總線標(biāo)準(zhǔn)的回顧與展望

從上世紀(jì)70年代推出的專用于儀器控制的GPIB總線，到現(xiàn)在被廣泛使用的USB、VXI、PXI和最新推出的LXI、PXI Express，不斷涌現(xiàn)的新型總線技術(shù)在幫助工程師更快捷高效完成測(cè)量任務(wù)的同時(shí)，也引起了廣泛爭(zhēng)論。在之前上海舉辦的第三屆PXI TAC 2006（2006年P(guān)XI技術(shù)和應(yīng)用論壇）上，NI公司PXI、儀器控制和自動(dòng)化測(cè)試軟件類產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Richard McDonell先生和NI中國(guó)（包括香港區(qū)）市場(chǎng)經(jīng)理朱君女士攜手此次參與論壇的6家PXI聯(lián)盟廠商代表，與媒體共同回顧并展望了總線技術(shù)的發(fā)展歷史，以及PXI在市場(chǎng)中的獨(dú)特定位。

測(cè)量系統(tǒng)的總線技術(shù)主要分為兩類：外部總線，即分立儀器總線（GPIB、USB、Ethernet/LXI、RS-232、 IEEE1394）和內(nèi)部總線，即模塊化儀器總線（PCI、PCI Express、VXI、PXI、PXI Express）。相比外部總線，內(nèi)部總線具有更高的總線速率和更低的傳輸延遲，但所有這些總線都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，將會(huì)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期共存。所以“混合系統(tǒng)”就成為一個(gè)越來(lái)越重要的概念，在這樣一個(gè)系統(tǒng)中用戶們可以采用不同總線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，從而完成他們特定的自動(dòng)化測(cè)試需求。隨著不同總線之間的集成和支持變得日益必需，以LabVIEW為代表的軟件平臺(tái)將在這個(gè)混合系統(tǒng)中起到至關(guān)重要的作用。

圖1  總線帶寬vs. 延遲

在分立儀器總線中，GPIB 30余年來(lái)得到了最廣泛的行業(yè)支持，市場(chǎng)上可供選擇的儀器種類最多，現(xiàn)在仍是工程師們最常用到的儀器控制總線；USB在PC機(jī)上具有通用性，是最簡(jiǎn)便的即插即用總線；Ethernet易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的共享，適合分布式和遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用，不過(guò)它的挑戰(zhàn)在于延遲和數(shù)據(jù)同步，因此最新LXI標(biāo)準(zhǔn)需要設(shè)定2個(gè)高等級(jí)的規(guī)范，合并了LAN和IEEE1588 (必須要額外附加的硬件)來(lái)解決同步問(wèn)題。

再看一下測(cè)試測(cè)量的內(nèi)部總線，VXI比GPIB具有更高的帶寬，它一出現(xiàn)就得到了軍工/航空航天的大量采用，但由于成本較高，所以沒(méi)有得到其他領(lǐng)域應(yīng)用；PCI和PCI Express能比VXI達(dá)到更高的帶寬，而且像LAN、USB一樣具有通用性和低成本，因此較適合高性能、且可以集成多儀器的系統(tǒng)；PXI和PXI Express分別是基于PCI和PCI Express的技術(shù)，PXI即為PCI eXtensions for Instrumentation，是專為測(cè)試任務(wù)而優(yōu)化的CompactPCI。

PXI是1997年由NI公司提出的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，1998年，NI與其他測(cè)試設(shè)備廠商合作的PXI系統(tǒng)聯(lián)盟（PXISA）將PXI作為一個(gè)開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推向市場(chǎng)。時(shí)至今日，行業(yè)內(nèi)各大廠商均已推出PXI產(chǎn)品。PXI系統(tǒng)聯(lián)盟已有70多家企業(yè)的加盟和超過(guò)1200種產(chǎn)品，提供PXI產(chǎn)品的主要測(cè)試測(cè)量廠商包括NI、Agilent、Aeroflex以及Advantest等在測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域收益排名前十的公司。PXI的核心就是一個(gè)高性能的數(shù)據(jù)傳輸總線，背板是高性能的PCI總線，此外還結(jié)合了PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅(jiān)固性、模塊化及Eurocard機(jī)械封裝的特性，并增加了專對(duì)VXI總線的同步總線和主要軟件特性。

圖2  分立儀器總線的比較 

根據(jù)Frost&Sullivan預(yù)測(cè)，2005~2010年P(guān)XI產(chǎn)品的年均增長(zhǎng)率可達(dá)到25.1%，VXI的市場(chǎng)增長(zhǎng)放緩，只有4.2%。PXI系統(tǒng)的平均價(jià)格不到VXI的1/4，而且可以將不同的模塊化儀器，例如數(shù)字示波器、任意波形發(fā)生器、數(shù)字萬(wàn)用表以及數(shù)據(jù)采集卡等集成化，因此已經(jīng)在市場(chǎng)上形成主流應(yīng)用。此外，F(xiàn)rost&Sullivan還預(yù)計(jì)今年基于PXI的測(cè)試模塊的出貨量將達(dá)到10100個(gè)，而VXI只有3600個(gè)。VXI比較適合軍用航空領(lǐng)域的高頻測(cè)試，PXI的應(yīng)用則廣泛得多，包括消費(fèi)電子、軍事/航空航天、汽車、通訊、半導(dǎo)體、醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域，一個(gè)很好的證明就是Electronic Business雜志在2005年8月的統(tǒng)計(jì)顯示：世界排名前20位的電子企業(yè)中有17家正在使用PXI系統(tǒng)進(jìn)行它們的測(cè)試測(cè)量和自動(dòng)化任務(wù)。

值得一提的是，在本次活動(dòng)中，NI還向媒體介紹了新興的PXI Express技術(shù)。PXI Express將PCI Express技術(shù)融合到PXI中，通過(guò)在背板使用PCI Express的技術(shù)，PXI Express能夠?qū)捳岣?5倍，從原來(lái)PXI的132MB/s提高到現(xiàn)在6GB/s，同時(shí)PCI Express強(qiáng)化了背板的定時(shí)和同步性能，并保持了和原來(lái)PXI模塊在軟件上的向后兼容性。PXI Express不是PXI的替代產(chǎn)品，而是為了滿足更多更高要求的應(yīng)用（例如高頻率分辨率的IF/RF系統(tǒng)、高速數(shù)字接口、高通道數(shù)據(jù)采集、高速圖像采集等）推出的基于PCI Express的技術(shù)。PXISA于去年5月開(kāi)始制定PXI Express規(guī)格，今年3月NI率先發(fā)布了業(yè)界首款基于PXI Express的混合插槽機(jī)箱和控制器，該機(jī)箱能夠同時(shí)插入基于PXI和PXI Express的模塊。可以預(yù)見(jiàn)，PXI Express正將模塊化的測(cè)試測(cè)量方式擴(kuò)展到新的領(lǐng)域，今年7月開(kāi)始陸續(xù)會(huì)有新的PXI Express產(chǎn)品面市。

綜上所述，我們可以明顯地看到，未來(lái)的測(cè)試測(cè)量平臺(tái)將會(huì)是一個(gè)結(jié)合多種總線的平臺(tái)，之前提到的各種總線都具有各自的生存空間。當(dāng)工程師們既要確保現(xiàn)有投資，又要利用最新的技術(shù)，在這兩者之間力求獲得平衡的情況下，以PXI和PXI Express為核心的混合總線測(cè)試系統(tǒng)是目前測(cè)試測(cè)量行業(yè)的大勢(shì)所趨。