什么是PXI/CompactPCI?——PXI技术指南

简介 
　　PXI (PCI eXtensions for Instrumentation，面向仪器系统的PCI扩展) 是一种坚固的基于PC的测量和自动化平台。PXI结合了PCI的电气总线特性与ComPACtPCI的坚固性、模块化及Eurocard机械封装的特性，并增加了专门的同步总线和主要软件特性。这使它成为测量和自动化系统的高性能、低成本运载平台。这些系统可用于诸如制造测试、军事和航空、机器监控、汽车生产及工业测试等各种领域中。

PXI在1997年完成开发，并在1998年正式推出，它是为了满足日益增加的对复杂仪器系统的需求而推出的一种开放式工业标准。如今，PXI标准由PXI系统联盟（PXISA）所管理。该联盟由60多家有公司组成，共同推广PXI标准，确保PXI的互换性，并维护PXI规范。要了解有关PXISA更多的信息，包括PXI规范，请访问PXISA的网站 http://www.pxisa.org/
硬件构架
      PXI系统由三个基本部分组成：机箱，系统控制器和外设模块。

图2 带有内嵌式系统控制器和7个外设模块的标准8槽式PXI机箱
PXI机箱
机箱为系统提供了坚固的模块化封装结构。按尺寸不同，机箱有4槽到18槽不等，并且还可以有一些专门特性，如DC电源和集成式信号调理。机箱具有高性能PXI背板，它包括PCI总线，定时和触发总线（如图3）。这些定时和触发总线使用户可以开发出需要精确同步的应用系统。有关XI定时和触发总线功能的更多信息,请参看 www.pxisa.org/specs.htm 中2.2节的PXI硬件规范。

图3 PXI定时和触发总线。PXI在背板上结合了工业标准的PC部件(如PCI总线)和高级的触发和同步扩展 
PXI控制器
正如PXI硬件规范所定义的，所有PXI机箱包含一个插于机箱最左端插槽（插槽1）的系统控制器。可选的控制器有标准桌面PC的远程控制，也有包含Microsoft操作系统（如Windows2000/XP）或实时操作系统（如LabVIEW RT）的高性能嵌入式控制。
PXI远程控制
利用MXI-3（MeasurementeXtensionsforInstrumentation）接口工具，PXI系统可以通过透明、高速的串口连接被PC或其它PXI系统直接控制。MXI-3接口工具包提供从PC到PXI机箱的84MBPCI-PCI连接桥。在PC启动过程中，它会将您PXI系统的所有外设模块当作是PCI设备。

图4 通过MXI-3实现的远程控制功能可以让PC来控制PXI以及多机箱PXI系统。可使用低成本的铜线，也可使用电隔离的光纤连接。MXI-3在构架上是透明的，因此它无需额外的编程。 
通过PC远程控制一个PXI系统，用户可以最低的成本最大化处理器的性能。您可以任意购买一台标准的PC，然后利用铜线或光纤MXI-3串口连接并远程控制您的PXI系统。
如图2所示，多机箱PXI系统也可以利用MXI-3。利用MXI-3连接，您可以通过菊花连接(daisy-chain)或星形拓扑结构来建立多机箱系统。要了解有关多机箱配置拓扑结构的更多信息，请查阅 MXI-3 User Manual (使用手册)。
PXI嵌入式控制
使用嵌入式控制器就不需要用外部PC，因而可用PXI机箱提供一套完整的系统。典型的PXI嵌入式控制器使用小型的、适合PXI结构的标准PC部件。例如，NI PXI-8176控制器有PentiumIII1.26GHz处理器，512MBRAM内存，一个硬盘以及标准PC外设接口，如USB，并口和串口。此外，您还可以在PXI控制器上安装所选的操作系统， 如Windows 2000/XP或 LabVIEW RT模块。

  
  图5 NI PXI-8186 移动式 Pentium 4 2.2 GHz嵌入式控制器。注意到它具有常见的PC外设接口，如键盘/鼠标和监视器，以及硬盘，USB2.0接口，以太网，串口和其它标准PC外设。该控制器运行标准的Windows XP/2000操作系统，也可成为LabVIEW RT模块的运载平台。 
嵌入式控制非常适合便携式系统以及“单机箱”应用，这样的机箱可以很方便地从一个地点移到另一个地点。 
PXI外部模块 NI提供了100多种不同的PXI模块，自从PXI成为开放的工业标准以来，PXI系统联盟中的其它50多个厂商已提供近1000种模块
模拟输入和输出
边界扫描
总线接口和通信
数字输入和输出
数字信号处理
功能测试和诊断
图像采集
 原型设计板卡
仪器
运动控制
接收器内互连设备
开关
定时输入和输出
您可以访问 ni.com/pxi，查询由NI以及和NI合作伙伴所提供的各种PXI产品信息。
PXI可与CompactPCI直接兼容，因此任何3U的CompactPCI模块可直接用于PXI系统。此外， Card/PCMCIA和PMC（PCI Mezzanine Card）卡使用转接模块(Carrier Module)可直接插入PXI系统使用。例如，NI PXI-8221 PC Card Carrier可将Cardbus和PCMCIA设备接入PXI系统。
因为PXI还提供了用于和独立式传统仪器或VXI系统通信的标准软硬件，因此它也能帮助您确保在独立仪器或VXI系统上的投资。例如，要将PXI系统与GPIB仪器相连接，可使用PXI-GPIB模块，也可使用PCI-GPIB模块什么。软件也是通用的。此外，可以用很多方法将PXI和VXI相连接。如需更多信息，请观看讲座：PXI and VXI Hybrid System Architecture 。 
软件构架 
因为PXI硬件是基于标准PC技术，如PCI总线以及标准的CPU和外设，用户就可以使用熟悉的标准Windows软件架构。基于Windows的PXI系统的开发和运行也就和基于Windows的标准PCI系统的开发和运行没有什么不同了。此外，因为PXI背板使用工业标准的PCI总线，在许多情况下，编写与PXI设备通信的软件程序和编写与PCI模块通信的软件程序是相同的。例如，与NIPXI-6052E多功能数据采集卡进行的通信的软件程序与PC上PCI-6052E的软件程序是一样的。因此，在PC系统和PXI系统之间移植软件时，已有的应用软件程序，例程代码以及编程方法都无需重新编写。

图6 两种不同的组成结构，但是相同的软件标准。在软件方面，与PXI模块的通信方式和与PCI模块的通信方式是相同的。 
对于要求实时的循环速度和无干预操作（没有键盘，鼠标，监视器）的、对时间要求苛刻的应用系统，就需要一个实时的软件构架来替代基于Windows的系统。
系统配置
要规划并配置您新的PXI系统，最快最简单的方法是使用在线 PXI Advisor 或 PXI/SCXI Advisor 。这些配置向导通过向您提出一系列问题来帮助您构建新的PXI系统，包括系统控制器、软件、模块、附件和PXI或PXI/SCXI混合机箱。使用PXI PXI Advisor，您只需回答一系列简单的问题并逐步选择最适合您需要的部件，即可完成整个系统的配置选择。您可以打印或导出您配置好的PXI系统图片，以作为计划书或设计预览之用。此外，配置向导还提供技术方面的建议，如模块插槽的特殊布置，线缆和终端附件，以及集成的软件包。配置向导使用内含的(behind-the-scene)逻辑性能保证系统的兼容性。例如，如果您选择了LabVIEWRT(实时)PXI控制器，配置向导会自动把PXI测量模块的选择范围限定在支持LabVIEW RT的产品中。
如果配置向导的配置结果令您满意，您就可以把配置发给NI的销售工程师下订单，或在线订购产品。如果您订购产品时选择NI出厂安装服务 (NI Factory Installation)，您收到将是完全根据您的配置安装好的PXI系统。我们在您的机箱里插入您所选的PXI模块，加上内存升级，任何NI应用软件，以及和您的嵌入式控制器所需的驱动软件。 
总结
PXI模块化仪器为测量和自动化用户提供了一个坚固的计算机平台，使他们可以充分利用主流PC工业的技术进步。利用标准的PCI总线，PXI模块化仪器系统能够受益于可方便购得的软硬件产品。PXI系统上运行的软件程序和操作系统是广大用户所十分熟悉的，因为它们已被广泛应用于台式PC机上。PXI提供工业化的封装结构，大量的I/O槽以及诸多高级定时和触发功能的特性，以满足您的各种应用需要 。