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二級注冊計量師考試專業(yè)實務案例分析

從GBIP到PXI-量測技術發(fā)展簡史

前言

對于當今的電子工業(yè)而言，從組件到系統(tǒng)、設計到生產，量測工作皆是不可或缺的一環(huán)。工廠必須借助量測獲知產品效能，作為產品設計的參考依據(jù)；在生產過程中，往往需要量測設備把握廠房的命脈；而量測效率往往也與生產效率關系甚密，成為決定市場競爭力消長的關鍵因素。

因為量測技術的重要所在，其成熟與發(fā)展過程中的每一步無不吸引著業(yè)界關注的目光。從上世紀70年代以來，量測技術經歷了從GPIB到PXI的變革，而近年來國內廠商在PXI技術上的迅速發(fā)展壯大，更是值得國內量測用戶欣喜的事情。

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(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議——488.1/488.2。對于基于計算機的數(shù)字化測量測試儀器，人們將其稱為虛擬儀器（VI）。GPIB技術就是IEEE488標準的虛擬儀器早期的發(fā)展階段，它的出現(xiàn)使電子測量從獨立的單臺手工操作向大規(guī)模自動測試系統(tǒng)發(fā)展。典型的GPIB系統(tǒng)由一臺PC機、一塊GPIB接口卡和若干臺BPIB形式的儀器通過GPIB電纜連接而成，使用共同的字串語法控制儀器 （488.2或SCPI）。在標準情況下，一塊GPIB接口可帶多達14臺儀器，電纜長度可達40米。GPIB技術可用計算機實現(xiàn)對儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，可以很方便地把多臺儀器組合起來，形成自動測量系統(tǒng)。

GPIB測量系統(tǒng)的結構和命令簡單，有專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(xiàn)出其簡單性和便利性的優(yōu)勢所在。但是GPIB的缺點也是顯而易見的——無法提供多臺儀器同步和觸發(fā)的功能，在傳輸大量數(shù)據(jù)時帶寬不足。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應用。因此，對于更高要求的量測應用，便需要技術方面的進一步革新，VXI總線技術就是在這樣的背景下出現(xiàn)的。

VXI——量測標準的開放品

在GPIB之后出現(xiàn)的VXI總線技術是VME總線在儀器領域的擴展（VXI即VMEbus eXtensions for Instrumentation的縮寫）。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，這就是著名的VMEbus。1987年，VMEbus被IEEE正式接受為萬用背板總線（Versatile Backplane Bus）標準——VMEbus（ANSI/IEEE 1014-1987）。

由于VME畢竟不是面向儀器的總線標準，來自Colorado Data System、 Hewlett Packard、 Racal Dana、 Tektronix和Wavetek等5家儀器公司的技術代表于1987年6月宣布成立了一個技術委員會。同年7月，該委員會（即后來的VXI總線聯(lián)合體）發(fā)布了VXIbus規(guī)范的第1個版本，幾經修改和完善，于1993年9月20日出版發(fā)行。VXI總線標準發(fā)展歷史如下表所示。2012年二級注冊計量師

VXIbus標準發(fā)展史

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總線具有穩(wěn)定的電源，強有力的冷卻能力和嚴格的RFI/EMI屏蔽。它具有標準開放、結構緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強（高達40MB/s的帶寬是GPIB的40倍）、定時和同步精確、模塊可重復利用，以及受到眾多儀器廠家支持的優(yōu)點，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(tǒng)的組建和使用變得很方便，尤其是組建大、中規(guī)模的自動測量系統(tǒng)時；VXI也適合于對速度、精度要求高的場合，因此主要用于軍事、航空航天和ATE等領域的量測平臺。

雖然時至今日VXI總線的儀器和系統(tǒng)已被普遍接受，但是因為組建VXI總線要求有機箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價高昂；加之40MB/s的帶寬對于現(xiàn)今的高速量測裝置仍嫌不足，人們又對量測技術提出了更高的要求。在PCI總線成為主流的今天，PXI技術順應而生。

PXI——量測技術的生力軍

PXI 是PCI eXtensions for Instrumentation 的縮寫。直觀地說，CompactPCI + Extensions for Instrumentation = PXI。對于PXI的發(fā)展，首先要提到制訂并推廣PXI規(guī)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(guī)格。隨著PXISA的接受度提高，以及PXI標準的不斷完善，PXI的規(guī)格和相關產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開始快速而穩(wěn)健地發(fā)展。2000年時，PXISA又推出了PXI 2.0版，并于2003年2月將規(guī)格更新至2.1版。

為更適于工業(yè)應用，PXI總線方式為PCI總線內核技術增加了成熟的技術規(guī)范和要求，增加了多板同步觸發(fā)總線的技術規(guī)范，以便使用于相鄰模塊的高速通訊局總線。PXI還具有高度的可擴展性：PXI具有8個擴展槽，通過使用PCI-PCI橋接器，可擴展到256個擴展槽，而臺式PCI系統(tǒng)只有3~4個擴展槽，臺式PC的性能價格比和PCI總線面向儀器領域的擴展優(yōu)勢結合起來，便形成了出色的虛擬儀器平臺。

PXI 的規(guī)格區(qū)分為硬件與軟件兩個部分。其中硬件部分是基于CompactPCI的規(guī)格，也就是PICMG 2.0，建構于CompactPCI的機構規(guī)格與PCI的電氣規(guī)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(guī)格。所以，PXI的數(shù)據(jù)傳輸速率的峰值在33 MHz、32 bit的總線上，可達132MB/s；在66 MHz、64 bit的總線上更可高達528MB/s，遠遠高于GPIB與VXI接口的傳輸速率。PXI 背板上的每一個擴充槽，都有專用的10 MHz參考時脈，而時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脈，來達到同步的效果。

與其他的總線規(guī)格相比，PXI于軟件上對系統(tǒng)控制模塊與周邊模塊作了規(guī)范。例如：PXI周邊模塊的廠商，必須提供可使用于Microsoft Windows上的驅動程序，而PXI控制模塊則必須基于80x86架構，并可支持Microsoft Windows。隨著各式操作系統(tǒng)的接受度提高，未來將可能加入PXI軟件的規(guī)格制訂。除了對軟件架構上的規(guī)范外，PXI也制訂了硬件描述檔案的規(guī)格，系統(tǒng)操作人員可以利用這些檔案，透過軟件管理PXI系統(tǒng)上的模塊。0527wd.cn

PXI的儀器延伸信號，提供了各PXI模塊之間的一個硬件的管道，不需經過軟件的監(jiān)督，PXI的模塊可實時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(zhí)行。并且基于x86架構與廣泛采用的Windows，可以有效降低PXI產品的學習曲線與購入成本。

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。如此豐富的產品使得PXI目前已在汽車測試、半導體測試、功能性測試、航空設備測試以及軍事等諸多領域得到了廣泛的應用。

隨著PXISA的接受度提高，以及全球眾多廠商的加入，PXI已不會讓客戶有被單一廠商綁住規(guī)格的憂慮，且市場上有超過600種不同的PXI模塊問世。根據(jù)Frost and Sullivan的估計，在國際上，PXI市場于2003~2005年的成長率分別為37%、28%、23%，成長率遠超過PC或工業(yè)計算機量測應用的數(shù)字。而在國內，相關廠商也開始利用PXI這個契機迅速擴大市場占有率，其中較為突出的是凌華科技（ADLINK）。 對于PXI的發(fā)展，凌華科技量測產品事業(yè)部總監(jiān)高明和先生表示：“ 開放化和標準化將是今后量測科技發(fā)展的一個重點方向?，F(xiàn)在幾乎所有的廠商都強調產品的開放和兼容性，為客戶節(jié)省在測試成本上的投資?？蛻舨豁毟鼡Q儀器，只要更換不同卡板或軟件，就能執(zhí)行不同的測試項目；在產品規(guī)劃的同時，也為客戶預留可供升級使用的功能擴充。PXI沿用PC接口來操作儀器功能，具備兼容性高、方便更新功能等特色，未來以此衍生出的量測方案將越來越多。”

可以看到，隨著量測技術的進步和更多廠商的參與，我們將迎來一個更加開放也更具效率的量測科技新時代。

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