PXI-Express总线标准
PXIExpress电子产品的技术优势
PXIExpress仪器利用其所使用的快速PCI总线，为PXI平台新添了许多技术优势。
该总线至多个仪器系统的数据吞吐量能够高达2 GB/s，并支持那些曾经只能通过定制硬件实现的应用。
名目一、PXIExpress的技术优势二、软件定义的测量：RF与通信测试三、多仪器集成：混合信号ASIC特征四、高数据吞吐量：数据流盘应用五、总结六、PXIExpress常见咨询题解答一、PXIExpress的技术优势PXI标准在不断开展，引进了快速PCI技术之后，使得PXI自动化测试系统拥有了前所未有的高性能。
在有些情况下，它支持PXI仪器执行一些往常一直无法完成的测量。
PXIExpress是PXI的拓展局部。
新型PXIExpress机箱提供了混合兼容的插槽，使得PXI与PXIExpress模块能够协同工作于同一系统。
故PXI与PXI Express系统均具有面向自动化测试应用的三个要害技术优势。
这些技术优势包*灵活的、软件定义的仪器*模块化仪器的集成*高数据吞吐量软件定义的仪器系统所具备的灵活性，使得用户能够为各种不同的测量重新配置测试系统。
这关于RF/通信制造测试尤为重要，该领域经常需要对同一台设备针对多个协议标准进行特定测量。
其次，将模块化仪器集成到同一系统，使得用户能够从超过1500种现有的PXI仪器中选择适宜的仪器。
这些仪器包括测试与测量行业中最高性能的仪器：*18-位高精度多功能数据采集*采样率为500kS/s，精度高达24位的高精度数字化仪*具有pA精度和1000V测量范围的快速7位半数字毫表*高密度开关，在单个3U插槽中具有512个交叉点*高达6.6GHz的RF信号分析与发生器*高密度通道数与同步〔高达5000个动态通道〕这种在同一系统中使用多个PXI仪器的能力使得单个测试系统能够用于测试多种混合信号设备。
一个常见应用是PXI系统用于混合信号半导体ASIC最后，PXI与PXIExpress仪器均具有一条用于仪器到主机PC传输信息的高性能数据总线。
PXI总线技术
PXI总线命令
总线命令的作用是用来规定主、从设备 之间的传输类型，它出现于地址周期的 C/BE[3::0]#线上。主设备是指通过仲裁 而获得总线控制权的设备；从设备是指 在 C/BE[3::0]# 上 出 现 命 令 时 被 AD[31::0] 线 上 的 地 址 或 IDSEL 所 选 中 的 设备。
电气扩展
➢PXI 的时钟和触发提高了性能:
星型触发 10 MHz 时钟
Local Bus
132 MB/s, 33 MHz, 32-bit 计算机总线 触发线
采用PCI-PCI桥接技术实现系统扩展
PCI-PCI桥
PCI-PCI桥的作用是协调两条PCI总线之间的通信，如 图所示。
PCI桥的分类
根据PCI桥的工作原理的不同，可以把PCI-PCI桥 分为透明桥和非透明桥两种。
• National Instruments 是最大供应商 • 应用于数据采集，功能测试和工业应用
PCI 总线优点
❖广泛的行业支持 ❖即插即用 ❖上千种软件产品 ❖33 MHz 的32位数据传输(132 Mbytes/sec) ❖PCI 是事实上的行业标准
PC Motherboard =Controller + Backplane
PXI 总线接口技术
北京航空航天大学自动化学院ATE实验室
2010年4月
内容提要
• PXI总线概述 • PXI总线系统构成 • PXI总线操作 • PXI模块设计 • PXI-EXPRESS总线
PXI总线概述——定位
VXI
填补空白
价格
台式机
Temperature
Pressure Alarm Conditions
总线命令表
pxi电源连接器的标准
pxi电源连接器的标准
PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）是一种用于测试、测量和自动化的工业标准，它为测试和测量设备提供了一种模块化的硬件平台和软件框架。
PXI 电源连接器是用于连接PXI模块的电源接口，确保模块能够获取电源供应并与其他组件通信。
根据PXI标准，PXI电源连接器遵循两种常见的标准：CompactPCI和PXI Express。
1. CompactPCI电源连接器：CompactPCI是PXI的前身，它使用32位或64位的PC总线架构，并采用传统的CompactPCI连接器。
CompactPCI电源连接器是一种高密度连接器，用于提供模块所需的电源和地线。
该连接器包括多个引脚和插槽，可用于提供不同电压的电源、地线以及其他控制信号。
2. PXI Express电源连接器：PXI Express是PXI的升级版本，采用更高带宽的PCI Express总线架构。
PXI Express电源连接器是一种高速插拔连接器，用于提供模块所需的电源、地线以及PCI Express和其他高速数据线路。
这种连接器具有更高的信号速度和可靠性，适用于支持更高性能和带宽要求的应用。
需要注意的是，不同的PXI设备制造商可能会在电源连接器上有一些细微的差别，例如使用不同大小的连接针脚或添加额外的信号引脚，以支持特定的功能或扩展接口。
因此，在选择和使用PXI设备时，最好参考设备的技术规格和用户手册，以了解具体的电源连接器标准和相应的电气特性。
PXI和PXI Express的比较
PXI和PXI Express的比较相对于PXI Express，大多数用户更熟悉PXI，尽管两款软件平台兼容，但是存在着接口差异。
PXIPXI背板使用PCI接口，为了提供充足的应用带宽，大多数这些模块工作于33MHz和32位宽。
这是三种类型的槽：系统插槽接受控制器或者控制器的远程接口。
星形触发槽用作一个普通的外设槽，在PXI开关模块上使用触发并不常见，因为触发模块典型的是基于IVI（软件）的。
外设插槽接受任何的外设PXI模块。
模块之间的背板是共享的，并显示为一组总线编号（对应于PXI总线的每个桥段），该总线上的设备通常编号从15以下开始。
特定总线中的所有设备共享32位PCI总线段，该标准限制总线数为256。
PXI ExpressPXI Express（PXIe）机箱使用PCI Express串行接口，连接它的系统槽和外围设备。
系统插槽与PXI不兼容，因此需要使用具有足够数量的PCIe连接器的控制器或者PCIe接口来支持外设。
串行接口的使用提升了外设的可用带宽，因为原则上它不是共享BW—每个外设获得一个或者多个具有2.5GB/s比特率的串行连接。
由于PCIe是点对点的连接系统，每个连接被定义为总线编号和设备0（该插槽上没有其他设备）。
与PCI一样，总线限制为256，最大模块计数低于PXI。
使用PXI Express不能保证快速的系统运行速度，系统速度最常见的瓶颈问题与背板速度无关，但是在接收或者传输大量数据的模块上可以看到速度优势。
PXI Express的机械接口和电气接口，不同于PXI。
为了充分利用快速PCI Express通道，机箱通常既包含PXI插槽和又包含PXI Express插槽（混合机箱）。
因此，机箱可以详细描述多种类型的插槽。
通常，插槽被定义如下：控制插槽，只适用于PXIe和混合机箱设定的专用控制器。
PXI Express插槽，只适用于PXI Express模块，其中只用相对较少的类型可用。
PXI Express总线模块印制板尺寸、前面板结构要求、接口定义
附录A（规范性附录）PXI Express总线模块尺寸要求A.13U PXI Express总线控制器模块印制板尺寸要求见图A.1。
单位为毫米注：3U PXI Express总线控制器模块要求有XP1、XJ2、XJ3、XJ4。
图A.13U PXI Express总线控制器印制板尺寸A.26U PXI Express总线控制器模块印制板尺寸要求见图A.2。
单位为毫米注：6U PXI Express总线控制器模块要求有XP1、XJ2、XJ3、XJ4，可以有J3、J4、J5连接器。
图A.26U PXI Express总线控制器印制板尺寸A.33U PXI Express总线定时模块印制板尺寸要求见图A.3。
单位为毫米注：3U PXI Express总线定时模块要求有TJ1、TJ2、XJ3、XJ4。
图A.33U PXI Express总线定时印制板尺寸A.46U PXI Express总线定时模块印制板尺寸要求见图A.4。
单位为毫米注：6U PXI Express总线定时模块要求有TJ1、TJ2、XJ3、XJ4，可以有XJ8、TJ5、TJ6连接器。
图A.46U PXI Express总线定时印制板尺寸A.53U PXI Express总线仪器模块印制板尺寸要求见图A.5。
单位为毫米注：3U PXI Express总线仪器模块要求有XJ3、XJ4。
图A.53U PXI Express总线仪器印制板尺寸A.66U PXI Express总线仪器模块印制板尺寸要求见图A.6。
单位为毫米注：6U PXI Express总线仪器模块要求有XJ3、XJ4，可以有XJ8连接器。
图A.66U PXI Express总线仪器印制板尺寸附录B（规范性附录）PXI Express总线模块前面板结构要求B.13U PXI Express总线模块前面板结构要求及助拔器安装要求见图B.1。
单位为毫米图B.13U PXI Express总线模块前面板B.26U PXI Express总线模块前面板结构要求及助拔器安装要求见图B.2。
PXI Express技术详解(完整版)
PXI Express 技术详解(完整版)PXI Express 仪器利用其所使用的快速PCI 总线，为PXI 平台新添了许多技术优势。
该总线至多个仪器系统的数据吞吐量可以高达2 GB/s，并支持那些曾经只能通过定制硬件实现的应用。
PXI Express 的技术优势PXI 标准在不断发展，引进了快速PCI 技术之后，使得PXI 自动化测试系统拥有了前所未有的高性能。
在有些情况下，它支持PXI 仪器执行一些以前一直无法完成的测量。
PXI Express 是PXI 的拓展部分。
新型PXI Express 机箱提供了混合兼容的插槽，使得PXI 与PXI Express 模块可以协同工作于同一系统。
故PXI 与PXI Express 系统均具有面向自动化测试应用的三个关键技术优势。
这些技术优势包括：* 灵活的、软件定义的仪器* 模块化仪器的集成* 高数据吞吐量软件定义的仪器系统所具备的灵活性，使得用户可以为各种不同的测量重新配置测试系统。
这对于RF/通信制造测试尤为重要，该领域常常需要对同一台设备针对多个协议标准进行特定测量。
其次，将模块化仪器集成到同一系统，使得用户可以从超过1500 种现有的PXI 仪器中选择合适的仪器。
这些仪器包括测试与测量行业中最高性能的仪器：* 18-位高精度多功能数据采集* 采样率为500kS/s，精度高达24 位的高精度数字化仪* 具有pA 精度和1000 V 测量范围的快速7 位半数字毫表* 高密度开关，在单个3U 插槽中具有512 个交叉点* 高达6.6 GHz 的RF 信号分析与发生器* 高密度通道数与同步（高达5000 个动态通道）这种在同一系统中使用多个PXI 仪器的能力使得单个测试系统可以用于测试多种混合信号设备。
一个常见应用是PXI 系统用于混合信号半导体ASIC 特征。
PXI Express 概述
PXI Express 概述PXI Express Hardware Specification哈尔滨工业大学•PXI平台的发展历史主要内容•PXI Express的新特性•PXI Express的兼容性•PXI Express的产品及应用•参考文献•PCI总线概述•PXI总线与PCI总线的关系PXI平台的发展历史•PCIe总线概述•PXIe与PCIe的关系PCI总线概述•PCI---P eripheral C omponent I nterconnect，周边器件互连•1991，Intel-PCI SIG•1992，PCI局部总线规范v1.0•33MHz/32bit---133MB/s•66MHz/64bit---533MB/s•PCI总线的局限性: 频率和效率(反射波信号驱动器)总线上设备越多，信号传播、加倍、建立所需的时间越长。
电气负载数量随着总线频率的上升而下降，带宽受限PCI总线的效率约为50%-60%，影响效率的因素有：总线仲裁时间、总线周期之间的闲态时间等PXI总线与PCI总线的关系•PICMG---PCI Industrial ComputerManufacturer’s Group•Compact PCI：欧卡，电气、逻辑和软件与PCI完全兼容性；坚固耐用的PCI版本，用于工业和嵌入式应用•PXI---PCI extensions for instrument，NI•PXISA---PXI System Alliance，1997仪器信号定时、触发等测试信号PCIe总线概述•对于带宽的需求（如：高清晰度的无压缩视频和音频）•2002，Intel，“第三代I/O接口标准”•串行、点对点、差分、独享带宽•带宽大幅度提升（理论上能达到16GB/s）•软件与PCI兼容PXIe 与PCIe 的关系PCI ---> PCI Express仪器信号Compact PCI ---> Compact PCI ExpressPXI ---> PXI Express•专业术语•PCIe的电气特性PXI Express的新特性•从PCIe获得的大幅提升的带宽•超高精度的同步和定时功能•机械结构的相应变化专业术语•链路（Link）:从物理上将两个PCI Express设备点对点连接到一起的一个PCI Express互连•通路（Lane）：一条链路在单个方向上所包含的信号对•8/10b编码：将串行数据的位发送时钟嵌入到串行位流中，使8位字符扩展为10位后再发送，开销增加25%。
PCI Express
PCI Express维基百科，自由的百科全书PCI Express ，简称PCI-E ，是电脑总线PCI 的一种，它沿用了现有的PCI 编程概念及通讯标准，但建基于更快的串行通信系统。
英特尔是该接口的主要支援者。
PCIe 仅应用于内部互连。
由于PCIe 是基于现有的PCI 系统，只需修改物理层而无须修改软件就可将现有PCI 系统转换为PCIe 。
PCIe 拥有更快的速率，以取代几乎全部现有的内部总线（包括AGP 和PCI ）。
英特尔希望将来能用一个PCIe 控制器和所有外部设备交流，取代现有的南桥／北桥方案。
除了这些，PCIe 设备能够支援热拔插以及热交换特性，支援的三种电压分别为+3.3V 、3.3Vaux 以及+12V 。
考虑到现在显卡功耗的日益增加，PCIe 而后在规范中改善了直接从插槽中取电的功率限制，16x 的最大提供功率达到了75W[1]，比AGP 8X 接口有了很大的提升。
基本可以满足当时(2004年)中高阶显卡的需求。
这一点可以从AGP 、PCIe 两个不同版本的6600GT 显卡上就能明显地看到，后者并不需要外接电源。
PCIe 只是南桥的扩展总线，它与操作系统无关，所以也保证了它与原有PCI 的兼容性，也就是说在很长一段时间内在主板上PCIe 接口将和PCI 接口共存，这也给用户的升级带来了方便。
由此可见，PCIe 最大的意义在于它的通用性，不仅可以让它用于南桥和其他设备的连接，也可以延伸到芯片组间的连接，甚至也可以用于连接图形芯片，这样，整个I/O 系统重新统一起来，将更进一步简化计算机系统，增加计算机的可移植性和模块化。
历史在2001年的春季英特尔开发者论坛（IDF ）上Intel 公布了取代PCI 总线的第三代I/O 技术，被称为“3GIO ”。
该总线的规范由Intel 支持的AWG （Arapahoe Work Group ）负责制定。
2002年4月17日，AWG 正式宣布3GIO 1.0规范草稿制定完毕，移交PCI 特殊兴趣组织（PCI-SIG ）进行审核，2002年7月23日经过审核后正式公布，改名为“PCI Express ”，并根据开发蓝图2006年正式推出Spec2.0（2.0规范）。
PXI和PXIExpress的比较
PXI和PXI Express的比较相对于PXI Express，大多数用户更熟悉PXI，尽管两款软件平台兼容，但是存在着接口差异。
PXIPXI背板使用PCI接口，为了提供充足的应用带宽，大多数这些模块工作于33MHz和32位宽。
这是三种类型的槽：系统插槽接受控制器或者控制器的远程接口。
星形触发槽用作一个普通的外设槽，在PXI开关模块上使用触发并不常见，因为触发模块典型的是基于IVI（软件）的。
外设插槽接受任何的外设PXI模块。
模块之间的背板是共享的，并显示为一组总线编号（对应于PXI总线的每个桥段），该总线上的设备通常编号从15以下开始。
特定总线中的所有设备共享32位PCI总线段，该标准限制总线数为256。
PXI ExpressPXI Express（PXIe）机箱使用PCI Express串行接口，连接它的系统槽和外围设备。
系统插槽与PXI不兼容，因此需要使用具有足够数量的PCIe连接器的控制器或者PCIe接口来支持外设。
串行接口的使用提升了外设的可用带宽，因为原则上它不是共享BW—每个外设获得一个或者多个具有2.5GB/s比特率的串行连接。
由于PCIe是点对点的连接系统，每个连接被定义为总线编号和设备0（该插槽上没有其他设备）。
与PCI一样，总线限制为256，最大模块计数低于PXI。
使用PXI Express不能保证快速的系统运行速度，系统速度最常见的瓶颈问题与背板速度无关，但是在接收或者传输大量数据的模块上可以看到速度优势。
PXI Express的机械接口和电气接口，不同于PXI。
为了充分利用快速PCI Express 通道，机箱通常既包含PXI插槽和又包含PXI Express插槽（混合机箱）。
因此，机箱可以详细描述多种类型的插槽。
通常，插槽被定义如下：控制插槽，只适用于PXIe和混合机箱设定的专用控制器。
PXI Express插槽，只适用于PXI Express模块，其中只用相对较少的类型可用。
PXI总线技术
ppt课件
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➢PXI 具备 VXI 的特性
PXI 和 VXI的时钟和触发扩展
本地总线 VXI 12 线 PXI 13 线
实现PC技术
PCI 总线
CompactPCI
欧洲卡封装
ppt课件
更好的 IEC 连接器
4
PXI = PCI eXtensions for Instrumentatio n • 扩展的内容
• 和 0.8” CPCI空间相同 • 没有电磁屏蔽规范 (可选)
• 冷却规范 • 触发线 • 局部总线 • 更多电源类型 • 10MHz时钟
CompactPCI Embedded Controller
1 2 34 5 678
CompactPCI 8-slot
Backplane
ppt课件
8
PCI与CompactPCI的外形尺寸
PCI
PXI/CompactPCI
Half
Full
Size
Size
6U
PCI 卡只需作很少或者完全不用 作电路改动就可以设计成适合 PXI/CompactPCI.
ppt课件
5
• 11年的历史 • National Instruments（NI）公司1997年发起 • 超过60个厂家加入PXI 系统联盟 • 超过100个产品供应商 • 全球大约有1000种产品 (包括300多种cPCI)
• National Instruments 是最大供应商 • 应用于数据采集，功能测试和工业应用
C o n d itio n s
Flow Control Panel
仪器专用总线PXI解读
PCI 总线支持突发工作方式，并且后面可跟无限个数据周期。这意味着 可以从某一地址起读出或写入大量数据。 线性猝发传输能够更有效 地运用总线的带宽去传送数据，以减少无谓的地址操作。
8
PCI 总线特点
4）减少存取延迟
对于支持 PCI 总线的设备，存取延时很小，能够大幅度减少外围设备取 得总线控制权所需的时间。
PXI 徽标和兼容标志 环境测试
PXI 规范推荐所有环境测试按照 IEC60068 规范描述的过程测量湿度、振动 和冲击，并随产品一起提供给用户。
冷却规范
PXI 规定模块所要求的强制冷却气流流向必须由模块底部向顶部流动。制造 商应在模块的技术文档中写明在常规运行条件下模块的标称功率。
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机械规范
强制的主动冷却 要求给出每个模块温度的实测值和额定值 定义了针对 EMC、冲击、振动、湿度等的系统级环境要求 定义了嵌入式控制器的位置
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机械规范
机箱与系统槽
PXI 机箱中的系统槽必须位于最左端，而且主控机只能向左扩展以避免占用 仪器模块插槽。控制器扩展槽没有连接器与背板相连，不能用于插接外围扩 展模块。
J2 J1
11
CompactPCI – 为什么使用欧规卡封装?
其出色的性能已被数十年的工业应用所证明 (VME, VXI, …)
已被接受为 IEEE 1101 标准 已有大量实际可用的机械部件 优良的散热特性 模块化、坚固和紧凑
12
PC Motherboard Controller + Backplane
机箱与模块的接地和EMI
PXI 机箱应留有能实现机箱地与大地直接相接的端子，推荐使用 PICMG2.0 R3.0 规范中描述的连接器。
PXI总线规格简介
PXI总线规格简介一、前言随着PC产业的蓬勃发展，带动着一波波工业界替换传统解决方案的潮流。
过去三十年间，自有的技术主导着工业控制、测试与自动化的发展，如PLC与各式的field bus。
但是自从Intel的CPU 速度与稳定度的提升，以及Microsoft在操作系统上的广泛采用，使得PC的功能不再只局限于网络功能与数据处理。
PC技术的推展，使得各式工业计算机的规格各执擅场，如PICMG的单板计算机规格、使用于嵌入式应用的PC/104+规格，以及PXI/CompactPCI规格的诞生。
目前PXI的系统已广泛且成功地应用于汽车测试、半导体测试、功能性测试、航空设备测试以及军事的应用之上。
相较于其它的工业规格，PXI具备较佳的效能与较低的成本优势。
本文将专门讨论PXI技术发展与近况。
二、PXI 组织与产品近况PXI 为PCI eXtensions for Instrumentation 的缩写。
而制订并推广PXI规格的组织就是PXISA (PXI System Alliance)，PXISA 于1997年成立，并于该年推出1.0版的PXI规格。
PXISA是一个非营利的组织，且其会员分为三个不同的等级，分别为Sponsor membership，Executive membership与Associate membership。
除了年费的不同外，各等级的会员负有不同的责任、义务与权利。
Sponsor会员需具备一年以上的Executive会员资格，并且可于PXISA 董事会中占一个席次。
Sponsor会员负责规格的起草与修改，并提出初版的制订，且具有对PXI规格承认的投票资格，Sponsor会员并主导PXI规格的行销策略的建立。
Executive会员则可以积极参与行销方向与规格技术方面的意见交流，并且也具备对PXI规格的同意投票权。
第三级的Associate 会员则无投票权，但经由PXISA可以获得最直接的第一手信息。
PXI总线技术
灵活性：PXI总线技术采用即插即用方式方便模块的安装和更换同时支持热插拔提高系统的可用性。
PXI总线技术的应 用案例
PXI总线在测试测量领域的应用案例
汽车行业：用于发动机、底盘和车身的测试 航空航天：用于飞机和卫星的测试与验证 电子设备：用于消费电子产品、医疗设备和工业控制系统的测试 通信设备：用于无线通信、网络设备和光通信设备的测试
未来展望：随着 技术的不断发展 PXI总线技术将 继续演进以满足 更高性能、更高 可靠性的测试需
求。
PXI总线技术的体 系结构
PXI总线的硬件体系结构
PXI模块：包括处理器机箱：提供模块插槽和电缆连接器用于安装模块和连接电缆。 PXI控制器：用于协调模块之间的通信和控制操作包括PXI定时/触发总线。 PXI系统电源：为整个PXI系统提供电源通常为每个插槽提供电源。
起源：PXI总线 技术起源于1980 年代最初是为了 满足航空航天领 域的高性能测试 需求而开发的。
发展历程：PXI 总线技术在1990 年代得到了进一 步的发展并逐渐 应用于汽车、通 信、电子等领域 的测试系统中。
标准化：PXI总 线技术经过多年 的发展已经成为 一种标准化的总 线技术并被广泛 应用于自动化测 试和测量领域。
传输层：负责数 据包的路由和传 输控制确保数据 在不同模块之间 正确无误地传输。
PXI总线技术的性 能指标
PXI总线的带宽和传输速率
PXI总线的带宽：通常 为250 MB/s可扩展至 500 MB/s
PXI总线的传输速率： 最高可达200 MB/s可 满足大多数应用需求
PXI总线的可靠性和稳定性
PXI总线技术的未 来发展
PXI-Express总线标准
PLX Express总线标准1. PXI总线概述PXI（PCI extensions for Instrumentation，面向仪器系统的PCI扩展）平台是基于成熟的PCI总线技术，随着PCI发展到PCI-Express，PCI Express技术也被引入到PXI的标准中，2005年，PXISA官方组织推出了新一代基于高速差分信号和交换式结构的PXI-Express的软硬件标准。
与PXI相比，PXI-Express具有以下几个方面的突出特点：1) 数据吞吐量高：由于采用了高速串行差分信号和交换式结构（Switched Fabrics），PXI-Express能够将传统并行总线的带宽提高约45倍，从原来PXI的132MB/s突发传输速率提高到6GB/s，突破了传统PXI总线传输速率的瓶颈；2) 除了保持PXI现有的定时和同步功能，PXI-Express还提供了附加的定时和触发总线，包括：100MHz差分系统时钟、差分星形触发信号，以及槽间菊花链式差分信号等；3) 通过使用差分时钟和触发信号，PXI-Express系统提高了对仪器时钟信号的抗噪声能力，确保可靠同步和触发。
除了上述性能上的提升，PXI-Express同时还保持了和原来PXI软件上的完全兼容性。
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。
传统的PXI总线仪器用户可以“无妨碍”地过渡到先进的PXI-Express总线仪器。
2 .PXI-Express总线的技术优势PXI-了混合兼容的插槽，使得PXI与PXI-Express模块可以协同工作于同一系统。
故PXI与PXI-Express系统均有面向自动化测试应用的三个关键技术优势。
这些技术优势包括：（1）灵活的、软件定义的仪器。
（2）模块化仪器的集成。
（3）高数据吞吐量。
软件定义的仪器系统所具备的灵活性，使得用户可以为各种不同的测量重新配置测试系统。
PXI Express 规范教程
PXI Express 规范教程目录1.介绍2.使新的应用成为可能3.将PCI Express技术应用于CompactPCI和 PXI4.保持软件的兼容性5.提供附加的定时和同步特性6.PXI的未来7.参考文献介绍自1998年发布后，PXI 行业标准在自动测试系统领域迅速地获得采用并且广泛发展。
在成千上万的应用中都采用PXI作为平台，所涉及的领域从军事和航空航天、消费类电子产品，以及通信系统到过程控制和工业自动化等。
促使PXI被快速采用的一个关键因素，是它在通讯背板中采用了PCI技术。
现在，随着商业PC行业将PCI总线升级为 PCI Express总线，大幅提升了可用的总线带宽。
通过将PCI Express技术应用到PXI标准中，使得PXI有能力满足更多的应用需求。
为了确保成功地将PCI Express技术集成到PXI 和 CompactPCI背板中，管理CompactPCI标准的PCI行业制造商协会(PCI Industrial Manufacturers Group，PICMG)的工程师和管理PXI标准的PXI系统联盟（PXI Systems Alliance ，PXISA）的工程师通力合作，确保在将PCI Express技术集成进背板的同时，依然保留其与现有的大量已安装系统的兼容性。
通过PCI Express技术，使用者受益于带宽的显著增加、可靠的向后兼容性，以及附加的定时和同步功能，在现有的平台的基础上不断提高。
使新的应用成为可能通过利用背板中的PCI Express技术，PXI Express总线将PXI总线的可用带宽从132 MB/s增加到8 GB/s，达到60倍以上的带宽提升，同时始终保持与PXI 模块的软件和硬件兼容性。
利用这个性能的提升，PXI能够涉足到许多新的应用领域，而过去，这些应用领域中的大部分只能通过昂贵的和专用的硬件来实现。
比如，通过使用PCI Express技术，借助于嵌入式控制器或者连接至PC的MXI 控制器，一个数字化仪能够与CPU之间实现带宽为1 GB/s的直接数据传输。
PCI-Express总线简介
PCI-Express的原名为3GIO (The 3rd Generation Input Output)，是由Intel首先提出的，顾名思义，Intel当初提出时就是要将它作为第三代I/O接口标准(第一代是I/O接口标准是ISA，第二代I/O接口标准是PCI)，后来，Intel将3GIO标准转交给PCI-SIG(PCI总线特殊兴趣小组)，名字被改为“PCI-Express”，并进行了标准化。
如今，PCI-Express已经推出了3个版本，分别是：1).2002年4月推出的PCI-Express 1.0，单通道带宽为2.5Gbps *2 (因为PCE-Express收发通道独立，可以同时工作，所以带宽加倍)，有效带宽为2.5Gbps *2*0.8=4Gbps=500MByte/s（PCI-Express通道中传输的数据经过了8B/10B编码，编码效率为80%）。
2). 2006年推出的PCI-Express 2.0，单通道带宽为5Gbps *2，有效带宽为5Gbps*2*0.8=8Gbps=1GByte/s。
3). 2008年推出的PCI-Express 3.0，单通道带宽为10Gbps *2，有效带宽为10Gbps*2*0.8=16Gbps=2GByte/s。
PCI-Express总线的基本架构包括根组件(Root Complex)、交换器(Switch)和各种终端设备(Endpoint)。
根组件可以集成在北桥芯片中，用于处理器和内存子系统与I/O之间的连接；交换器的功能通常以软件的形式提供，包括多个逻辑PCI到PCI 的桥连接，以及与传统PCI设备的兼容性，在PCI-Express架构中出现的新设备是交换器，主要用来为I/O总线提供输出端，它也支持在不同终端设备间进行对等数据传输。
PCI-Express总线的拓扑结构如下图所示。
PCI总线特点：1).双单工，点对点传输，每个Lane包含4根线，2收2发，使用LVDS差分信号，最小差模电压175mV，共模电压3.5V，最长可传输3m。
PXI总线概述
PXI总线系统概述随着广大仪器及自动设备用户对易于集成和使用的紧凑通用系统的性能、功能和可靠性要求的不断增长，由美国NI等几家公司于1997年推出了测控仪器总线标准PXI总线标准。
PXI （PCIextensions for Instrumentatilon），它是CompactPCI在仪器领域的扩展。
PXI技术采用了不少现存工业标准以较低价格获取大量可用的元件。
最重要的是，通过保持与工业标准个人计算机软件的兼容性，PXI允许工业用户使用他们所熟悉的软件工具和环境。
PXI直接引用了被广泛采用的PCI规范所定义的电气特征。
它还采用了CompactPCIr 的外形结构，包括PCI电气规范、通用的Eurocard结构和高性能的连接器。
这允许CompactPCI和PXI系统可以有7个外设插槽，而桌面PCI系统只有4个外设插槽。
通过采用PCI-PCI桥构成多总线段可以组建具有更多插槽的系统。
例如采用单个PCI-PCI桥可以构建一个13插槽的PXI 系统。
PXI规范通过在电气规范中增加触发、本地总线和系统时钟能力以满足仪器系统应用对更高性能的要求。
PXI还提供了与CompactPCI产品的互操作能力。
通过以坚固耐用的形式实现桌面PCI，PXI可以利用大量现成的工业标准软件。
桌面PC 用户可以使用不同层次的软件，从操作系统到低级的器件驱动程序再到高级的仪器驱动程序直到完整的图形用户程序接口。
所有这些层次的软件都可以在PXI系统中使用。
PXI为整个系统定义了软件框架，所有的PXI外设模块都要求适当的仪器驱动软件以方便系统集成。
另外，PXI 还采用了虚拟仪器软件体系结构（VISA）。
VISA被用于定义串行、VXI和GP-IB外设模块驱动程序并与其通信。
PXI对VISA进行扩展，除上述接口外VISA还用于定位和控制PXI外设模块。
该扩展保持了被仪器界采用的仪器软件模式。
其结果是拥有了一大批跨越PXI、CompactPCI、桌面PCI、VXI、GPIB和其他仪器体系结构的软件人员。
PXIe总线说明
PXIe总线说明高性能测试测量与控制平台—PXI系统应用摘要：PXI中引入了PXIExpress技术，显著提高了总线带宽。
PXI将PCIExpress集成到PXI标准中，可以满足更...PXI中引入了PXI Express技术，显著提高了总线带宽。
PXI将PCI Express集成到PXI标准中，可以满足更多的应用需求。
PCI Express 技术可以集成到背板中，同时维持与现有系统的后向兼容性。
除了x1、x4和x8 PCI Express链路外，系统控制器插槽还支持高达x16的PCI Express链路，可以为PXI Express背板提供最高6GB/s的带宽。
利用PCI Express 技术，PXI Express将PXI中的可用带宽提高了45倍多，即从132MB/s提高到6GB/s;与此同时，还可以维持与PXI模块间的软件、硬件兼容性。
正是由于此性能的增强，PXI可以用于很多新型应用领域，其中很多领域在以前只能由昂贵的专用硬件实现。
图1. PCI Express技术提供每槽专属的更高带宽硬件架构PXI系统由三个基本部分组成——机箱、系统控制器和外围模块。
图2. 标准的8槽PXI机箱中，包括一个嵌入式系统控制器和七个外围模块PXI机箱PXI机箱为系统提供了坚固的模块化封装，通常为4槽、6槽、8槽、14槽或18槽的3U或6U机箱。
U(rack unit)是一种测量单位，用来描述安装在19或23英寸(指宽度)机架上的设备的高度。
1U等于44.45mm(1.75英寸)。
装在机架上的设备的尺寸大小通常用U来描述。
专用机箱还可在交流电源和直流电源中选择，以及是否集成信号调理功能。
很多PXI Express 机箱中都可以容纳PXI和PXI Express外围设备，而有些具有混合插槽的机箱(如NI PXIe-1075)，还可以容纳PXI Express外围设备或者兼容混合插槽的PXI设备。
利用这些机箱可以配置多种PXI系统从而满足应用需求。
边界扫描和PXI Express(07-100)
边界扫描和PXI Express(07-100)如同开发PXI 做为PCI 扩展来满足测试测量界专门要求那样，PXI Express 是基于PCI Express，为了该标准提供相应扩展。
因为这种紧密关系，所以，PCI Express 进一步改进也将适合于PXI Express。
PXI Express 使得可在实时RF 或视频处理中构建具有最高系统吞吐量的现代化测试系统。
然而，其他测试测量应用在系统吞吐量方面也会受益。
对于仅适合PCI Express 领域的应用，现在借助PXI Express 系统可以在PXI 中实现。
边界扫描和PXI Express定义为IEEE1149.1 的边界扫描，是电子行业中一种重要的测试和调试接入方法，可以在不同硬件平台的测试系统中实现。
某些边界扫描应用，如闪速器件的系统内编程、复杂存储器件的存储器群集测试和功能测试应用用边界扫描单元需要巨大的吞吐量。
因此，测试仪器硬件平台必须提供合适的带宽，而串行总线系统(如最大480MB/S 的USB)和并行平台(如127MB/S 的PCI)不能满足要求。
PXI Express 组合了具有专用测试能力模块平台的优点，但不适合具有PCI Express 总线高性能带宽的PC 基环境。
这能构建紧凑强有力而又灵活的测试系统，把具有嵌入式测试接入功能测试设备的边界扫描诊断能力结合起来。
PXI Express 环境中的集成功能测试和边界扫描接入使新的测试调试和仿真应用成为可能。
在PXI 基测试设备中，实现边界扫描已有很多年了。
PXI Express 带宽的好处为边界扫描应用提供的实际速度改进取决于边界扫描控制器性能、边界扫描应用类型和在UUT 被测单元上的边界扫描资源。
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PLX Express总线标准1. PXI总线概述PXI（PCI extensions for Instrumentation，面向仪器系统的PCI扩展）平台是基于成熟的PCI总线技术，随着PCI发展到PCI-Express，PCI Express技术也被引入到PXI的标准中，2005年，PXISA官方组织推出了新一代基于高速差分信号和交换式结构的PXI-Express的软硬件标准。
与PXI相比，PXI-Express具有以下几个方面的突出特点：1) 数据吞吐量高：由于采用了高速串行差分信号和交换式结构（Switched Fabrics），PXI-Express能够将传统并行总线的带宽提高约45倍，从原来PXI的132MB/s突发传输速率提高到6GB/s，突破了传统PXI总线传输速率的瓶颈；2) 除了保持PXI现有的定时和同步功能，PXI-Express还提供了附加的定时和触发总线，包括：100MHz差分系统时钟、差分星形触发信号，以及槽间菊花链式差分信号等；3) 通过使用差分时钟和触发信号，PXI-Express系统提高了对仪器时钟信号的抗噪声能力，确保可靠同步和触发。
除了上述性能上的提升，PXI-Express同时还保持了和原来PXI软件上的完全兼容性。
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。
传统的PXI总线仪器用户可以“无妨碍”地过渡到先进的PXI-Express总线仪器。
2 .PXI-Express总线的技术优势PXI-了混合兼容的插槽，使得PXI与PXI-Express模块可以协同工作于同一系统。
故PXI与PXI-Express系统均有面向自动化测试应用的三个关键技术优势。
这些技术优势包括：（1）灵活的、软件定义的仪器。
（2）模块化仪器的集成。
（3）高数据吞吐量。
软件定义的仪器系统所具备的灵活性，使得用户可以为各种不同的测量重新配置测试系统。
这对于RF/通信制造测试尤为重要，该领域常常需要对同一台设备针对多个协议标准进行特定测量。
其次，将模块化仪器集成到同一系统，使得用户可以从超过1500种现有的PXI仪器中选择合适的仪器。
这些仪器包括测试与测量行业中最高性能的仪器；1）18位高精度多功能数据采集。
2) 采样率为500ks/s，精度高达24位的高精度数字化仪器。
3）具有PA精度和1000v测量范围的快速7位半数字毫表。
4）高达6.6GHz的RF信号分析与发生器5) 高密度通道数与同步（高达5000个动态通道）。
这种在同一系统中使用多个PXI仪器的能力使得单个测试系统可以用于测试多种混合信号设备。
一个常见应用时PXI系统用于混合信号半导体ASIC特征。
最后，PXI与PXI-Express仪器均具有一条用于仪器到主机PC传输信息的高性能数据线。
PXI仪器为总线上的所有设备提供高达132MB/s的共享带宽。
PXI-Express仪器通过快速PCI总线甚至能够达到更高的吞吐量。
快速PCI总线是一个点对点的高速串行总线，其每插槽带宽可以从250MB/s扩展到2GB/S。
例如，一个x4PXI-Express插槽为该插槽中的设备提供高达1GB/s的专用带宽。
此外当更多仪器被添加至系统中时，系统的吞吐量相应增加。
图1快速PCI的吞吐量随所使用仪器的数目扩展PXI-Express仪器吞吐量的提高，使得数项新的应用成为可能。
凭借总线的高吞吐量，PXI-Express仪器与PXI-Express RAID硬盘驱动器协同使用，可以实现高速数据流导入磁盘或数据流导出磁盘的配置。
这个能力尤其适用于两个特殊应用——智能信号与数字视频测试。
3．PXI平台和SC Express同步概述作为新一代的PXI平台，PXI-Express的技术设计为测量I/O设备提供了更高级别的同步，并且同时保持了向后的兼容性。
PXI-Express背板中的100MHz 差分时钟能够让多个设备将其采样时钟同步到相同的参考时钟上。
背板上的触发线路让机箱设备可以进行协同触发，并且使用相同的100MHz时钟边沿。
图2 在PXI平台现有功能的基础上，PXI-Express提供了附加的定时和同步功能，实现了更高精度的测量与过去的PXI机箱相同，利用一块定时和同步模块可以将一个PXI-Express机箱中的背板时钟以更高精度的时钟来代替，或者还可以用于同步多个PXI-Express机箱中的测量设备。
如果应用需要多个机箱在长距离下同步，可以用GPS或IRIG-B PXI定时模块使用共同的时间信号同步多个机箱。
美国国家仪器公司已经用一种创新的方法提高了DAQmx的驱动能力来配置多个SC Express模块的同步。
单一的SC Express模块类型的整个底板可以被编程来完成多个设备任务。
对于多个设备任务，你可以使用相同的DAQmx编码来测量你的应用，从一个通道到544个通道，你也可以使用一个单一的DAQmx 任务来自动地通过多个不同测量类型的测量板来同步信道。
图3获取多个不同测量类型模块的LabVIEW代码当使用这种方式编程，SC Express模块使用PXI Express底板的100MHz的差分时钟作为参考时钟和背板触发线来同步。
如下表SC Express模块展示了强大的同步性能。
表1 多个设备任务的同步性能4．软件定义的测量：RF与通信测试利用虚拟仪器系统的方式，PCI或PCIe被用作从仪器到PC的数据总线。
您可以结合定制算法或常见测量值（如上升时间或THD（总谐波失真）），对数据进行分析。
利用软件定义测量，您可以重新配置仪器以执行各种任务。
一个需要使用软件定义测量的应用领域便是RF与通信制造测试。
由于现在的无线设备使用多种通信协议，如802.11g、GSM、GPS和蓝牙等，无线设备测试的挑战性和测试成本均日趋上升。
以往，您需要多台仪器以表征不同通信标准下的设备性能。
糟糕的是，使用多台独立仪器的成本会非常之高。
如今，使用这种软件定义的RF测试方案，可以使用相同的硬件设备、通过重新配置软件从而实现对多种通信协议的测试。
因而，您可以用同一台仪器与不同的软件结合使用，实现不同的测试功能。
一个面向无线标准测试的仪器复用的常见范例，便是蜂窝电话制造测试，如图4所示。
图4 涉及多个标准的蜂窝通信制造测试如图所示，单个PXI失量信号分析仪捕获对应不同通信标准的各种频率的RF信号。
由于通信协议堆栈用软件实现，您可以将同一台仪器复用于每一个通信标准。
因而，软件定义的测量方式缩减了测试成本与空间占用。
5. 多仪器集成：混合信号ASIC的表征对于混合信号测试，PXI的另一个技术优势便是，它提供了在同一个系统中紧密集成多个仪器的能力。
这一能力提供了仪器间的精确同步和模拟与数字数据间的相关，并减少了仪器所占用的空间。
这种实现仪器系统的混合信号方式使得多种测试应用获益匪浅。
范例之一便是多通道混合信号专用集成电路ASIC，如数模转换器。
现代ASIC要求混合信号输入和输出以及各种信号需求。
以往，这些设备的自动化测试需要多个台式仪器，这需要耗费相当的成本和物理空间。
今天，PXI仪器系统提供了一种单平台解决方案，通过该方案，您可以在单个测试中集成多台仪器。
例如，考虑表征一个4-通道、12-位、100 MHz数模转换器所需的测试仪器。
该ASIC需要超过48个同步数字I/O的通道、4个精确模拟输入通道和一个可编程的DC电源。
利用PXI仪器系统，您可以通过在同一个系统中集成多个PXI 仪器解决这一测试挑战。
如图3所示，您可以实现多个数字I/O模块的同步，以确保48个通道满足通道间偏移小于1 ns。
此外，一个PXI高速数字化仪在100 MS/s采样率时能提供14-位的精度。
对于该测试系统，您仅需要一个数字化仪，以及一个低插入损耗的RF开关。
最后，您可以使用一个PXI可编程电源供应，以提供从0V到6V的、120µV间隔变化的电压。
图5表示了一个多通道DAC 的参考架构。
图5 通过DAC表征的参考框架利用PXI模块化仪器系统，您可以将一个混合信号测试平台集成至单个测试系统中。
利用仪器系统的模块化实现方式，您可以通过重新配置该系统或对其扩展以满足未来的测试需求。
此外，通过与NI LabVIEW编程环境的连接，您可以实现如THD、SFDR和SINAD等量的测量。
在该系统中，您可以通过观察其在电源、电流等各种因素下的性能，得到被测设备的全面表征。
6. Applications高数据吞吐量：数据流导入磁盘应用PXI Express仪器系统的最大技术优势在于PCIe总线的高数据吞吐量。
这一优势不仅缩短了常见自动化测试应用的测试时间，也使得使用现有商用硬件无法实现的新型应用得以实现。
范例之一便是数据流导入磁盘，如信号情报和数字视频测试等。
传统的台式仪器，如任意波形发生器、逻辑分析仪和示波器等，使用板上有限的存储器作为存储波形数据的临时缓存。
板上存储器昂贵而且可用空间有限。
然后，这些仪器系统可以通过GPIB、LAN或USB接口将波形输入至PC或自PC输出波形。
糟糕的是，这样的数据吞吐量仅仅是数兆字节每秒。
对于数据流导入磁盘或数据流导入内存等应用，需要高得多的吞吐量。
PXI Express凭借其高吞吐量和低总线时延，提供了一个引人瞩目的解决方案。
幸运的是，您可以使用NI LabVIEW的多线程编程模型，方便地优化数据流导入磁盘应用。
由于LabVIEW动态地分配编程任务至多个线程，您可以通过将仪器I/O和文件I/O分解成两个独立的while循环，实现更高的吞吐量。
标定数据流导入磁盘应用得益于PXI Express仪器系统吞吐量的提高，您可以在数据流导入磁盘应用中实现更高的采样率和更多的通道数。
为了标定数据流导入磁盘应用的准确吞吐量，使用如下等式：吞吐量=采样率x字节/样本x通道数例如，考虑一个数据流导入磁盘应用场景：NI PXIe-5122高速数字化仪的两个通道以100 MS/s的最大采样率进行采样。
注意，NI PXIe-5122是一个14-位的数字化仪。
因而，每个采样值需要2字节存储空间或磁盘空间。
NI PXIe-5122的最大吞吐量如下所示：吞吐量=100 MS/s x 2字节/采样x 2通道=400 MB/s 为了精确表征一个真实系统的性能，使用一个PXI Express双核嵌入式控制器，以及一个速率为650 MB/s的PXI Express x4 RAID-0硬盘驱动器。
对于该测试，所用的采集大小为40 GB。
在如下所示的测试结果中，使用了多个具有256 MB板载存储的NI PXIe-5122数字化仪。
表2根据所需通道的数目，描述了数据流导入磁盘应用的最大采样率。
表2 NI PXIe-5122高速数字化仪的数据流导入磁盘的标定速率作为数据流导入磁盘应用的另一方案，您可以将来自一个告诉数字化仪的数据以数据流的形式导入您的PXI控制器的板载内存中。