PXI技术及其应用

2004年6月B版

简介

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http://www.pxisa.org

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。

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1)。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。

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。

　　图1 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

　　图4 两种不同的组成结构，但是相同的软件标准。在软件方面，与PXI模块的通信方式和与PCI模块的通信方式相同。

PXI远程控制

　　利用MXI-3(Measurement eXtensions for Instrumentation)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84MB PCI-PCI连接桥。在PC启动过程中，它会将PXI系统的所有外设模块当作是PCI设备。

　　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。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PXI系统。

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Pentium III 1.26 GHz处理器，512MB RAM内存，一个硬盘以及标准PC外设接口，如USB，并口和串口。此外，还可以在PXI控制器上安装所选的操作系统， 如Windows 2000/XP或 LabVIEW RT模块。嵌入式控制非常适合便携式系统以及“单机箱”应用，这样的机箱可以很方便地从一个地点移到另一个地点。

PXI外部模块

　　NI提供了100多种不同的PXI模块，自从PXI成为开放的工业标准以来，PXI系统联盟中的其它50多个厂商已提供近1000种模块。

　　PXI可与CompactPCI直接兼容，因此任何3U的CompactPCI模块可直接用于PXI系统。此外， Card/PCMCIA和PMC(PCI Mezzanine Card)卡使用转接模块(Carrier Module)可直接插入PXI系统使用。例如，NI PXI-8221 PC Card Carrier可将Cardbus和PCMCIA设备接入PXI系统。

　　因为PXI还提供了用于和独立式传统仪器或VXI系统通信的标准软硬件，因此它也能帮助确保在独立仪器或VXI系统上的投资。

软件构架

　　因为PXI硬件是基于标准PC技术，如PCI总线以及标准的CPU和外设，用户就可以使用熟悉的标准Windows软件架构。基于Windows的PXI系统的开发和运行也就和基于Windows 的标准PCI系统的开发和运行没有什么不同了。此外， 因为PXI背板使用工业标准的PCI总线，在许多情况下，编写与PXI设备通信的软件程序和编写与PCI模块通信的软件程序是相同的。例如，与NI PXI-6052E多功能数据采集卡进行的通信的软件程序与PC上PCI-6052E的软件程序是一样的。因此，在PC系统和PXI系统之间移植软件时，已有的应用软件程序，例程代码以及编程方法都无需重新编写。

　　对于要求实时的循环速度和无干预操作(没有键盘，鼠标，监视器)的、对时间要求苛刻的应用系统，就需要一个实时的软件构架来替代基于Windows的系统。

系统配置

　　要规划并配置新的PXI系统，最快最简单的方法是使用在线PXI Advisor或PXI/SCXI Advisor。这些配置向导通过向您提出一系列问题来帮助构建新的PXI系统，包括系统控制器、软件、模块、附件和PXI或PXI/SCXI混合机箱。使用PXI PXI Advisor，只需回答一系列简单的问题并逐步选择最适合需要的部件，即可完成整个系统的配置选择。可以打印或导出配置好的PXI系统图片，以作为计划书或设计预览之用。此外，配置向导还提供技术方面的建议，如模块插槽的特殊布置，线缆和终端附件，以及集成的软件包。配置向导使用内含的 (behind-the-scene) 逻辑性能保证系统的兼容性。例如，如果选择了LabVIEW RT(实时)PXI控制器，配置向导会自动把PXI测量模块的选择范围限定在支持LabVIEW RT的产品中。

　　如果配置向导的配置结果令您满意，就可以把配置发给NI的销售工程师下订单，或在线订购产品。如果订购产品时选择NI出厂安装服务 (NI Factory Installation) ，收到将是完全根据配置安装好的PXI系统。在机箱里插入所选的PXI模块，加上内存升级，任何NI应用软件，以及和嵌入式控制器所需的驱动软件。

结语

　　PXI模块化仪器为测量和自动化用户提供了一个坚固的计算机平台，使他们可以充分利用主流PC工业的技术进步。利用标准的PCI总线，PXI模块化仪器系统能够受益于可方便购得的软硬件产品。PXI系统上运行的软件程序和操作系统是广大用户所十分熟悉的，因为它们已被广泛应用于台式PC机上。PXI提供工业化的封装结构，大量的I/O槽以及诸多高级定时和触发功能的特性，以满足各种应用需要 。■