基于PXI的便携式测控系统

　　引言

　　20世纪60年代末期，Hewlett-Packard设计出了所谓的HP-IB（Hewlett-Packard Interface Bus）作为独立仪器与计算机之间的沟通通道。由于其高速的数据传输率（对当时而言），很快便广为大家所接受，因此后来IEEE便将此接口更名为GPIB （General Purpose Interface Bus）。然而为了应付更为复杂的测试环境与挑战，GPIB便显得捉襟见肘。1987年VXI协会成立，并制订了所谓instrument-on-a- card的标准，也就是VXI （VMEbus eXtensions for Instrumentation）。VXI以其模块化而且坚固的架构，的确为量测与自动化产业带来不少的好处。

　　近十年来，随着个人计 算机的剧烈革命与普及，以PCI Bus为架构的仪器模块大为发展。因此1998年PXI System Alliance（PXISA）成立，让PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）成为一个开放的标准架构。PXI的平台不仅具有类似VXI的开放架构与坚固的机构外型，更由于其设计了一连串适合仪器开 发所用的同步信号，而使得PXI更适合作为量测与测试、控制自动化的平台。

　　1 PXI简介

　　简单来说，PXI是以PCI（Peripheral Component Interconnect）及CompactPCI为基础再加上一些PXI特有的信号组合而成的一个架构。PXI继承了PCI的电气信号，使得PXI拥有 如PCI bus的极高传输数据的能力，因此能够有高达132Mbyte/s到528Mbyte/s的传输性能，在软件上是完全兼容的。另一方面，PXI采用和 CompactPCI一样的机械外型结构，因此也能同样享有高密度、坚固外壳及高性能连接器的特性。PXI与CompactPCI相互关系如图1所示。

　　1.1 PXI系统内部结构

　　一个PXI系统由几项组件所组成，包含了一个机 箱、一个PXI背板（backplane）、系统控制器（System controller module）以及数个外设模块（Peripheral modules）。在此以一个高度为3U的八槽PXI系统为例，如图二所示。系统控制器，也就是CPU模块，位于机箱的左边第一槽，其左方预留了三个扩充 槽位给系统控制器使用，以便插入因功能复杂而体积较大的系统卡。由第二槽开始至第八槽称为外设槽，可以让用户依照本身的需求而插上不同的仪器模块。其中第 二槽又可称为星形触发控制器槽（Star Trigger Controller Slot）。

　　1.2 PXI特有信号

　　背板上的P1接插件上有32-bit PCI信号，P2接插件上则有64-bit PCI信号以及PXI特殊信号。那么PXI特有的信号又是什么呢？PXI的信号包含了以下几种，其完整的架构如图3所示

　　1.2.1 10MHz参考时钟（10MHz reference clock）

　　PXI规格定义了一个低歪斜（low skew）的10MHz参考时钟。此参考时钟位于背板上，并且分布至每一个外设槽（peripheral slot），其特色是由时钟源（Clock source）开始至每一槽的布线长度都是等长的，因此每一外设槽所接受的clock都是同一相位的，这对多个仪器模块的同步来说是一个很方便的时钟来 源。基本的10MHz参考时钟架构如图4所示。