCI电气规范、通用的Eurocard结构和高性能的连接器。

这允许CompactPCI和PXI系统可以有7个外设插槽，而桌面PCI系统只有4个外设插槽。

通过采用PCI-PCI桥构成多总线段可以组建具有更多插槽的系统。

例如采用单个PCI-PCI桥可以构建一个13插槽的PXI系统。

PXI规范通过在电气规范中增加触发、本地总线和系统时钟能力以满足仪器系统应用对更高性能的要求。

PXI还提供了与CompactPCI产品的互操作能力。

通过以坚固耐用的形式实现桌面PCI，PXI可以利用大量现成的工业标准软件。

桌面PC用户可以使用不同层次的软件，从操作系统到低级的器件驱动程序再到高级的仪器驱动程序直到完整的图形用户程序接口。

所有这些层次的软件都可以在PXI系统中使用。

PXI为整个系统定义了软件框架，所有的PXI外设模块都要求适当的仪器驱动软件以方便系统集成。

另外，PXI还采用了虚拟仪器软件体系结构（VISA）。

VISA被用于定义串行、VXI和GP-IB外设模块驱动程序并与其通信。

PXI对VISA进行扩展，除上述接口外VISA还用于定位和控制PXI外设模块。

该扩展保持了被仪器界采用的仪器软件模式。

其结果是拥有了一大批跨越PXI、CompactPCI、桌面PCI、VXI、GPIB和其他仪器体系结构的软件人员。

PXI总线是PCI总线的增强与扩展，并与现有工业标准CompactPCI兼容，它在相同插件底板中提供不同厂商产品的互联与操作。

作为一种开放的仪器结构，PXI提供了在VXI以外的另一种选择，满足了希望以比较低的价格获得高性能模块仪器的顾客的需求。

电气规范许多仪器应用所要求的系统定时能力不能由标准桌面计算机主板总线如ISA、PCI或PCMCIA直接实现。

PXI采用标准PCI总线，在其基础上增加了仪器应用所需要的特定信号包括总线式触发信号、指向槽的触发信号、一个专用的系统参考时钟以及插槽到插槽的本地总线以满足高级定时、同步和单边通信的需要。

PXI提供了与桌面PCI规范所规定相同的性能，只有以下一点例外。

PXI系统每个33MHZ总线段可以有8个插槽，而桌面PCI系统每个33MHZ 总线段只能有最多不超过5个插槽。

同样，PXI系统每个66MHZ总线段可以有5个插槽，而桌面PCI系统每个66MHZ总线段只能有最多不超过3个插槽。

PXI具备的PCI特征主要有：33MHZ/66MHZ性能；32位和64位数据传输；132Mbytes/s支528Mbytes/s的峰值数据率；通过PCI-PCI桥的系统扩展；3.3V工作电压；即插即用能力。

所有这些总线位于PXI总线位于PXI总线背板，其中星型总线是在系统槽右侧第一个仪器模块槽与其它6个仪器槽之间分别配置了一条唯一确定的触发线形成的。

机械结构与VXI规范的要求相似，PXI规范定义了一个包括电源系统、冷却系统和安插模块槽位的一个标准机箱。

PXI在机械结构方面与CompactPCI 的要求基本相同，采用ANSI310-C、IEC-297和IEEE1101.1等在工业环境下具有很长应用历史的Eurocard规范，支持3U和6U两种模块尺寸，它们分别与VXIbus的A尺寸和B尺寸相同。

PXI支持两种Eurocard尺寸的模块：3U，100×160㎜；6U，233.35×160㎜。

3U卡可以有J1、J2两个总线接口连接器，J1包括32位PCI本地总线信号，J2包括64位PCI数据传所需的信号和用于实现PCI电气特征的信号。

6U卡还可以有另外两个J3和J4连接器，这两个连接器被PXI规范保留作将来扩展之用。

PXI系同主要由为PXI背板提供支持的机箱构成，PXI背板提供支持PXI总线系统控制器模块和外设模块的手段。

机箱必须具有一个系统插槽和一个或多个外设插槽。

系统槽位于机箱左侧，在系统的左边可以有任意个数的控制扩展槽。

如果使用可选的星型触发控制器，它必须从右侧紧贴系统控制器模块来作用，为其他外围模块提供非常精确的触发信号。

如果不使用星型触发控制器，外调模块可以紧靠系统控制器模块作用。

PXI背板上装有总线连接器P1、P2等，并且提供系统控制器和外设模块间的互连。

在一个33MHZ PXI总线段最多可以有7个外设插槽，而在一个66 MHZ PXI总线段最多只能有4个外设插槽。

为了增加PXI总线段，具备更多的扩展插槽，可以使用PCI-PCI桥。

软件体系结构与其它总线体系结构类似，PXI规定了使多个厂家的产品在硬件接口级共同工作的标准。

然而和其它规范不同的是，PXI在总线级电气要求的基础上还规定了软件要求以进一步方便系统集成。

这些要求包括对标准操作系统框架如Windows95、Windows98、WindowsNT和Windows2000（WIN32）的支持，以及对由VXIplug&play系统联盟开发的仪器软件标准（VPP、VISA）的支持。

所有的外设模块还需要有适当的驱动程序。

PXI规范制定了把Windows 2000/98（WIN32）作为PXI系统软件框架。

操作系统框架包括微软的Windows95、Windows98、Windows NT和Windows 2000。

工作在任何框架下的PXI系统控制器必须支持现成的其它操作系统并且将来可以升级。

这个要求的好处是PXI系统控制器因此也能支持现在广泛使用的工业标准应用编程接口，如Microsoft和BorlandC++、Visual Basic、Lab VIEW和Lab Windows/CVI。

PXI还要求所有的外设模块具有运行在相应框架下的仪器驱动程序软件。

PXI标准要求所有厂商都要为积极开发的测试仪器模块开发相应的软件驱动程序，从而使用户从繁琐的仪器驱动程序工作中解脱出来。

其他没有软件标准的工业总线的硬件供应商通常都不为其设备提供软件驱动程序，而只是给用户提供一本描写如何编写软件控制设备的手册。

这样一来用户就需要付出巨大的努力才能支持这些设备。

PXI通过要求厂商而不是用户来开发设备的驱动程序从而省去了用户的一个巨大负担。

PXI规范要求PXI系统同定位和控制GPIB、VXI和serial仪器一样提供对VISA软件标准的支持。

通过对VISA的支持PXI保护了仪器用户在软件上投资。

VISA提供了由PXI到VXI机箱和仪器，再到独立的GPIB 和串行仪器的连接。

VISA提供了一种在用户系统中定位、配置和控制PXI 模块的标准机制。

PXI规范还要外设模块和机箱供应商提供特定的软件模块。

如完成定义系统设置和系统性能的初始化文件必须随PXI组件一起提供。

系统软件使用这些信息以确保对系统进行恰当的配置。

PXI (PCI eXtensiONs for InSTrumentation，面向仪器系统的PCI扩展) 是一种坚固的基于PC的测量和自动化平台。

PXI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，并增加了专门的同步总线和主要软件特性。

这使它成为测量和自动化系统的高性能、低成本运载平台。

这些系统可用于诸如制造测试、军事和航空、机器监控、汽车生产及工业测试等各种领域中。

PXI在1997年完成开发，并在1998年正式推出，它是为了满足日益增加的对复杂仪器系统的需求而推出的一种开放式工业标准。

如今，PXI标准由PXI系统联盟（PXISA）所管理。

该联盟由60多家有公司组成，共同推广PXI标准，确保PXI的互换性，并维护PXI规范。

要了解有关PXISA更多的信息，包括PXI规范，请访问PXISA的网站/硬件构架PXI系统由三个基本部分组成：机箱，系统控制器和外设模块。

图2 带有内嵌式系统控制器和7个外设模块的标准8槽式PXI机箱PXI机箱机箱为系统提供了坚固的模块化封装结构。

按尺寸不同，机箱有4槽到18槽不等，并且还可以有一些专门特性，如DC电源和集成式信号调理。

机箱具有高性能PXI背板，它包括PCI总线，定时和触发总线（如图3）。

这些定时和触发总线使用户可以开发出需要精确同步的应用系统。

有关XI定时和触发总线功能的更多信息,请参看/specs.htm中2.2节的PXI硬件规范。

图3 PXI定时和触发总线。

PXI在背板上结合了工业标准的PC部件(如PCI总线)和高级的触发和同步扩展PXI控制器正如PXI硬件规范所定义的，所有PXI机箱包含一个插于机箱最左端插槽（插槽1）的系统控制器。

可选的控制器有标准桌面PC的远程控制，也有包含Microsoft操作系统（如Windows2000/XP）或实时操作系统（如LabVIEW RT）的高性能嵌入式控制。

PXI远程控制利用MXI-3（MeasurementeXtensionsforInstrumentation）接口工具，PXI系统可以通过透明、高速的串口连接被PC或其它PXI系统直接控制。

MXI-3接口工具包提供从PC到PXI机箱的84MBPCI-PCI连接桥。

在PC启动过程中，它会将您PXI系统的所有外设模块当作是PCI设备。

图4 通过MXI-3实现的远程控制功能可以让PC来控制PXI以及多机箱PXI系统。

可使用低成本的铜线，也可使用电隔离的光纤连接。

MXI-3在构架上是透明的，因此它无需额外的编程。

通过PC远程控制一个PXI系统，用户可以最低的成本最大化处理器的性能。

您可以任意购买一台标准的PC，然后利用铜线或光纤MXI-3串口连接并远程控制您的PXI系统。

如图2所示，多机箱PXI系统也可以利用MXI-3。

利用MXI-3连接，您可以通过菊花连接(daisy-chain)或星形拓扑结构来建立多机箱系统。

要了解有关多机箱配置拓扑结构的更多信息，请查阅MXI-3 User Manual (使用手册)。

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机箱提供一套完整的系统。

典型的PXI嵌入式控制器使用小型的、适合PXI结构的标准PC部件。

例如，NI PXI-8176控制器有PentiumIII1.26GHz处理器，512MBRAM内存，一个硬盘以及标准PC外设接口，如USB，并口和串口。