应用于自动化测量的PXI和VXI平台

随着PXI模块化仪器逐渐得到广泛采用，原来的VXI用户、系统开发人员和供应商自然会有很多疑问：PXI是否将替代VXI？对具体应用究竟什么平台最好？为什么需要不同的模块化仪器结构？本文将对这两种结构进行比较，以加深工程师们对PXI和VXI的理解，为选择适合自身应用的平台提供参考。

PXI标准定义了一个用于测试、测量和控制的小型化模块化PC平台，它基于PCI总线，该总线已成为推动当今台式计算机软硬件设计发展的事实标准。PXI采用CompactPCI规范，规范定义了严格的PCI外形尺寸，可提供优良的机械完整性，易于进行硬件的安装和拆除。PXI作为一种基于计算机的平台，它构建在PCI总线上，其优点包括向最终用户提供更低的成本，同时性能在不断增强，并且可以应用主流软件模型。

VXI基于VMEbus，它继承了VME模块化系统方法，同时增加仪器方面的扩展功能，与旧的叠架式基于GPIB的系统相比，VXI成功地缩小了尺寸并增加仪器系统的集成度。但因为VXI基于老式VME总线，它不是现代计算机主流结构，所以不能利用最新的PC技术，无法让最终用户使用主流软件，也没有低成本和高性能等优点。

业界要求一种基于现代计算机技术的模块化结构，既包含传统的测量功能，又集成了机器视觉、运动控制及自动化，因此PXI很快被采用为工业标准。图1显示了VXI和PXI标准联盟最初三年成员公司的数目，图2则是VXI和PXI各标准最初四年供应商所提供的商用产品数量。

VXI主要用于满足高端自动化测量要求，它在军事/宇航测试应用和高通道数制造测试应用中取得了很大的成功。但是VXI始终没有成为主流应用，主要是因为它的成本太高并且难以集成。此外，许多VXI供应商在这种模块上一直使用的分析方法不能发挥出VXI技术的性能优点，因为VXI模块上用于分析的板上处理器不能充分应用VXI所提供的带宽，造成这些缺点的原因之一是最根本的总线结构VME没有被测量和自动化以外的主流业界所采用。另一方面，基于PCI总线的PXI则利用了主流PC技术的最新成果，可提供规模经济成本优势和通用计算机所具有的各种性能优点。

市面上现有1,000多种不同的VXI模块，这类模块已被证明是一种有效的技术，可用于现代自动化制造和测试，因为现代制造与测试需要一个能够将机器视觉和运动控制与传统电气/电子测试集成在一起的平台。PXI则提供了更为广泛的测量和控制平台，同样能将测量和机器视觉及运动控制功能集成在一起，此外PXI还可通过诸如LabVIEW Real-Time之类的主流软件为用户提供实时测量和控制能力。因此PXI被广泛使用在多种应用中，如ATE、回路硬件、设计验证和模拟应用等等。

PXI与VXI技术比较

应用表明，VXI仪器规范非常经用，而且也很成功，PXI和VXI一样，定义了许多相同的扩展功能用于测量仪器。VXI和PXI的主要区别在于根本的总线结构不同，VXI基于VMEbus，而PXI基于台式PC普遍使用的PCI总线，这使PXI在总线带宽方面具有一定优势，标准PCI工作于132MBps速率，而标准VME只有40MBps。使用PCI的另外一个好处是可以制造出低成本的产品，因为全球支持PC的上千供应商有很多现成的元件和软件。最后，由于尺寸小，PXI可提供一个公用平台，用于便携式、台式和机架固定式装置中。表1是PXI和VXI与其它主要仪器平台GPIB及台式PC的比较。

虽然PXI定义中有很多与VXI规范相同的特性，但定义的方式并不完全一样，现在我们来看一看其中不同之处。

◆EMI
VXI规范要求所有VXI模块必须用金属屏蔽密封，以防止信号辐射或受到系统中不同模块之间的相互影响。这是一个很高的要求，屏蔽模块增加了VXI模块的成本，即使产品本身并不需要这样。PXI规范也专门规定了PXI产品必须符合辐射要求，包括欧洲的CE规范，但PXI不要求对每个模块进行金属屏蔽，PXI供应商只需屏蔽模块上的敏感元件即可，因为EMI会影响其工作和测量的精度。

◆电源
VXI在底板定义了很多额外电源，以便仪器开发人员在设计中使用，包括+5、-5.2、-2、±12和±24V，但在许多场合这些电源根本用不到。必须使用昂贵的多路输出电源提高了VXI主机的成本，并增加VXI系统散热量。而PXI的主机是基于PCI总线的，所规定的电压更适合于先进的低功耗集成电路。PXI使用的电压(+5、+3.3,±12V)可以由较便宜的常用电源来提供，这使PXI主机成本更低，并能减少模块散热量，最重要的是可在PXI模块中很容易地使用最新IC。

◆冷却
VXI和PXI规范都要求强制空气冷却，使空气从模块底部流向顶部。由于一般情况下VXI模块比PXI模块消耗的功率更多，所以VXI系统通常需要考虑更强冷却。

◆控制器结构
所有VXI控制器必须包括访问TTL触发器线路和CLK10信号的电路，早期VXI控制器设计使用VME接口芯片和分立电路来实现VXI的特定性能，随着VXI控制器设计的成熟，VXI控制器供应商如NI设计了ASIC来处理这些复杂的功能。PXI则使用一种模块式控制器结构，将PXI的仪器专用元件从控制计算机中分离出来，以降低成本。例如用一个位于PXI机架槽2中称为星形触发器控制器专用模块底板提供10MHz时钟，而槽1控制器就不需要再提供时钟。采用这种模块式结构后，只有那些需要触发器总线和星形触发器总线复杂时序和同步的用户，在需要时才购买这部分功能，不需要这些特性的PXI用户则不必为此支付费用。此外，因为PXI控制器使用主流PCI技术，所以设计比较容易，制造费用低，并能用上最新的处理器。

◆供货情况与价格
入门级VXI系统在常规配置下价格在1万美元以上，与之相比，PXI价格仅为3千美元。VXI可提供1,000多种产品，PXI有700多种产品，但另外有1,000多种CompactPCI产品可供使用。带新功能的VXI模块数量近几年一直在下降，而PXI模块的供货量却增长了100%以上。计算机和测量技术方面的进步使创新公司能够提供PXI形式的高性能产品，在航空电子总线领域，多数新产品都是先用PXI/CompactPCI来开发的，这种趋势在测试和测量业也很明显，大多数新的创新测量产品、交换器、DSP、机器视觉和运动控制模块等都是首先而且常常是只用PXI/CompactPCI进行开发。

◆尺寸
在许多工业和系统中，尺寸至关紧要，PXI的面积在所有开放式结构中是最小的。VXI在上世纪70年代有效减小大型机架堆叠系统尺寸上获得很大成功，但随着技术进步，IC性能越来越高，尺寸也越来越小。尽管VXI规定了A、B、C、D四种尺寸，但大多数VXI模块还是采用C型系统，没有充分利用小型化技术的优点制作出更小的VXI系统。而PXI基于主流PC技术，可充分利用小型化最新技术，因此PXI能将大型测试系统的尺寸减小至一个新的水平。

◆集成度
由于认识到用“叠架”方法搭建高集成测试系统的缺点，VXI定义了一个标准接口用于卡式模块仪器。在VXI中，各仪器共享一块含系统控制器的VEM底板，通常该控制器是一个带用户VXI接口的计算机，此外VXI还需要一个类似“资源管理器”的软件来配置系统，这会使VXI系统开发时间延迟，因为VXI系统集成工程师需要先学习使系统集成的VXI软件。由于VXI和VEM没有用在测试、测量及控制以外的领域，所以PC软件方面的成果不易用在它的上面。新工程师需要进行广泛培训以理解VXI/VME编程规则，因而VXI不能够充分利用通用计算机硬件和软件方面的进步。

PXI基于PCI总线，可为最终用户带来性能和集成度方面的优点，PXI设备能被操作系统自动认别，集成PXI系统的工程师可使用标准PC上的熟悉工具。除了作为一个高性能平台外，PXI还具有模块易于集成的优点，因为所有PXI模块都使用公用软件结构。

◆PXI与VXI协同
因为PXI基于PC技术，所以它能利用现有的VXI/VME、GPIB、串口或以太网仪器。MXI是一种总线连接技术，可以从PXI机架或者直接从一个台式PC机的PCI槽连到VXI上(图3)。

在有些场合可能需要修改或更新现有VXI系统，此时不必再买新的VXI控制器，将资金投入到PXI机架和控制器上来控制VXI系统可能更加有效，这样既能继续使用已有的VXI系统，又可在需要时用低成本高性能PXI仪器替代老式VXI仪器。

对于那些非常专用的仪器，以及只能用VXI模块或完全围绕VXI来构造的系统，PXI也有一个很有用的做法，使用户不必扔掉当初在VXI上的投资，PXI和MXI-3在提供扩展VXI系统功能的同时，让用户把资金投放在一个全新正在发展的技术平台上。

本文结论

VXI是一个功能强大的高端平台，在很大程度上达到了1987年标准体所提出的要求。虽然VXI仍能提供高端解决方案，但VXI的优点正越来越被PC和能更好利用PCI总线及即插即用配置等现代PC技术的平台所超过。

因为PXI利用了先进的PC技术,比VXI性能提高更快，成本也低得多。在决定未来系统结构时，或者对一个已有VXI系统增加功能时，PXI可提供一个工业标准平台，这个平台能够保证性能不断增长并在将来保持功能强大。

作者：Chandran Nair

亚太区域经理

National Instruments Corp.

E-mail: chandran.nair@ni.com