虚拟仪器技术的进展及如何提升并行处理能力

传统仪器由于将数据处理和分析的过程放在了仪器硬件内部，因此它只能返回一个结果值，这种方式虽然方便，但是却无法满足之前已经叙述过的灵活性的要求。因此，一个更好的测试方式就是直接得到原始数据，再使用专业的分析工具来分析数据，这种方式可以允许工程师们对原始数据进行多次的分析，从而不再需要做多次测试来获得不同的分析结果，节省了时间和成本。

然而，随着采样率的不断提高和通道数的增多，现有的总线带宽能否进行原始数据的实时读取，这是实现很多新兴测试应用之前就需要解决的问题。

现有的PCI总线的数据传达吞吐率可以高达132兆/秒，这个相比其他总线已经属于相当高了，并且还具有最低的延时(图3)。然而它是一个共享资源的总线，也就是说，当多个设备同时在总线上传输数据时，每个设备可享受的带宽会成比例地降低。随着I/O速度和应用要求的提高，这样的架构成为了瓶颈。而新一代的PCI Express技术，它运用了点对点总线的拓扑架构，使每个仪器可以通过独立的通道向处理器传输数据，明显地改善了传输数据的带宽，对内存的需求最少，并加快了数据流的传输(图4)。

图3：总线带宽与延时比较。

图4：PCI与PCI Express总线对比。

众所周知，在通信背板上添加的PCI总线是推动PXI得到快速应用的一个关键因素。现在，随着商用的PC技术从PCI总线发展到PCI Express，PXI也已经将PCI Express结合到PXI标准中，即PXI Express(图5)。PXI Express不仅保留了PXI的定时和同步等特性，还加入了很多新的同步特性，甚至还提供了微分系统时钟，微分信号以及微分星触发等。

图5：PXI Express机箱。

重要的是，PXI Express标准还提供了向后的软件兼容性，这样工程师们就可以充分利用他们在已有软件系统中所开发的成果。此外，NI提供的PXI Express混合插槽可以同时支持PXI和PXI Express两种总线形式的模块，从而更好地保留了过去的投资。

总言之，PCI Express技术的诞生使得虚拟仪器技术可以实现对于数据吞吐率有高要求的应用，例如汽车碰撞测试的高速图像采集或高速数字I/O应用等等。

图6：处理器速度的发展趋势。