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PXI 進入 Express 時代

( 01 Oct 2005 )
Jon Titus, ECN資深技術編輯

如果負責測試與測量的工程師還沒有用 PXI 匯流排來幫助解決測量問題，那麼至少已經聽說過這個東西了。自 1998 年 PXI（儀器的 PCI 擴展）匯流排問世以來，各家公司推出與 PXI 有關的產品超過 1200 件，如儀器模組、控制器、機箱、電纜、介面、電源和軟體（圖 1）。

儘管 PXI 匯流排有 132 M 位元組/秒的頻寬，但機器視覺或視訊流系統中可能會需要更高的資料傳輸速度。National Instruments 公司產品行銷主管 Eric Starloff 解釋，為滿足這些需求，開發人員必須依靠專有的匯流排來傳輸資料。這種情況很快就會得到改善。

為了增加桌上型電腦匯流排通訊的頻寬，電腦製造商使用了 PCI Express 匯流排，這是資料密集型圖形應用的必然結果。“Express”擴展增加了高速信號線，它在一種類似網路架構上進行通訊。PCI Express 匯流排在串列式低電壓差動訊號（LVDS）“通道”上以高達 6G 位元組/秒的速度傳輸資料包。Compact PCI（cPCI）匯流排的工業用戶也會很快跟上，即採用 cPCI Express 標準。因為 PXI 設備是按照 cPCI 匯流排規範建立，所以 PXI 社團也將採用相同的標準，名為 PXI Express。

Loofie Gutterman 是 PXI 系統聯盟（PXISA）的總裁，他解釋，該組織已經與 PICMG 展開緊密合作，保證 PICMG 集團的 cPCI Express 規範能夠滿足 PXI 供應商和用戶的需求。PXISA 應該在今年底前推出 PXI Express 規格，Gutterman 預計供應商將在 2006 年中提供 PXI Express卡。

現在的 PXI 用戶和供應商也無需擔憂。PXI Express 規格將會維護軟體投資，標準 PXI 與 PXI Express 卡可以在同一系統中工作。PXI 卡有容納更多匯流排信號的空間，因此新的背板可以同時接受不同匯流排上的 PXI 和 PXI Express 信號。模組製造商可以提供能插入 PXI、PXI Express 或兩者匯流排的儀器與 I/O 控制器。

單個模組將使用 PCI 或 PCI Express 指令與 0 槽控制器進行通訊（圖 2），但兩個匯流排不會互相直接通訊。National Instruments 公司 PXI 行銷部門經理 Greg Caesar 解釋，當 CPU 獲得資料時，它可以將其傳送到兩個匯流排上，從而鏈結起 PXI 和 PXI Express 模組。

工程師會注意到，PXI 和 PXI Express 模組之間沒有區別，因為萬能的 cPCI Express 規格能提供對舊產品的後向相容性。因此，PXI 和 PXI Express 模組的用戶不必在軟體中作區分。NI 公司的 Greg Caesar 表示：“第一款 PXI Express 模組提供一個到桌上型儀器的介面。現有的 IEEE 488 PXI 驅動程式可以立即用於新的 PXI Express 模組上，因此開發者不必考慮軟體修訂問題。”

工程師們看到的第一款 PXI Express 模組預計會提供高速通訊埠、射頻儀器、示波器和數位化儀，都是那些在資料匯流排上需要大通訊頻寬的儀器。當然，開發人員要使用這些模組，必須購買新的系統控制器，以及提供 PXI Express 信號的背板。

某些儀器可能永遠不需要超過標準 PXI 的頻寬，如低頻寬計數器和 DMM。Pickering Interfaces 的 Bob Stasonis 表示：限制交換模組運行速度的是機械繼電器的切換時間，而不是 PXI 匯流排頻寬。

由於系統開發人員都試圖同時獲得 PXI 和 PXI Express 模組的好處，所以機架與背板供應商必須提供可以支援標準 PXI、PXI Express 的插槽組合，或同時支援兩種類型的模組。這種混合式方法也產生了一個有趣的問題。Pickering Interfaces 的 Stasonis 問：“供應商該把 PXI Express 槽放在哪？假設你空出 18 槽機架中的最後三個槽，但每個 PXI Express 模組會占兩個槽。這樣最終會擋住一些 PXI Express 插槽。”背板與機架供應商必須提供各種插卡-連接器的配置方法。更大可能工作得更好
開發人員可能發現，用更大的 6U 尺寸 PXI（233 mm 高）可能解決“阻擋插槽”的問題，而不是用常見的 3U 卡（100 mm 高）。這兩種卡的深度是一樣的，都是 160 mm。Stasonis 表示，需要三個 3U 插槽的 PXI 模組有可能適合於一個單槽 6U 模組。但他也說，客戶並不迫切需要 6U 模組。

Tracewell 系統公司的副總裁 Matt Tracewell 說：“在軍用與航空航太市場上，我們看到 6U 模組的應用在增長。有些系統結合了 3U 和 6U PXI 模組。”新型綜合性儀器需要 6U 模組，因而在一個公用機箱內實現 6U 與 3U 模組的組合就有其意義（圖 3）。

在 PXI 社團中，有一個獨立的團體在開發 6U 多功能卡，如 Acqiris、SEI、Geotest 和其他公司。另一方面，許多供應商會繼續提供 3U 尺寸的模組。PXIT 的銷售與行銷執行官 Dylan McCarthy 認為：“我們的所有產品都用 3U 模組。客戶絕對更喜歡 3U 機架，所以如果必須擴展模組的功能，就把它放大到佔用兩個或三個插槽。”

許多供應商都提供遵守 cPCI 規格的 3U 和 6U 模組，特別是在電信市場上。儘管這些 cPCI 卡缺乏 PXI 匯流排的專用觸發和時序功能，但它們仍可以在 PXI 系統上運行。因此，如果你需要某個 cPCI 模組上的功能，並且不需要獨有的 PXI 功能，可以在 PXI 系統中同時插入 3U 和 6U cPCI 卡。

有新有舊
工程師們除了要評估 6U PXI 模組以外，還必須考慮非 PXI 的儀器。儘管 PXI 供應商眾多，但並不能保證工程師能在 PXI 模組中找到自己需要的每種功能。許多 PXI 系統都是混合了 VXI、機架與堆疊式或其他形式的測量設備（圖 4）。當工程師升級一個系統，卻沒有資金替換陳舊卻仍在使用的設備時，這種混合匹配的方法就顯示出自己的意義。在混合系統中，舊設備還可以繼續發揮自己的作用，而 PXI 模組可提供新的測量功能。

即使基於 IEE488 標準的設備也能繼續滿足 PXI 系統的測試需求。某些情況下，PXI 模組只能對一個特殊要求作出應答，如提供大功率驅動外部設備。而通過一個 IEEE 488 埠控制的外部電源就可以完成這個任務。

PXI 與 PXI Express 為設計與更新測試測量系統的工程師提供了更多的選擇。但他們選擇儀器的前提沒變，即要在預算內根據需要的功能作出選擇。我們可以預期，今後可能會看到包括 PXI、PXI Express、VXI、IEEE 488 和桌上型儀器的測試系統。
進一步的閱讀資料

有關 PCI Express 的簡介，請見：arstechnica.com/articles/paedia/hardware/pcie.ars/
"What is PXI" National Instruments. zone.ni.com

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