PCI Express推動虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展

高速PC總線技術(shù)為高性能虛擬儀器系統(tǒng)提供了所需的帶寬。隨著商業(yè)化總線技術(shù)在性能上的提高，虛擬儀器技術(shù)的功能也隨之增強。近十年來，PCI Express標準概述白皮書>PCI總線已成為高帶寬、即插即用外設(shè)的標準?，F(xiàn)今，速度更快的測量設(shè)備需要有更寬的帶寬來把數(shù)據(jù)傳送到PC內(nèi)存，從而可充分利用現(xiàn)代處理器的強大處理能力。設(shè)備需要有更快的速度和更高的擴展性，為了滿足這一需要，PC和外設(shè)廠商已開發(fā)出新一代PCI技術(shù)?D?DPCI Express，并已開始在產(chǎn)品中采用這一技術(shù)。

PCI Express的廣泛實用性、高性能和低成本使它非常適合用于測試和測量應(yīng)用，虛擬儀器技術(shù)能充分利用PCI Express在帶寬和可擴展性上的巨大改進，并同時保持和已有軟件的兼容性。

PCI Express把帶寬提高了幾個數(shù)量級

; 總線帶寬的重要性常常被忽視，因為大家更注意處理器速度、模擬-數(shù)字速度和器件帶寬等。然而，對于實時分析和觀察數(shù)據(jù)，總線帶寬則決定了您能以多快的速度把數(shù)據(jù)傳送到PC內(nèi)存中?？偩€類似于汽車的傳動方式?D?D沒有它就無法把發(fā)動機的功率傳遞到路面上。正因為總線帶寬不夠，所以許多高速儀器才需要昂貴的板載內(nèi)存。PCI Express克服了目前包括傳統(tǒng)PCI等其它外圍總線的限制。最初的PCI Express規(guī)范是在PC上實現(xiàn)的，現(xiàn)在的設(shè)備能提供比32位、33MHz PCI高30倍的帶寬。隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，帶寬可望再提高4倍直到達到銅線中信號帶寬的實際限制。

以太網(wǎng)、USB和傳統(tǒng)PCI總線采用共享總線拓撲結(jié)構(gòu)?D?D總線上所有設(shè)備共享相同固定大小的帶寬。由于這樣的限制，像PCI千兆網(wǎng)卡這樣的高帶寬設(shè)備會獨占總線帶寬，從而阻塞總線上其它設(shè)備。PCI Express采用共享式轉(zhuǎn)換拓撲結(jié)構(gòu)來代替共享式總線，這樣在點對點的構(gòu)架中設(shè)備可以彼此互連或和處理器相連。這樣就可以通過為每個PCI Express插槽提供專用數(shù)據(jù)通道來防止設(shè)備獨占帶寬。PCI Express的帶寬不像傳統(tǒng)PCI，它具有可伸縮性，因而設(shè)備廠商可以增加帶寬通路來提高帶寬，從而最好地滿足設(shè)備需要。

PCI Express技術(shù)內(nèi)幕

在新的PCI Express架構(gòu)中，數(shù)據(jù)通過成對的發(fā)送和接收線來串行傳送數(shù)據(jù)包，這些線對被稱為通路，在單方向上它具有250MB/s帶寬。就像高速路上的車道一樣，您可以把通路進行組合來提高數(shù)據(jù)的流量。最為常用的通路設(shè)置是x1、x4、x8和x16。帶寬直接和通路數(shù)呈比例，因此使用兩倍信號對的設(shè)備就有兩倍的通路，也就能提供兩倍的帶寬。

利用串行數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)，PCI Express比傳統(tǒng)PCI總線的并行結(jié)構(gòu)實現(xiàn)起來更容易和成本更低。例如，傳統(tǒng)64位PCI-X總線在多層板卡上需要127 根針腳，而比它高2倍帶寬的x4 PCI Express插槽只需要16根針腳。此外，隨著這種技術(shù)被廣泛采用，PCI Express芯片組的價格將不斷被降低。

硬件和軟件的兼容性

PCI Express利用高速(2.5GB/s)串口總線代替了傳統(tǒng)PCI物理總線。由于結(jié)構(gòu)上的改變，連接頭本身并不兼容。然而，為了使傳統(tǒng)PCI能過渡到PCI Express，大多數(shù)計算機主板都提供PCI和PCI Express接頭的混合方式。PCI Express規(guī)范也保證了帶有較小接頭的設(shè)備可以用“擴展”接頭來插入主板上較大的槽口，從而提高了硬件的兼容性和靈活性。

PCI Express 也確保了軟件的兼容性。PCI Express設(shè)備的配置空間和編程方式與傳統(tǒng)PCI方式?jīng)]有什么改變。實際上，您無需改變PCI Express的結(jié)構(gòu)就可以啟動所有的操作系統(tǒng)。在計算機啟動時，操作系統(tǒng)會檢測所有已安裝的PCI Express設(shè)備，然后分配系統(tǒng)資源，如內(nèi)存I/O空間和中斷，從而建立起最佳的系統(tǒng)環(huán)境。由于PCI Express物理層是對于應(yīng)用軟件

透明的，因此傳統(tǒng)PCI設(shè)備編寫的程序無需更改就可在PCI Express上運行并保持同樣的功能，而且您還可以在同一系統(tǒng)中同時使用PCI和PCI Express。PCI Express對PCI的軟件向后兼容性對于保護廠商和用戶的軟件投資是十分關(guān)鍵的。

NI PCI Express設(shè)備

NI首先推出了業(yè)界第一款用于PCI Express的GPIB、圖形采集和數(shù)據(jù)采集設(shè)備。NI PCIe-GPIB是具有x1 PCI Express接頭的GPIB控制器。NI PCIe-1429是x4設(shè)備，使用Camera Link攝像機來采集圖像，它是業(yè)界最快的圖像采集設(shè)備，圖像數(shù)據(jù)流高達680 MB/s(相當(dāng)于CD-ROM每秒的數(shù)據(jù)傳輸率)。新款NI PCIe-6251和NI PCIe-6259是M系列數(shù)據(jù)采集設(shè)備，它們能提供高達16位的32個通道，1.25MS/s的模擬輸入以及10MHz的數(shù)字I/O和四個通道的16位、2.8MS/s模擬輸出。在您通過x1接口和P

C內(nèi)存交換數(shù)據(jù)時，可以同時運行所有I/O。

所有NI PCI Express設(shè)備都可向后兼容同等PCI設(shè)備的軟件。例如，使用NI LabVIEW和NI-DAQmx驅(qū)動軟件為NI PCI-6251數(shù)據(jù)采集設(shè)備編寫的軟件可以無需修改就在NI PCIe-6251設(shè)備上運行，從而在您為了滿足未來的需要對硬件投資的同時保護了您在軟件上的投資。PXI系統(tǒng)聯(lián)盟也開始在PXI中采用PCI Express來建立PXI Express?，F(xiàn)在PXI系統(tǒng)和設(shè)備可以受益于PCI Express提高后的帶寬，特別是對于大數(shù)據(jù)量的設(shè)備如高速數(shù)字化儀和數(shù)字I/O設(shè)備。