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PXI 与 工业计算机(工控机)的比较(1)

信息来源:gkong.biz  时间:2009-04-19  浏览次数:309

  PXI是什么?
  PXI是一种专为工业数据采集与自动化应用度身定制的模块化仪器平台,具备机械、电气与软件等多方面的专业特性。PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)充分利用了当前最普及的台式计算机的高速标准结构——PCI。PXI规范则是CompactPCI规范的扩展。CompactPCI定义了具备坚固封装的工业版PCI总线架构,在易于安装和拆卸硬件模块的前提下提供优秀的机械整合性。
  因此,PXI产品具有级别更高、定义更严谨的环境一致性指标,符合工业环境下振动、撞击、温度与湿度的极限要求。PXI在CompactPCI的机械规范上强制增加了环境测试过程与主动冷却装置,以简化系统集成并确保不同厂商产品之间的互用性。PXI还在高速PCI总线的基础上补充了专为测量与自动化应用设计的定时与触发特性。
  总的来说,PXI是一种坚固的模块化仪器平台,它提出了基于计算机的高性能标准化测量与自动化方案。以合理的价位提供比原有系统架构出色得多的性能。PXI用户自然地享有很多便利,如低价、易用、灵活的PC技术;开放的工业标准以及与CompactPCI产品的完全互用性。
  PXI系统联盟 (System Alliance)
  PXI平台的标准是由PXI系统联盟维护管理的。该联盟www.pxi.org由超过60家致力于研究PXI的公司组成,主要负责三项工作:
  1、广PXI标准,鼓励更多厂商的产品支持;
  2、维护与CompactPCI的完整互用性的同时,确保PXI产品在机械、电气与软件等各个层面的众厂商互用性;
  3、PXI规范,必要时进行修订,并保证对符合前期PXI规范的产品向下兼容。
  这些工作旨在简化与改善用户对PXI的使用。联盟的首要任务是确保PXI平台内部及PXI平台与其它诸如台式计算机、CompactPCI、VXI等已有平台之间的简易集成性。
  PCI
  PXI平台是基于PCI总线的。PCI总线作为开放的工业标准,在测试与测量工程上具有不少优势。很多为传统计算机开发的设备其都是基于PCI总线的。目前已经有数以千计的PCI设备,而PCI总线本身也采纳了诸多最新的计算技术,得以不断优化。这对PXI意味着可以使用大量的设备元件:
  · 与最常用的操作系统与软件完全兼容
  · 针对于最高速的处理器与总线进行优化,增加数据流量
  一个决定系统流量的关键因素是测量设备与计算机之间的接口总线。尽管系统性能由于处理器速度与系统内存的增加而大幅提升,却依然受到与仪器的外部通信的因素限制。GPIB是最常见的仪器接口总线,但其数据传输速率却比VXI或PCI慢得多。基于VXI的测量系统具有比GPIB高的性能,但用户必须为此付出很高的代价。另一方面,PCI是为新型处理器设计的,能够以比GPIB或VXI都快得多的速度传输数据。
  图 1 总线性能的理论值
  除了增加流量,PCI还能够与所有主要的操作系统兼容。PXI利用这一点将GPIB和VXI也集成到PXI系统。有了这样的开放性,不同厂商开发的PXI设备都可以在一个集成的系统上工作。为了维护这种不同厂商之间的互用性,PXI规范还制定了对软件的要求。最主要的要求之一就是PXI设备必须能在Windows操作系统下工作,并配套驱动软件。这项要求不但维护了厂商的兼容性,还能够加快用户集成和应用开发的速度。旧的系统架构要求每个用户根据一套特定的函数调用方法开发各自的驱动程序。PXI规范将这个负担转移到了设备厂商一方。
  最后,为了完全利用PCI的优势,PXI规范声明所有的PXI设备须和CompactPCI完全兼容。CompactPCI模块与PXI使用相同的封装,而且也是建立在PCI总线上的。PXI增加了更加严格的环境测试,软件要求和一些附加的触发特性。这项严格的兼容性规定意味着当用户的应用不需要所有的模块都具有PXI专有的特性时,可以有更多的模块选择。这还意味着工程师可以将他们已经在使用的CompactPCI模块集成到PXI系统里。
  物理特性
  PXI是一个模块化的平台。系统的物理主机是一个拥有2至31个槽位的机箱,有的机箱还带有内置的显示器和键盘。机箱的第一个槽(Slot 1)是控制器槽。目前可以使用的控制器有很多,最常见的两种是嵌入式控制器和MXI-3总线桥。嵌入式控制器是专为PXI机箱空间设计的常规计算机。MXI-3则是一种能使台式计算机控制PXI机箱的扩展器,我们会在后面的内容中详细描述。机箱中的其它槽位被称为外部设备槽,用于插置功能模块,就像计算机里的PCI槽一样。
  图2 3U PXI 系统的机械配置
  PXI模块的支架和台式计算机的PCI槽有所不同,模块被上下两侧的导轨和“针-孔”式的接插端牢牢的固定住。事实上,PXI采纳了CompactPCI首先启用的“真-孔”式接插端结构。这种由国际电工委员会定义的高密度(2mm间距)阻抗匹配接插端(IEC-1076)提供了在所有情况下可能的最佳性能。这些接插端已经被广泛采纳于高性能的应用,尤其是通信领域。
  在尺寸上,3U的PXI机箱比绝大多数的台式或工业计算机平台更加紧凑,这对于在很多狭小环境下的测试来说是一项重要的特性。各种规格的机箱包含不同数量的槽位。如果经费有限,工程师可以选择槽位恰好够用的机箱。考虑到有时候需要将PXI集成到已有的系统中,其机箱还包含了方便固定到机柜上的设计。PXI机箱小巧的外形也使之成为便携或野外应用的理想选择。除了内置的显示器和键盘,有的机箱还可以使用后备电池的支流电源供电。
  最后,PXI模块化,前插式的结构给维护和升级带来的极大的便利。如果系统中的一个模块需要修理,工程师可以将其取出,而不影响其它任何模块。模块化减少的的停机时间降低了系统寿命内的维护成本。
  电气特性
  PXI的背板提供了一些专为测试和测量工程设计的独到特性。专用的系统时钟用于模块间的同步;8根独立的触发线可以精确同步两个或多个模块;槽与槽之间的局部总线可以节省PCI总线的带宽;最后,可选的星形触发特性适用于极高精度的触发。相比之下,触发线、时钟和局部总线在台式计算机、工业计算机和CompactPCI机箱里都是没有的。
  集成化、可扩展的系统
  通过使用诸如MXI-2和MXI-3这样的远程控制接口技术,PXI系统能够轻易地与已有的测试与测量系统相集成。利用这些接口,工程师既可以享有PXI的优点,同时又避免更换整个系统带来的的高额支出。
  一个PXI系统通过MXI-2连接VXI机箱,就像有一个VXI嵌入式控制器直接插入了VXI背板一样。工程师可以由PXI控制器设置所有的系统设备并与之通信,从而将一个已有的VXI系统合并到一个新的PXI系统中。工程师们可以根据需要逐步的将他们的VXI系统升级到PXI。
  使用MXI-3,台式计算机上的CPU可以透明地设置和控制PXI/CompactPCI模块。在BIOS和操作系统看来,PXI模块就像插在PC上的PCI板卡一样。MXI-3和PXI机箱合起来是扩展系统I/O的一个极佳选择。从结构上说,MXI-3是一个PCI到PCI的桥(PCI-PCI bridge)。一块PCI MXI-3板卡插在台式计算机上,并与插在PXI机箱控制器槽内的PXI MXI-3模块通过电缆相连,实现通信。

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