关键词：虚拟仪器技术 PXI PXI Express
虚拟仪器技术概念的提出已有25年之久的历史，现在这一概念在自动化测试和测量领域业已受到了广泛的采用。虚拟仪器技术使用户通过结合模块化硬件、开发软件和PC技术这3大要素，从而创建一个自定义的系统。与厂商定制的盒式仪器相比，软件定义的方法能带来更为强大的灵活性，并由于这种方法建立在PC技术的基础之上，因此在功能上的提高也相应非常迅速。使用这种方法，工程师和科学家们能创建适应他们独特需要的自动化测试系统，从而能在更短的时间里完成更多的测试工作，这也在保证产品质量同时，缩短了产品推向市场的时间。虚拟仪器技术的模块化架构最大限度地确保了您现有的投资，因为您只需根据需求购买相应的模块，并保证了对仪器功能进行扩展和升级时候的灵活性。
一 PXI技术概览
PXI(PCI eXtensions for Instrumen-tation)是一个体现虚拟仪器技术概念的最佳范例。PXI是一个基于PC技术的模块化I/O的标准，为基于PC的架构添加了集成的定时和同步功能、工业级的坚固设计，以及更多的通道数。自1997年由NI公司提出以来
二 PXI的广泛应用
PXI标准由PXI系统联盟(PXISA)进行管理，这是一个由世界各地超过70家公司共同签约的联盟，其宗旨是为了推动PXI标准的应用，保证标准的交互操作性，并维护PXI的规范。随着PXI逐渐成为一个标准的平台，一些世界领先的测试系统供应商也将他们的测试解决方案转向PXI平台。
通过全球各个PXISA成员企业的共同努力，70余家PXISA成员现在能够提供超过1200种PXI外围模块，包括模拟和数字I/O、高速仪器、视觉系统、运动系统和各类的总线接口。除了齐全的功能之外，PXI也是一个具有高性能的平台，许多业内最高性能的仪器设备都是基于PXI平台的，包括高达24位分辨率的数字化仪(NI PXI-5922)、8GS/s高速数字化仪(Acqiris DC282)、15位、1.25GS/s任意波形发生器(Agilent 6030A)、最精确的7位FlexDMM(NI PXI-4071)等。此外，现在各个公司仍在不断地为PXI新产品研发投入大量资金。例如NI正在以每周一款的速度发布最新的PXI产品，其他测量和测试领域的公司，包括Agilent和Aeroflex，也相继推出了针对PXI系统的新型射频产品。
根据Frost & Sullivan公司在2005年4月进行的"全球VXI & PXI测试设备市场调查"显示，相比较于整个业界4%的增长率，PXI的综合增长速率(CAGR)高达25.1%，成为继上世纪70年代中期的GPIB之后增长最快的仪器标准。
现在，PXI已在多个领域得到了广泛的应用，从消费电子、军事和航空，到医疗设备测试等，成为一系列测试测量应用的理想平台。无论您是应用于设计验证，还是生产线测试的机架式应用，或是为车载数据记录开发便携式或嵌入式系统，PXI都有适合您需要的解决方案。
让我们来看一下两个基于PXI平台的最新应用实例：
(1)用户解决方案1：微软公司使用NI PXI模块化仪器为Xbox 360控制器开发生产测试系统。
在2005年5月，微软公司发布了其最新的数码娱乐和游戏平台--Xbox 360，以及相配套的Xbox 360有线和无线游戏控制器。Xbox 360控制器功能测试系统需要强大的信号捕捉性能，以保证新控制器的信号完整性，并满足用户高质量的游戏体验。使用高性能的PXI平台和最新的NI模块化仪器，能满足Xbox 360控制器更高的功能性测试需要。NI PXI-5124 12位200MS/s数字化仪被用于USB通信接口分析，PXI-4472动态信号采集模块则用在振动反馈电动机的测试当中。使用LabVIEW图形化开发环境，微软的工程师能创建超过100种测试，实现以太网通信，并将数据存储接口与微软SQL Server数据库进行整合。(见图1)
微软公司对于PXI是这样评价的："通过利用PXI的众多功能、模块化特性，以及PXI以软件为中心的测量方法，我们快速地对测
试系统的功能进行调整，满足了振动实验室和生产测试的需要。通过采用PC技术的优势，我们能持续而便捷地对系统进行升级和维护，满足现在和未来的开发需要。"(2)用户解决方案2：基于PXI的软件无线电平台用于频谱监测。
再来看一个中国本地市场的实例，成都华日通讯公司(华日通讯)是一家大型的无线电定向系统开发商和生产商，他们需要一个用于频谱监测、定向和信号识别的解决方案。这个系统需要提供给用户更优的性能以监测政府管制频段之内和之外的信号，同时还要利用信号识别和定向功能来查明非法传输或干扰的信号源。
利用NI PXI-5660 PXI矢量信号分析仪和LabVIEW环境所开发的软件，华日开发了HR-100--一个正在申请专利的宽带无线电接收机和监测系统。这个系统既可用作无线电接收机，也可用作一个RF矢量信号分析仪来检测现代的宽带数字通信信号以及传统的窄带模拟广播信号。此外，这个系统可配置成一个单通道的接收机或一个多通道的定向系统。由于这个全新的系统使用开放的软件无线电平台，HR-100可完成标准的和自定义的测量，而这在以前需要多个专用的、独立的仪器才能完成。并且，公司可对这个开
点击看原图 最近这个系统已通过了相关部门的严格验证测试，展示了其出众的性能。 "通过使用行业标准的PXI技术和PXI-5660模块化矢量信号分析仪，现在我们能为我们的客户提供高性价比、可扩展的以及速度更快的频谱监测系统。使用NI的射频模块和PXI平台之后，我们大大提升了无线电监测和定向系统的功能和性能表现，"华日通信的总经理如是说。 三 PCI Express技术前瞻 PXI的模块化架构能整合最先进的技术，以扩展测试系统的功能。由于具备高速的性能，并与PCI保持兼容性，PCI Express是测试和测量应用理想的总线选择。PCI Express不仅提供相当高的总线带宽，同时拥有非常低的传输延迟，这一点在LAN、USB和GPIB等其他设备上都是无法同时实现的。让我们以数字化仪作为一个例子，一个基于PCI Express的数字化仪能提供与CPU模块(嵌入式或者MXI方式连接到PC)之间1GB/s的直接通路，这大约相当于现在32位、33MHz PCI总线吞吐量的8倍。转换成实际的测量术语来说，不考虑总线限制或相邻模块共享的带宽，一个高分辨率16位IF数字化仪能源源不断地以500MHz的带宽向CPU传送数据。更高的带宽将使得更多的高速应用变为可能。在x1的模式下，PCI Express能够在一个基本通信通道的单个方向上提供250MB/s的带宽，而在x16的模式下，带宽更可高达4GB/s，这比PCI的标准快了近24倍。另外，PCI Express还改进了对等的通信方式，使得系统中的仪器之间可快速方便地相互通信。最后，PCI Express的设计理念中考虑到了兼容性的需要，借助优秀的层次架构，PCI Express确保了与PCI之间的软件兼容性和与未来标准的兼容。 四 PCI Express开创了新的应用领域 依靠高性能、模块化的硬件架构以及良好的兼容性，PCI Express已经有能力解决许多测试和测量应用中的新问题。而之前这些问题都只能依靠昂贵的专用设备：(1)通信系统测试中的高带宽IF仪器；(2)高速数字协议接口，包括基于LVDS的专用协议、火线以及其他接口；(3)多通道数据采集系统。 让我们以高速图像采集为例，以前用户必须在带宽有限的情况下依靠一些并不十分可靠的数据进行判断，或是使用一些非常昂贵的专用系统满足带宽的需要。而现在开发者拥有了PCI Express所提供的超高带宽，能完成高速图像采集，同时进行更加完整和准确的实时数据显示，而不再需要承担昂贵的专用系统费用。例如，使用NI PCIe-1429图像采集卡，用户能以高达680MB/s的速度进行图像采集，而不像以往使用昂贵的板载内存却只能进行短时间的图像采集。 五 PXI Express将PCI Express 技术整合到PXI背板 作为技术创新的引领者，NI在上世纪90年代初将PCI技术带入基于PC的测量和测试应用，现在NI继续发扬着这种创新的精神，在确保对所有平台提供长期支持的同时，正努力将PCI Express技术整合到PXI中。 通过在背板上利用PCI Express技术，PXI Express使得PXI带宽从132MB/s 增加到6GB/s，提升幅度超过45倍，且与PXI模块保持软件和硬件上的兼容性。除了PXI现有的定时和同步功能，PXI Express还提供了附加的定时和同步功能，包括100MHz差分系
点击看原图 PCI Express的软件兼容性使得PXI提供的标准软件框架同样适用于PXI Express。而为了保证硬件兼容性，新的PXI Express标准中定义了一种混合插槽，使得工程师能在同一个插槽中安装PXI或是PXI Express架构的模块。有了这项技术，工程师和厂商能利用硬件和软件上的兼容性，最大限度地保留了在PXI系统和产品上现有的投资。 六 总结 PXI作为测试和测量应用的一个标准平台，利用现成即用的商业技术提升了测试系统的性能，同时降低了系统的成本。标准化的商业技术同样使得PXI系统以惊人的速度在测试和控制应用领域得到广泛的接受。众多PXISA的厂商也纷纷投资开发新产品共同推进PXI标准的发展，同时随着PXI新产品功能的日益丰富，各类新应用的前景也被逐渐看好。PCI Express技术是PXI未来发展的大方向，在保证向后兼容性的同时，必将使平台扩展到更多的应用领域中。因此我们有理由期待在未
来几年中PXI会有更加光明的前景。
