PXI： 適用於儀控的工業級標準平台
列印概觀
歡迎參閱設計下一代測試系統開發指南。 此份指南收集了白皮書的內容，針對開發測試系統所設計，可降低成本、增加測試輸出率，並可搭配未來的需要。 此白皮書將詳細說明 PXI 平台。
若要下載完整的開發指南，(共 120 頁)，請至 ni.com/automatedtest/zht。
簡介
PXI (適用於儀控的PCI eXtensions) 為堅固的PC 架構平台，適用於量測與自動化系統。PXI 整合了 PCI 電子匯流排功能，包含模組化 CompactPCI 的 Eurocard 套件，並可新增至特定的同步化匯流排與主要軟體功能。PXI 亦為高效能與低價位的佈署平台，適用於量測和自動化系統。這些系統可支援如生產測試、軍事和航太、機器監控、汽車製造，與工業測試的應用。
PXI 系統於 1997 年開發，並於 1998 年發表，為符合複雜儀控系統需求的開放式工業標準。時至今日，由超過 70 間公司組成的 PXI 系統聯盟 (PXISA) 所領導，持續推展 PXI 成為標準規格，並能夠有效溝通其他裝置。若需要 PXISA 的相關資訊，包含 PXI 規格，請至 www.pxisa.org。
硬體架構
PXI 系統由 3 個基礎元件所組成 – 機箱、系統控制器，與週邊模組。
圖 1. 標準的 8 槽 PXI 機箱，包含 1 組嵌入式控制器與 7 組週邊模組。
PXI 機箱
PXI 機箱 提供堅固的模組化系統。機相提供 3U 與 6U 尺寸，具有 4 槽至 18 槽的容量，並具有如 DC 電源供應與整合訊號處理的功能。機箱包含高效能的 PXI 背板，具有 PCI 匯流排和時脈，與觸發匯流排。透過這些時脈與觸發匯流排，使用者可根據精確的同步化開發應用系統。
PXI 控制器
依PXI 硬體規格的定義，所有 PXI 機箱最左邊的擴充槽為系統控制器擴充槽 (slot 1)。控制器選項包含來自於桌面、工作站、伺服器，或筆記型電腦的遠端控制器，和高效能的嵌入式控制器，適用於 Windows 2000/XP 或即時 OS (LabVIEW Real-Time)
PXI 遠端控制器
下列為2 種 PXI 遠端控制器：
- PXI 的筆記型電腦控制
- PXI 的個人電腦控制
PXI 的筆記型電腦控制
透過 ExpressCard MXI (適用於儀控的量測eXtensions) 與 PCMCIA CardBus 介面套件，使用者可直接由筆記型電腦控制 PXI 系統。在開機期間，筆記型電腦即可辨識所有 PXI 系統的週邊模組為 PCI 裝置。透過 ExpressCard MXI，即可用最高 214 MB/s 的穩定輸出率，控制 PXI 系統。
ExpressCard MXI 介面套件
PCMCIA CardBus 介面套件
圖 2. PXI 的筆記型電腦控制
使用者可透過 PXI 的筆記型電腦控制，利用可攜式 PXI 系統，針對如廠房測試、行動資料記錄、NVH與 NDT 的應用。並可購買任何 相容於 ExpressCard MXI 的筆記型電腦 或 相容於 PCMCIA CardBus 的筆記型電腦 以遠端控制 PXI 系統。若需要更多資訊，請至 PXI 的筆記型電腦控制。
PXI 的個人電腦控制
透過 MXI-Express 與 MXI-4 介面套件，使用者可從桌上型電腦、工作站，或伺服器電腦直接控制 PXI 系統。在開機期間，電腦即可辨識所有 PXI 系統的週邊模組為 PCI 裝置。
圖3. 以雙埠的 MXI-Express 進行遠端控制，可透過整合的160 MB/s 輸出率，同步化控制2 組PXI 機箱。
透過 MXI-Express，可用最高 832 MB/s 的穩定輸出率控制 PXI 系統。而使用 MXI-Express 的雙埠介面套件，使用者即可用單一 PC 控制 2 組 PXI 系統。
圖 4. 透過 MXI-4，便可進行 PXI 的 PC 遠端控制，亦可控制多機箱的 PXI 系統。
MXI-4 介面套件包含低價位的銅製連線或光纖連線，同時適用於延伸的距離與電子隔離。如圖 4 所示，可針對高通道數的應用，以 MXI-4 建立多重機箱的 PXI 系統。透過 MXI-4 的連結，即可建置雛菊鏈 (Daisy-chain) 或星狀拓樸 (Star topology)，以建立多重機箱的系統。若需要多重機箱設定拓樸的詳細資訊，請至 MXI-4 系列使用者手冊。並可購買任何的桌上型電腦、工作站，或伺服器，透過 MXI-Express 或銅線/光纖 MXI-4 序列連結，以遠端控制 PXI 系統。若需更多資訊，請至 PXI 的個人電腦控制。
透過 PXI 遠端控制器，即可用最低的成本達到最大的處理器效能，使用桌上型電腦或筆記型電腦進行 PXI 系統的遠端控制。因為所有的遠端控制產品均以軟體進行控制，因此不需額外的程式設計。
PXI 嵌入式控制器
嵌入式控制器可降低外接PC 的需要，因此可於 PXI 機箱中提供完整的系統。PXI 嵌入式控制器均使用標準的 PC 元件，建立於小型的 PXI 套件中。舉例來說，NI PXI-8105 控制器具有 2.0 GHz Intel Core Duo T2500 雙核心處理器，最多可擴充至 2 GB 的 DDR2 RAM；並具有硬碟與標準的 PC 週邊，如 ExpressCard、高速 USB、乙太網路、序列，平行埠和 GPIB 埠。NI 提供 2 種 PXI 嵌入式控制器
- 包含 Windows 的 PXI 嵌入式控制器
- PXI 嵌入式即時控制器
包含Windows 的PXI 嵌入式控制器
包含 Windows 的 PXI 嵌入式控制器 具有標準的 PC 功能，如內建的 CPU、硬碟、RAM、乙太網路、影像、鍵盤/滑鼠、序列、USB，與其他週邊；並已安裝 Microsoft Windows 與所有的裝置驅動程式。因為控制器已安裝 Microsoft Windows，所以使用者就如同在使用PC 或筆記型電腦一般。並具有 PC 或筆記型電腦的相同應用軟體，如 Microsoft Office Word、Excel，與 PowerPoint。
PXI 嵌入式即時控制器
PXI 嵌入式即時控制器亦具有標準 PC 的功能，可搭配即時作業系統，如 LabVIEW Real-Time 或 VxWorks，以達到即時又可靠的 I/O，適用於量測、自動化，與控制。由於 RT 系列的 PXI 控制器為透過乙太網路設定和程式設計，可經由網路分配即時應用程式，並進行遠端監視。這些控制器針對需要可靠效能的應用所設計，並且不需透過如鍵盤、滑鼠，或螢幕的介面即可執行。
圖 5. NI PXI-8105 2.0 GHz 雙核心 PXI 嵌入式控制器請注意相同的 PC 週邊，如鍵盤/滑鼠與螢幕連線、硬碟、USB、乙太網路、序列、ExpressCard，與其他標準 PC 週邊。此控制器可執行標準的 Windows 2000/XP 作業系統，或撘配 LabVIEW Real-Time
嵌入式控制器適用於可攜式系統，並包含「Single-Box」應用，可將機箱移動至其他地點。若需更多資訊，請至 PXI 控制器。
PXI 週邊模組
NI 提供超過 100 種不同的 PXI 模組；又因為 PXI 為開放式的工業標準，所以超過 70 個會員的 PXI 系統聯盟可提供將近 1200 種產品。
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因為PXI 可直接相容於CompactPCI，所以可於PXI 系統中使用任何的3U CompactPCI 模組。NI 提供分類的模組清單，亦可至 ni.com/pxi. 取得 PXI 產品夥伴的相關資訊。
PXI 亦針對獨立儀器或 VXI 系統，提供標準硬體與軟體，適於溝通這些系統。舉例來說，不論是以 PXI-GPIB 模組或 PCI-GPIB 模組，將 PXI 系統介接至 GPIB 架構的儀控，是毫無差別的。該介接軟體為相同的軟體。此外，更有多種方法建立拼合 (Hybrid) 系統，以介接 PXI、USB、LAN/LXI、VXI，與獨立儀器。若需要更多資訊，請參閱 技術文章: 將LXI、USB、PXI Express及其它標準整合至混合測試系統中。
軟體架構
因為 PXI 硬體是以標準的 PC 技術、CPU，與週邊為基礎，如 PCI 匯流排；所以使用者已經熟悉標準的 Windows 軟體架構。開發並操作 Windows 架構的 PXI 系統，即與標準 Windows 架構的 PC 毫無分別。此外，因為 PXI 背板使用工業級標準的 PCI/PCI Express 匯流排。因此，在大多數的情況下，與 PXI 裝置溝通的軟體即相同於溝通 PCI 裝置的軟體。舉例來說，溝通 NI PXI-6251 多功能資料擷取模組的軟體，即相同於 PC 中溝通 PCI-6251 介面卡的軟體。因此，當於 PC 架構與 PXI 架構的系統之間移動軟體時，即不需重新撰寫現有的應用軟體、範例程式碼，與程式設計技術。
圖 6. 兩種不同的套件 –一組標準的軟體以軟體而言，與 PXI 模組 (下方) 溝通的軟體，相同於溝通 PCI 介面卡 (上方) 的軟體
若要替代 Windows 架構的系統，則可使用即時軟體架構，適用於具時效性的應用；包含要求迴圈率與不需外接螢幕、鍵盤，或滑鼠的操作。於 PXI 系統使用 LabVIEW Real-Time 的附加資訊，可至 www.ni.com/realtime/zht。
PXI–工業級標準平台
各匯流排均為專屬效能，並具有其優點。舉例來說，USB 極適用於簡易的桌上連結；LAN/Ethernet 適用於分散式系統；適用於 ATE 的 PCI 與 PCI Express 則具有高效能。針對需要模組化解決方案的應用，使用者將想要透過共享的機箱、背板，與處理器，以降低成本與儀器尺寸；以主機處理器的高速連結達到較快的輸出率；並以使用者定義的軟體達到較高彈性與壽命。
PXI 是以 PCI 與新一代 PCI Express 為架構，為繼 GPIB 之後快速成長的測試與量測標準。PXI 最能夠符合目前與未來的模組化儀控需求，並具有超過 70 個製造商會員的 PXI 系統聯盟，提供超過 1,200 種產品；於 2011 年可達 25% 的年度成長率 (Frost & Sullivan, 2005)。PXI 系統中的所有儀器，可共享相同的電源供應、機箱，與控制器。替代方法即是為各儀器使用相同的電源供應、機箱，及/或控制器；會增加成本與儀器尺寸，並減低可靠度。透過 PXI，控制器可做為高效能的 Slot 0 嵌入式控制器、桌上型電腦、筆記型電腦，或伺服器級電腦。當需要更快的處理速度時，僅需升級 PXI 系統的控制器。若要重新使用現有的設備，則可使用 PXI 控制 USB、GPIB、LAN/LXI、序列，與 VXI 儀器。
圖 7. PCI 與 PCI Express 提供最高頻寬與最低潛時 (latency)，縮短測試時間，並透過使用者定義的軟體提供彈性
模組化儀器需要高頻寬、低潛時 (Latency) 的匯流排，以連接儀器模組至共享的處理器，適於執行使用者定義的量測。PXI 各擴充槽具有最高 2 GB/s 頻寬，可符合多種需求。以模組化 RF 擷取系統為例。PXI 可直接串流 2 個 100 MS/s 的通道、16 位元解析度的 IF 資料至計算處理器。不論是 LAN 或 USB 均可符合這些需求；所以這些儀器均包含嵌入式的製造商定義處理器。因此，如 PXI 的高頻寬標準，可提供模組化儀控的軟體定義方式。
全球重要廠商選擇 PXI 的原因？
較高輸出率
各應用均為專屬應用，並具有特定需要。然而，對具有許多應用的平台而言，頻寬與潛時 (Latency) 為 2 個重要的屬性。潛時 (Latency) 可影響單點作業，如多功能數位電表/切換掃描；而頻寬將影響資料串流應用，如波形激源/響應。如圖 7 所示，PXI 針對多種高速應用，透過 PCI/PCI- Express 匯流排，同時提供高頻寬與低潛時功能。
時脈與同步化
許多量測與自動化應用，均需要進階時脈與同步化功能；而這些功能並無法直接透過如 PCI/PCI Express、Ethernet/LAN，與 USB 等的 PC 標準 I/O 提供。PXI 提供進階時脈與同步化功能，以符合應用需要：
- 100 MHz 差動系統參考時脈
- 10 MHz 參考時脈訊號
- 差動星狀觸發器
- 包含比對長度 (Matched-length) 觸發的星狀觸發器匯流排，可最小化內部模組的繼電器與時滯。
- 觸發器匯流排可傳送並接收高速時脈與觸發訊號
- 適用於多重機箱同步化的差動訊號
系統可靠性
PXI 規格可針對相關需求進行定義，使 PXI 系統符合嚴苛的環境。PXI 具有高效能的 IEC (International Electrotechnical Commission) 堅固接頭。CompactPCI 使用 Eurocard 套件系統。PXI 規格亦可針對特定的環境需求進行定義，以確保工業級環境中的順利作業。模組化的特性可輕鬆進行設定、重新設定，並修復 PXI 系統；達到極低的平均修復時間 (MTTR)。因為 PXI 為模組化的系統，因此不需替換整個系統，僅需更新個別模組與元件。
較低的系統成本
由於 PXI 為 PC 架構的平台，因此可透過合理價格，進行高精確度的儀控、同步化，與時脈功能。當使用 PXI 系統，低價位 PC 元件是剛開始所省下的成本。透過 PXI，即可於辦公室或生產場地使用相同的 OS 與應用軟體，如 MS Excel 與 Word。此一系列的軟體可降低訓練成本。於建置新系統時，亦不需要重新訓練新的人力。因為 PXI 是以 PC 技術為架構，因此可降低元件成本、使用近似軟體，並可重複使用系統。
PXI 平台的延伸- PXI Express
PXI Express 技術為 PXI 平台的最新附加功能。PXI Express 規格將 PCI Express 訊號整合至 PXI 標準系統，可將背板頻寬從 132 MB/s 增加至 6 GB/s；提升了 45 倍之多。亦整合 100 MHz 差動參考時脈與差動觸發，可提升 PXI 時脈與同步化功能。
為了保持向下相容性，PXI Express 規格新增以下功能至 PXI：
軟體：PCI Express 使用與 PCI 相同的作業系統與驅動模型，因此軟體可完全相容於 PCI 架構系統 (如 PXI) 與 PCI Express 架構系統 (如 PXI Express) 之間。此軟體相容性已由 PCI Special Interest Group (PCI-SIG) 所證實；此為公司會員所組成的團體，包含開發並強化 PCI 與 PCI Express 標準的 Intel。
硬體：PXI Express 機箱具有合併週邊擴充槽，可同時容納 PXI Express 週邊模組與，相容於擴充槽的 PXI 週邊模組。這些週邊擴充槽可同時以 PCI 與 PCI Express 發送訊號。
You can use code you have written for previous PXI systems with PXI Express systems 因為PXI Express 可完全相容於PXI，因此可透過PXI Express 系統，使用PXI 系統撰寫的程式碼。軟體相容性包含 Windows XP 與 Linux 的作業系統，Microsoft Office 的應用軟體，與 LabVIEW VI 與 C++ 專案的使用者程式碼。若需更多資訊，請至 PXI Express中文首頁。
總結：PXI 為儀控的工業級標準平台
針對量測與自動化作業，PXI 模組化儀控定義了堅固的計算平台，讓使用者可利用主流 PC 工業的進階技術。PXI 模組化儀控系統，使用標準 PCI/PCI Express 匯流排，可透過多種軟體與硬體元件取得優勢。由於軟體應用程式與作業系統已普遍安裝於一般桌上型電腦，所以使用者將立刻熟悉於 PXI 系統執行的應用程式。PXI 可新增工業級套件、大量 I/O 擴充槽，並具有進階時脈與觸發功能，可符合使用者需求。
請至 ni.com/pxi/zht取得更多 PXI 的相關資訊，包含產品頁面、報價與規格。若有其他問題，請聯絡撥打 (02) 2377-2222 聯絡 NI 的內勤業務工程師。
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軟體：
硬體：
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