前言
對于當今的電子工業(yè)而言，從組件到系統、設計到生產(chǎn)，量測工作皆是不可或缺的一環(huán)。工廠(chǎng)必須借助量測獲知產(chǎn)品效能，作為產(chǎn)品設計的參考依據；在生產(chǎn)過(guò)程中，往往需要量測設備把握廠(chǎng)房的命脈；而量測效率往往也與生產(chǎn)效率關(guān)系甚密，成為決定市場(chǎng)競爭力消長(cháng)的關(guān)鍵因素。
因為量測技術(shù)的重要所在，其成熟與發(fā)展過(guò)程中的每一步無(wú)不吸引著(zhù)業(yè)界關(guān)注的目光。從上世紀70年代以來(lái)，量測技術(shù)經(jīng)歷了從GPIB到PXI的變革，而近年來(lái)國內廠(chǎng)商在PXI技術(shù)上的迅速發(fā)展壯大，更是值得國內量測用戶(hù)欣喜的事情。
GPIB——VI量測的先行者
早在70年代，為了讓計算機控制許多獨立的量測儀器，IEEE定義了一套高速數據傳輸的協(xié)議——488.1/488.2。對于基于計算機的數字化測量測試儀器，人們將其稱(chēng)為虛擬儀器（VI）。GPIB技術(shù)就是IEEE488標準的虛擬儀器早期的發(fā)展階段，它的出現使電子測量從獨立的單臺手工操作向大規模自動(dòng)測試系統發(fā)展。典型的GPIB系統由一臺PC機、一塊GPIB接口卡和若干臺BPIB形式的儀器通過(guò)GPIB電纜連接而成，使用共同的字串語(yǔ)法控制儀器
(488.2或SCPI)。在標準情況下，一塊GPIB接口可帶多達14臺儀器，電纜長(cháng)度可達40米。GPIB技術(shù)可用計算機實(shí)現對儀器的操作和控制，替代傳統的人工操作方式，可以很方便地把多臺儀器組合起來(lái)，形成自動(dòng)測量系統。
GPIB測量系統的結構和命令簡(jiǎn)單，有專(zhuān)為儀器控制所設計的接口信號和牢固的接插件，加之幾乎所有獨立儀器都有GPIB接口，因而體現出其簡(jiǎn)單性和便利性的優(yōu)勢所在。但是GPIB的缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的——無(wú)法提供多臺儀器同步和觸發(fā)的功能，在傳輸大量數據時(shí)帶寬不足。因此，GPIB主要應用于臺式儀器，適合于精確度要求高的，但不要求對計算機高速傳輸狀況時(shí)應用。因此，對于更高要求的量測應用，便需要技術(shù)方面的進(jìn)一步革新，VXI總線(xiàn)技術(shù)就是在這樣的背景下出現的。
VXI——量測標準的開(kāi)放品
在GPIB之后出現的VXI總線(xiàn)技術(shù)是VME總線(xiàn)在儀器領(lǐng)域的擴展（VXI即VMEbus eXtensions
for Instrumentation的縮寫(xiě)）。1981年10月，Motorola 、Mostek和Signetics宣布它們共同支持基于VERSAbus和Eurocard模塊尺寸的系列板卡，這就是著(zhù)名的VMEbus。1987年，VMEbus被IEEE正式接受為萬(wàn)用背板總線(xiàn)（Versatile
Backplane Bus）標準——VMEbus（ANSI/IEEE 1014-1987）。
由于VME畢竟不是面向儀器的總線(xiàn)標準，來(lái)自Colorado
Data System、 Hewlett Packard、 Racal Dana、 Tektronix和Wavetek等5家儀器公司的技術(shù)代表于1987年6月宣布成立了一個(gè)技術(shù)委員會(huì )。同年7月，該委員會(huì )（即后來(lái)的VXI總線(xiàn)聯(lián)合體）發(fā)布了VXIbus規范的第1個(gè)版本，幾經(jīng)修改和完善，于1993年9月20日出版發(fā)行。VXI總線(xiàn)標準發(fā)展歷史如下表所示。
VXIbus標準發(fā)展史
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版本 |
0.0 |
1.0 |
1.1 |
1.2 |
1.3 |
1.4 |
IEEE-1155 |
日期 |
1987.7.9 |
1987.8.24 |
1987.10.7 |
1988.6.21 |
1989.7.14 |
1992.4.21 |
1993.9.20 |
VXI總線(xiàn)具有穩定的電源，強有力的冷卻能力和嚴格的RFI/EMI屏蔽。它具有標準開(kāi)放、結構緊湊、數據吞吐能力強（高達40MB/s的帶寬是GPIB的40倍）、定時(shí)和同步精確、模塊可重復利用，以及受到眾多儀器廠(chǎng)家支持的優(yōu)點(diǎn)，很快就得到廣泛的應用。由于是前插拔、模塊化的儀器，VXI系統的組建和使用變得很方便，尤其是組建大、中規模的自動(dòng)測量系統時(shí)；VXI也適合于對速度、精度要求高的場(chǎng)合，因此主要用于軍事、航空航天和ATE等領(lǐng)域的量測平臺。
雖然時(shí)至今日VXI總線(xiàn)的儀器和系統已被普遍接受，但是因為組建VXI總線(xiàn)要求有機箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價(jià)高昂；加之40MB/s的帶寬對于現今的高速量測裝置仍嫌不足，人們又對量測技術(shù)提出了更高的要求。在PCI總線(xiàn)成為主流的今天，PXI技術(shù)順應而生。
PXI——量測技術(shù)的生力軍
PXI 是PCI eXtensions for Instrumentation 的縮寫(xiě)。直觀(guān)地說(shuō)，CompactPCI
+ Extensions for Instrumentation = PXI。對于PXI的發(fā)展，首先要提到制訂并推廣PXI規格的組織——PXISA
(PXI System Alliance)。PXISA于1997年成立，同年推出了1.0版的PXI規格。隨著(zhù)PXISA的接受度提高，以及PXI標準的不斷完善，PXI的規格和相關(guān)產(chǎn)品也逐漸走向了標準化的道路。1998年，PXI被定為工業(yè)標準，PXI開(kāi)始快速而穩健地發(fā)展。2000年時(shí)，PXISA又推出了PXI
2.0版，并于2003年2月將規格更新至2.1版。
為更適于工業(yè)應用，PXI總線(xiàn)方式為PCI總線(xiàn)內核技術(shù)增加了成熟的技術(shù)規范和要求，增加了多板同步觸發(fā)總線(xiàn)的技術(shù)規范，以便使用于相鄰模塊的高速通訊局總線(xiàn)。PXI還具有高度的可擴展性：PXI具有8個(gè)擴展槽，通過(guò)使用PCI-PCI橋接器，可擴展到256個(gè)擴展槽，而臺式PCI系統只有3~4個(gè)擴展槽，臺式PC的性能價(jià)格比和PCI總線(xiàn)面向儀器領(lǐng)域的擴展優(yōu)勢結合起來(lái)，便形成了出色的虛擬儀器平臺。
PXI 的規格區分為硬件與軟件兩個(gè)部分。其中硬件部分是基于CompactPCI的規格，也就是PICMG
2.0，建構于CompactPCI的機構規格與PCI的電氣規格之上，加上儀器上所需要的電氣信號延伸，即是所謂PXI的規格。所以，PXI的數據傳輸速率的峰值在33
MHz、32 bit的總線(xiàn)上，可達132MB/s；在66 MHz、64 bit的總線(xiàn)上更可高達528MB/s，遠遠高于GPIB與VXI接口的傳輸速率。PXI
背板上的每一個(gè)擴充槽，都有專(zhuān)用的10 MHz參考時(shí)脈，而時(shí)脈偏斜的精確度必須小于1ns。這樣高的精確度使其可作為各擴充槽的基礎時(shí)脈，來(lái)達到同步的效果。
與其他的總線(xiàn)規格相比，PXI于軟件上對系統控制模塊與周邊模塊作了規范。例如：PXI周邊模塊的廠(chǎng)商，必須提供可使用于Microsoft
Windows上的驅動(dòng)程序，而PXI控制模塊則必須基于80x86架構，并可支持Microsoft
Windows。隨著(zhù)各式操作系統的接受度提高，未來(lái)將可能加入PXI軟件的規格制訂。除了對軟件架構上的規范外，PXI也制訂了硬件描述檔案的規格，系統操作人員可以利用這些檔案，透過(guò)軟件管理PXI系統上的模塊。
PXI的儀器延伸信號，提供了各PXI模塊之間的一個(gè)硬件的管道，不需經(jīng)過(guò)軟件的監督，PXI的模塊可實(shí)時(shí)地在此管道上利用硬件的信號互相溝通。如此可以減低CPU的負擔，并加速軟件程序的執行。并且基于x86架構與廣泛采用的Windows，可以有效降低PXI產(chǎn)品的學(xué)習曲線(xiàn)與購入成本。
多重的PXI模塊選擇，搭配不同機箱，使得PXI可以符合各種應用需求，并且易于維護。如此豐富的產(chǎn)品使得PXI目前已在汽車(chē)測試、半導體測試、功能性測試、航空設備測試以及軍事等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應用。
隨著(zhù)PXISA的接受度提高，以及全球眾多廠(chǎng)商的加入，PXI已不會(huì )讓客戶(hù)有被單一廠(chǎng)商綁住規格的憂(yōu)慮，且市場(chǎng)上有超過(guò)600種不同的PXI模塊問(wèn)世。根據Frost
and Sullivan的估計，在國際上，PXI市場(chǎng)于2003~2005年的成長(cháng)率分別為37%、28%、23%，成長(cháng)率遠超過(guò)PC或工業(yè)計算機量測應用的數字。而在國內，相關(guān)廠(chǎng)商也開(kāi)始利用PXI這個(gè)契機迅速擴大市場(chǎng)占有率，其中較為突出的是凌華科技（ADLINK）。
對于PXI的發(fā)展，凌華科技量測產(chǎn)品事業(yè)部總監高明和先生表示：“ 開(kāi)放化和標準化將是今后量測科技發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)方向。現在幾乎所有的廠(chǎng)商都強調產(chǎn)品的開(kāi)放和兼容性，為客戶(hù)節省在測試成本上的投資。客戶(hù)不須更換儀器，只要更換不同卡板或軟件，就能執行不同的測試項目；在產(chǎn)品規劃的同時(shí)，也為客戶(hù)預留可供升級使用的功能擴充。PXI沿用PC接口來(lái)操作儀器功能，具備兼容性高、方便更新功能等特色，未來(lái)以此衍生出的量測方案將越來(lái)越多。”
可以看到，隨著(zhù)量測技術(shù)的進(jìn)步和更多廠(chǎng)商的參與，我們將迎來(lái)一個(gè)更加開(kāi)放也更具效率的量測科技新時(shí)代。
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