充分利用PXI特性构建测试系统

PXI结构五年前由美国NI公司提出，如今已在测试设备上得到广泛使用。本文主要介绍PXI总线结构，以及它能给测试工程师带来什么样的好处，希望工程师们能从中进一步了解如何充分利用该技术的所有特性。

没有任何一种通用测试系统能够全面满足速度、精度、可靠性、升级性以及预算等各方面的要求，测试系统必须根据不同的应用进行改进。在许多场合，设计测试系统最后得到的结果要么体积大、成本高，要么对技术要求高，实际上在与用户讨论这一问题时，他们只要测试系统的硬软件结构能刚好满足测试工程师们的要求就可以了。根据这种需求，PXI(仪器用PCI扩展总线)设备制造商们希望通过努力实现这种“刚好够用”的测试理念。利用PXI可以做出小巧结实的测试系统，并使成本保持在一个很低的水平。

PXI结构

PXI结构最初是在1997年由美国National Instruments公司提出，该公司当时想找一种方案开发低成本测试系统，同时还要坚固耐用并在多个工业领域都能满足生产和现场测试的要求。

业界利用PC插卡已开发出了多种设备，经过15年时间，PC插卡仪器市场也已相当成熟，有很多种类可供选择，而PCI结构作为目前PC机主导架构，在测试方面具有非常优越的性能，如数据采集。然而PC插卡有一些严重的局限。首先，平均每台PC机一般只有四五个PCI插槽，这就限制了仪器的数目；其次，PC机的设计使得插卡更换很困难，而且大多数PC不够牢固，经多次更换或更新后可能造成机械故障；再次，还可能会有电气噪声，并且冷却性能也不好；最后，标准PC结构很难完成如触发和仪器内部通信之类的测试要求。

在这些考虑下，PXI采用CompactPCI形式并加以改进。CompactPCI使用标准PCI卡，对机械和电气布局进行了重新设计使之采用EuroCard形式，以便在测试环境中更好地工作。CompactPCI在通信和工业计算机领域得到广泛使用，它和其后的PXI本质上都是以前使用的PCI插卡，只是采用EuroCard形式而己。

图1是一台典型的PXI插卡仪器。一个3U仪器的线路板面积大约为24平方英寸，而一个6U卡差不多为58平方英寸，该尺寸比VXI或其它单独的仪器都小，因此可减小测试系统的尺寸并大大增强测试能力。

和标准PC插卡相比，PXI在右边有一排垂直连接触点，可以增加插卡的数量并提高电气性能，此外其水平式插入布局使得在现场或工厂可以快速更换。

PXI一般比标准PC系统支持的测试仪器要多，其连接部分的电气性能经过改进，每个总线段可容纳7个仪器，而标准PC只有4个。PXI机架采用标准的19"导轨式固定单元，每个单元可支持19个仪器。

就像VXI采用VME技术一样，PXI采用的是PCI技术，图2是该结构方框图。图中可以看到所有PXI设备使用公用的10MHz时钟，这样可以进行一致的测量和激励。另外有两条触发总线，一条总线有8条TTL线，也是所有仪器共用，另一条是星形总线，分别用一条线连到每个仪器的星形总线控制器中，用于精确进行单独触发。最后，还有一个13线局域总线在仪器之间形成雏菊链接，用于仪器内部通信。下面是详细的介绍。

局域总线

PXI局域总线是一条雏菊链总线，它将每个外围插槽按左右相邻位置进行链接，也即每个外围插槽的右局域总线连到相邻插槽左局域总线上，并这样继续下去。每个局域总线线宽为13条，能在模块之间传递模拟信号或提供一个不影响主PXI带宽的额外高速数字通信通路。

系统参考时钟

PXI的10MHz系统时钟(PXI_CLK10)传送给系统内所有外围模块，该公用参考时钟可用于测量或控制系统中多个模块的同步。它具有低时滞特性，在使用触发总线协议确认单个时钟边沿以达到多模块精确同步时，这一特性非常理想。

触发总线

8线PXI触发总线灵活性很强，可用于多种用途。例如触发可使几个不同PXI外围模块运行同步，在其它应用中，一个模块可以精确地控制系统其它模块运行的时序。举例来说，当节拍信号进入输入端时，可在模拟输入信号的上升沿进行触发，以抓取模拟线卡的数字PCM输出。触发可从一个模块传到另一个模块，对监控的外部异步事件进行精确的定时响应。具体应用所需的触发器数目随相关事件数量和复杂程度而异。

星形触发

PXI星形触发总线可为PXI系统用户提供超高性能的同步特性。星形触发总线在系统插槽和相邻外部插槽之间使用一条专用的触发线，最多可连接13个外部插槽。该插槽装有一个星形触发控制器，能对其它外部模块提供非常精确的触发信号。通过星形触发器路由所使用的线长均衡技术，PXI系统能够满足采用一般总线触发无法达到的触发要求。

这种PXI触发结构在增强触发总线方面有两个独特的优点。第一是保证系统每个模块有一条独立的触发线，对于大型系统，这可以避免用一条触发线连接多个模块，或人为限制触发的次数。第二个优点是一个触发点连接所带来的低失真性。

公共软件要求

PXI技术规范提出的PXI系统软件构架包括微软的Windows 95、Windows 98、Windows NT及Windows 2000，PXI还要求所有外围模块的设备驱动软件也要运行在同样结构下。一些其它工业总线硬件供应商没有软件标准，他们不能为其设备提供任何软件驱动程序，为了支持这些设备所耗费的工程量对用户而言是非常巨大的。PXI要求由制造商来开发软件，从而为用户减轻了负担。

兼容特性

因为许多PXI设备都是从PCI外围设备发展而来，所以在很多地方其测试代码与以前为采用类似硬件的PC所写的测试程序是兼容的。虽然PCI仪器的驱动程序与WIN32兼容，但这些驱动程序之间可能无法互换，这是因为PCI对复杂的跨接结构提供了增强和支持，通常PC在处理器总线和外围设备之间一般只有一层跨接，而PCI底板有三层或更多层跨接以支持所需的仪器数，所以标准PCI设备驱动程序如不作修改在超过一层或两层跨接时就不能工作。最后的触发代码很可能完全不同，在这一点上应与外围设备制造商仔细核对。

前面我们谈到过CompactPCI设备，幸运的是，PXI开发人员与PICMG(PC工业计算机制造商组织)密切配合，保证了这两个结构之间的兼容性。通过这种合作，CompactPCI外围设备可插入到PXI机架中，反之亦然，这样的好处是测试工程师可以在多种设备中进行选择以满足应用要求。

PXI外围设备产品种类和数量正在不断增长。PXI系统联盟(PXISA)由60多家公司组成，这些公司或是生产或是集成基于PXI技术的测试产品，从简单的模块到整个测试方案都有。现在已有200种以上不同的3U或6U PXI模块供用户选用，并且这个数目还正在增加。PXISA也一直在征询业界对PXI技术的要求，可以访问www.pxisa.org网站查询更多信息。

作者：Bob Stasonis

组装测试部

泰瑞达公司