一、前言

PC產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展帶動(dòng)著一波波工業(yè)界替換傳統(tǒng)解決方案的潮流。過去30年間，自有的技術(shù)主導(dǎo)著工業(yè)控制、測試與自動(dòng)化的發(fā)展，如PLC與各式的field bus。隨著Intel的CPU速度與穩(wěn)定度的提升，以及Microsoft在操作系統(tǒng)上的廣泛采用，使得PC的功能不再只局限于網(wǎng)絡(luò)功能與數(shù)據(jù)處理。PC技術(shù)的推展，使得各式工業(yè)計(jì)算機(jī)的規(guī)格各執(zhí)擅長，如PICMG的單板計(jì)算機(jī)規(guī)格，使用于嵌入式應(yīng)用的PC/104+規(guī)格，以及PXI/CompactPCI規(guī)格的誕生。目前，PXI的系統(tǒng)已廣泛且成功地應(yīng)用于汽車測試、半導(dǎo)體測試、功能性測試、航空設(shè)備測試以及軍事的應(yīng)用之上。相較于其他的工業(yè)規(guī)格，PXI具備較佳的效能與較低的成本優(yōu)勢。本文將專門討論P(yáng)XI技術(shù)發(fā)展與近況。

二、PXI 組織與產(chǎn)品近況

PXI 為PCI eXtensions for Instrumentation 的縮寫。而制訂并推廣PXI規(guī)格的組織就是PXISA (PXI System Alliance)，PXISA于1997年成立，并于該年推出1.0版的PXI規(guī)格。PXISA是一個(gè)非營利的組織，且其會(huì)員分為三個(gè)不同的等級，分別為Sponsor membership，Executive membership與Associate membership。除了年費(fèi)的不同外，各等級的會(huì)員負(fù)有不同的責(zé)任、義務(wù)與權(quán)利。Sponsor會(huì)員需具備一年以上的Executive會(huì)員資格，并且可于PXISA董事會(huì)中占一個(gè)席位。Sponsor會(huì)員負(fù)責(zé)規(guī)格的起草與修改，并提出初版的制訂，且具有對PXI規(guī)格承認(rèn)的投票資格，并主導(dǎo)PXI規(guī)格的行銷策略的建立。Executive會(huì)員可以積極參與行銷方向與規(guī)格技術(shù)方面的意見交流，也具備對PXI規(guī)格的同意投票權(quán)。第三級的Associate 會(huì)員則無投票權(quán)，但經(jīng)由PXISA可以獲得最直接的第一手信息。目前PXISA中全球總計(jì)超過50個(gè)公司加入，其中不乏業(yè)界知名公司。亞洲方面目前共有五家公司加入PXISA，分別為中國臺灣的凌華科技(ADLINK )和致茂科技(Chroma)，日本的Advantest與SRC公司，以及韓國的CMI公司。其中ADLINK與Advantest具有Executive會(huì)員資格。PXI的規(guī)格于2000年推出2.0版，并于2003年2月更新至2.1版。有興趣的讀者可以自行在PXI網(wǎng)站www.pxisa.org下載PXI的規(guī)格。

隨著PXISA的接受度提高，以及全球眾多廠商的加入，目前PXI已不會(huì)讓客戶有被單一廠商綁住規(guī)格的憂慮，且市場上有超過600種不同的PXI模塊問世。目前PXI接口上可以取得的模塊包括：

Pentium III GHz 等級PXI 控制器、取樣頻率達(dá)Gsps之高速波形擷取模塊(High speed digitizer)、任意波形產(chǎn)生器(Arbitrary waveform generator)、射頻信號分析模塊(RF analyzer)、各式信號交換模塊(Switching modules, from DC to GHz)、光交換模塊(optical switching modules)、各式數(shù)據(jù)擷取模塊(DAQ modules)、數(shù)字傳輸模塊(DIO modules)、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器(Counter/Timer modules)……不勝枚舉。

多重的PXI模塊選擇，搭配不同機(jī)箱，使得PXI可以符合各種應(yīng)用需求，并且易于維護(hù)。

三、PXI技術(shù)簡介

以儀器平臺的演進(jìn)來說，早期由廠商推出各種獨(dú)立的儀器，由面板控制所需功能。想要透過其他的方式來取代面板的操控，最廣受歡迎的就是GPIB接口，也就是IEEE488接口。然而GPIB接口的速度慢，且當(dāng)使用多項(xiàng)設(shè)備時(shí)，需要額外的電路來達(dá)到同步觸發(fā)的需求。1980年代，VXI 的出現(xiàn)，將高階量測與測試應(yīng)用的設(shè)備，帶進(jìn)了模塊化的領(lǐng)域。然而VXI的價(jià)格則并非各等級的 客戶都負(fù)擔(dān)得起，所以基于PC技術(shù)的演進(jìn)與穩(wěn)定，PXI延續(xù)模塊化的精神，以較緊實(shí)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、較快的總線速度，以及較低的價(jià)格，提供量測與測試設(shè)備一個(gè)新的選擇。

PXI 的規(guī)格區(qū)分為硬件與軟件兩個(gè)部分。其中硬件的部分是基于CompactPCI的規(guī)格，也就是PICMG 2.0。建構(gòu)于CompactPCI的機(jī)構(gòu)規(guī)格與PCI的電氣規(guī)格之上，加上儀器上所需要的電氣信號延伸，即是所謂PXI的規(guī)格。所以，PXI的數(shù)據(jù)傳輸速率的峰值于33MHz與32bit的總線上，可達(dá)132MB/s。于66MHz，64bit BUS上則可高達(dá)528MB/s。遠(yuǎn)高于GPIB與VXI接口的傳輸速率。

PXI上的儀器延伸信號包括：10MHz 參考時(shí)脈 (10MHz Reference Clock)、8 bit PXI觸發(fā)總線 (PXI Trigger Bus)、星形觸發(fā) (Star Trigger)、13 bit局部總線 (Local Bus)。

PXI 背板(Backplane)上的每一個(gè)擴(kuò)充槽，皆有一專用10MHz參考時(shí)脈，其時(shí)脈歪斜(Skew)之精確度必須小于1ns，故可利用作為各擴(kuò)充槽之基礎(chǔ)時(shí)脈，以達(dá)同步之效。

PXI 觸發(fā)總線是由八個(gè)信號組成，各擴(kuò)充槽皆連接至此總線，而透過PXI 觸發(fā)總線，亦可達(dá)到同步的功能。但因?yàn)槠淇偩€之特性，所以時(shí)脈歪斜之精確度僅要求至小于10ns。利用PXI觸發(fā)總線，可以于其上傳輸觸發(fā)信號，甚或是數(shù)據(jù)擷取的時(shí)脈信號。

星形觸發(fā)則由位于系統(tǒng)槽旁之星形觸發(fā)控制器 (Star Trigger Controller)產(chǎn)生，至多可提供13個(gè)信號至各擴(kuò)充槽。如同參考時(shí)脈，星形觸發(fā)信號是由星形觸發(fā)產(chǎn)生器將信號一對一的送至其他的擴(kuò)充槽上，所以其時(shí)脈歪斜也小于1ns。星形觸發(fā)控制器可以確保每一個(gè)擴(kuò)充槽接收到此一觸發(fā)信號的時(shí)間精確度。

局部總線則是將相鄰的兩個(gè)擴(kuò)充槽連接起來，而此一局部總線，僅兩兩相鄰的擴(kuò)充槽可利用之。模塊廠商可以利用該總線將控制信號一級一級傳輸，或者作為區(qū)域的通信管道。

PXI背板上的PCI segment可以利用一般的PCI bridge來延伸擴(kuò)充槽的數(shù)目，也可以利用串行式傳輸技術(shù)，將PCI的信號延伸至其他的機(jī)箱。

不同于其他的總線規(guī)格，PXI于軟件上對系統(tǒng)控制模塊與周邊模塊作了規(guī)范。例如：PXI周邊模塊的廠商，必須提供可使用于Microsoft Windows的驅(qū)動(dòng)程序，而PXI控制模塊則必須基于80×86架構(gòu)，并可支持Microsoft Windows。隨著各式操作系統(tǒng)的接受度提高，未來將可能加入PXI軟件的規(guī)格制訂。除了對軟件架構(gòu)上的規(guī)范外，PXI也制訂了硬件敘述檔案(Hardware Description Files)的規(guī)格，系統(tǒng)操作人員可利用這些檔案，透過軟件管理PXI系統(tǒng)上的模塊。

簡單的說，PXI的儀器延伸信號，提供了各PXI模塊一個(gè)硬件的管道，不需經(jīng)過軟件的監(jiān)督，PXI的模塊可實(shí)時(shí)于此一管道上利用硬件的信號互相溝通。如此可以減低CPU的負(fù)擔(dān)，并加速軟件程序的執(zhí)行。并且基于x86架構(gòu)與廣泛采用的Windows，可以有效降低PXI產(chǎn)品的學(xué)習(xí)曲線與購入成本。

四、結(jié)論

目前PXI的系統(tǒng)已廣泛且成功地應(yīng)用于汽車測試、半導(dǎo)體測試、功能性測試、航空設(shè)備測試以及軍事的應(yīng)用之上。開放的軟硬件架構(gòu)，永遠(yuǎn)是各式解決方案的趨勢。而PXI架構(gòu)于商用PC的技術(shù)之上，使取得成本大幅降低。而目前PXISA的規(guī)模，已達(dá)到可以提供客戶多重選擇與多重制造商的保障，未來將會(huì)有更多的應(yīng)用采用PXI作為開發(fā)平臺。(end)