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PXI与工业计算机(88必发官网)的比较
日期:2018/07/06      浏览次数:747
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本文先详细介绍了PXI,而后在机械特性、电气特性、坚固性设计等等各个方面详细的比较了工业计算机(88必发官网)和PXI,末了附上相关词汇解释。

一、什么是PXI?

PXI是一种专为工业数据采集与自动化应用度身定制的模块化仪器平台,具备机械、电气与软件等多方面的专业特性。PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)充分利用了当前最普及的台式计算机高速标准结构——PCI。PXI规范是CompactPCI规范的扩展。CompactPCI定义了封装坚固的工业版PCI总线架构,在硬件模块易于装卸的前提下提供优秀的机械整合性。

因此,PXI产品具有级别更高、定义更严谨的环境一致性指标,符合工业环境下振动、撞击、温度与湿度的极限条件。PXI在CompactPCI的机械规范上强制增加了环境性能测试与主动冷却装置,以简化系统集成并确保不同厂商产品之间的互用性。此外,PXI还在高速PCI总线的基础上补充了测量与自动化系统专用的定时与触发特性。

总的来说,PXI是一种坚固的模块化仪器平台,它提出了基于计算机的高性能标准化测量与自动化方案。以合理的价位提供比原有系统架构出色得多的性能。PXI用户自然地享有很多便利,如廉价、易用、灵活的PC技术;开放的工业标准以及与CompactPCI产品的完全互用性。

PXI系统联盟(System Alliance)

PXI平台的标准是由PXI系统联盟维护管理的。该联盟由超过60家致力于研究开发PXI的公司组成,主要负责三项工作:

推广PXI标准,鼓励多厂商的软硬件支持; 在维护与CompactPCI的完整互用性的同时,确保PXI产品在机械、电气与软件等各个层面的众厂商互用性; 维护PXI规范,必要时进行修订,并保证对符合前期PXI规范的产品向下兼容。

这些工作旨在简化与改善用户对PXI的使用。联盟的首要任务是确保PXI平台内部及PXI平台与台式计算机、CompactPCI、VXI等其它平台之间的简易集成性。

PCI

PXI平台是基于PCI总线的。PCI总线作为开放的工业标准,在测试与测量工程上具有不少优势。很多为传统计算机开发的设备其都是基于PCI总线的。目前已经有数以千计的PCI设备,而PCI总线本身也采纳了诸多最新的计算技术,得以不断优化。这对PXI而言意味着有大量的设备元件可以使用,这些元件:
与最常用的操作系统与软件完全兼容;
针对最高速的处理器和总线进行了优化,以提高数据流量。

一个决定系统流量的关键因素是测量设备与计算机之间的接口总线。尽管系统性能由于处理器速度与系统内存的增加而大幅提升,却依然受到与仪器与外部设备的通信因素限制。GPIB是最常见的仪器接口总线,但其数据传输速率比VXI和PCI慢得多。基于VXI的测量系统具有高于GPIB的性能,但用户必须为之付出高昂的代价。相比之下,PCI是为新型处理器设计的,数据传输速率比GPIB和VXI高得多。


图1 总线性能的理论值

除了提高流量,PCI还能够与所有的主流操作系统兼容。PXI利用这一点将GPIB和VXI也集成到PXI系统。有了这样的开放性,不同厂商开发的PXI设备都可以在一个集成的系统上工作。为了维护这种不同厂商之间的互用性,PXI规范还制定了相应的对软件标准。最主要的要求之一就是PXI设备必须能在Windows操作系统下工作,并配套驱动软件。这项要求不但保证了厂商兼容性,还能够加快用户集成和应用开发的速度。旧的系统架构迫使每个用户根据一套特定的函数调用方法开发各自的驱动程序,PXI规范则将这个负担转移到了设备厂商一方。

最后,为了完全利用PCI的优势,PXI规范指明所有的PXI设备须和CompactPCI完全兼容。CompactPCI模块使用的封装和PXI相同,而且也是建立在PCI总线上的;PXI较之增加了更为严格的环境测试,软件标准和一些额外的触发特性。这项严格的兼容性规定意味着当用户的应用不需要所有的模块都具有PXI专有的特性时,可以有更多的模块选择;这还意味着工程师可以将他们已经在使用的CompactPCI模块集成到PXI系统里。

物理特性

PXI是一个模块化的平台。系统的物理主机是一个拥有2至31个槽位的机箱,有的机箱还带有内置的显示器和键盘。机箱的第一槽(Slot 1)是控制器槽。目前可以使用的控制器有很多,最常见的两种是嵌入式控制器和MXI-3总线桥。嵌入式控制器是专为PXI机箱空间设计的常规计算机。MXI-3则是一种通过台式计算机控制PXI机箱的扩展器,这会在后面的内容中详细描述。机箱中的其它槽位被称为外部设备槽,用于插置功能模块,就像计算机里的PCI槽一样。


图2 3U PXI系统的机械配置

PXI模块的支架和台式计算机的PCI槽有所不同,模块被上下两侧的导轨和“针-孔”式的接插端牢牢的固定住。事实上,PXI采纳了CompactPCI首先启用的高级“针-孔”式接插端结构。这种由国际电工委员会(International Electrotechnical Commission)定义的高密度(2mm间距)阻抗匹配接插端(IEC-1076)提供了在所有情况下可以达到的的最佳电气性能。这些接插端已经被广泛采纳于各种高性能的应用,尤其是通信领域。
在尺寸上,3U的PXI机箱比绝大多数的台式或工业计算机平台更加紧凑,这对于在很多狭小环境下的测试来说是一项重要的特性。各种规格的机箱包含不同数量的槽位。如果经费有限,工程师可以选择槽位数最合适的机箱。机箱的设计考虑了系统集成的需要,使之能够很方便地固定到机柜上。PXI机箱外形小巧,也已成为便携或野外应用的理想选择。除了内置的显示器和键盘,有的机箱还可以使用后备电池的直流电源供电。

最后,PXI模块化、前插式的结构给维护和升级带来的极大的便利。如果系统中的一个模块需要修理,工程师可以将其取出,而不影响其它任何模块。模块化减少的的停机时间降低了系统寿命内的维护成本。

电气特性

PXI的背板提供了一些专为测试和测量工程设计的独到特性。专用的系统时钟用于模块间的同步;8条独立的触发线可以精确同步两个或多个模块;槽与槽之间的局部总线可以节省PCI总线的带宽;最后,可选用的星形触发特性适用于极高精度的触发。相比之下,触发线、时钟和局部总线在台式计算机、工业计算机和CompactPCI的机箱里都是没有的。

集成化、可扩展的系统

通过使用诸如MXI-2和MXI-3这样的远程控制接口技术,PXI系统能够轻易地与已有的测试与测量系统相集成。利用这些接口,工程师既可以享有PXI结构的优点,同时又避免了更换整个系统带来的的高额支出。

一个PXI系统通过MXI-2连接VXI机箱,就像在VXI背板上直接插入了一个VXI嵌入式控制器一样。工程师可以由PXI控制器设置所有的系统设备并与之通信,从而将一个已有的VXI系统合并到一个新的PXI系统中。工程师们可以根据需要逐步的将他们的VXI系统升级到PXI。

使用MXI-3,台式计算机上的CPU可以透明地设置和控制PXI/CompactPCI模块。在BIOS和操作系统看来,PXI模块就像插在PC上的PCI板卡一样。MXI-3和PXI机箱组合是扩展系统I/O的一个极佳选择。从结构上说,MXI-3是一个PCI到PCI的桥(PCI-PCI bridge)。一块PCI MXI-3板卡插在台式计算机上,并与插在PXI机箱控制器槽内的PXI MXI-3模块通过电缆相连,实现通信。

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