PXI技术平台引领主流应用

时代在进步，技术在更新。无论是工业自动化领域、测试和测量自动化领域还是电信等其他领域，那些具有标准化、高性价比、开放性、可靠性、易维护性的技术是人们永远追求的目标，于是有了基于PC的控制、现场总线、工业以太网等，当然还有在短短几年时间内就已为人们广泛接受，正在成为工业数据采集、自动化、测量与测试领域主流平台的PXI技术。中国的广大用户也开始采用CompactPCI/PXI技术，应用气氛十分活跃，应用效果显著。 　　近两年来，PXI技术成为了最热门的话题之一，从去年由中国计算机行业协会PICMG/P.R.C与凌华科技集团共同主办的中国第三届PICMG技术年会到今年在上海举行的第四届技术年会，都把PXI作为了一个重要的议题。作为新一代的开放式工业标准，PXI在1997年推出后，就受到了业界瞩目。在PXI系统联盟及其高级会员National Instruments、凌华科技，以及60余家公司的大力推进下，已经开始在各个行业广泛应用。 PXI优势尽显 　　PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）是由National Instruments于1997年为测试和测量领域起草的一个CompactPCI解决方案；1998年，PXISA（PXI系统联盟）将其定义为开放的工业标准而推向市场。PXI规范基于CompactPCI，这意味着所有PXI设备和CompactPCI完全兼容。PXI数据传输速率的峰值在33MHz、32位的总线上，可达132MB/s；在66 MHz、64位总线上高达528MB/s，远远高于GPIB与VXI接口的传输速率。PXI是一个开放的平台，不同厂商开发的设备相互兼容，也能在Windows操作系统下工作和配置驱动程序。PXI系统是可扩展的，通过MXI-2和MXI-3等远程控制接口，就能轻易与已有的测试与测量系统集成。PXI的规格有3U和6U两种，3U的主要用途是组成便携或小型系统，6U面向高采样速率、高带宽、高精度、多通道容量的中、大型ATE。正如中国计算机行业协会PICMG/PRC刘鑫主任描述的那样：“PXI具有PCI总线的电气性能、CompactPCI总线的可靠性能、VXI总线的定时和触发信号。” 　　凌华科技自动化产品事业处产品经理刘国安认为，与其他架构如cPCI等相比，PXI在CPCI上加了一些扩展，如保证系统可靠性的强制风冷却；便于在系统级进行同步、协调的仪器专用总线，如触发总线、局部总线、10M时钟；可保证系统兼容性的软件规范。从技术角度讲PXI具有三方面的技术先进性。第一，由于基于PCI总线，适合大量的数据交换，在速度方面具有优势，制造业企业在生产线上对模块进行测试时所需的时间更短；例如手机测试，原来需要100秒测试一只手机，使用PXI平台后只需要70秒，产能提高了很多。第二，体积非常小，以前手机测试需要一个21槽的大柜子，现在只需要一两台的PXI机箱就可以了。第三，PXI的性能非常可靠，不用担心使用过程中的设备停机，这样就不致由于生产线停机造成巨大的损失。 PXI应用渐入佳境 　　近10年的开发历程证明，PXI充分适应了市场应用的趋势，目前主要集中在测量、数据采集、过程控制与工厂自动化等方面，应用遍及军工、汽车测试、半导体测试、功能性测试、航空设备测试等诸多领域，今后还会向其他领域拓展。 　　新技术的研究与应用都是从军工、科研等领域开始的，成熟之后逐渐地转向民用。以军工企业为例，以前每套设备都要配一个测试系统，VXI出现后只需要一套就够用了，但是VXI的成本仍然很高。而采用了性能稳定、成本更低、体积更小的PXI产品后，既能够满足在数据传输速率、兼容性、互操作性、尺寸和结构等方面的要求，又以仅为VXI一半的价格优势赢得了用户的青睐，这使PXI的应用得到了迅速发展。今天，PXI正在与VXI既竞争又互补的环境中共存，最终将取代VXI，成为主流工业标准的测试平台。另外，更多的PCI用户也会转移到性价比更高的PXI平台上来。 　　 　　Frost & Sullivan报告表明：PXI市场正以每年38%的速率增长，每年全球PXI新产品都将增长50%，许多厂商在2003年销售的PXI产品就超过了VXI，PXI的市场将会在近几年超过10亿美元。目前，在测量与测试领域，实验室应用约占35%，服务占约20%，工厂生产应用为50%。专家预测，生产测试与测量的比重还会继续加大。 在制造业流水线测试方面，PXI的稳定、快速、高效都得到了充分的体现，已有许多成功的案例可以借鉴。例如，在消费电子产品领域，一家打印机厂商在其大规模生产线上采用了PXI高精度数字化仪和数字波形发生器，来提高其电气测试的测量精度和数字时钟频率，从而保持较低的系统总成本和维护成本，并可以在全球各个工厂复制和应用。在军事及航空领域，制造先进军用飞机的厂商采用了标准PXI测量硬件及软件的新型测试系统取代了基于VME的系统。与原来的设备相比，测试速度提高了80倍，同时节省了数十万美元的设计及开发费用。在工业测试领域，一家汽车厂商利用标准PXI机箱进行ECU（电子控制单元）的并行测试，取得了空前的成功，并设计了21槽6U PXI机箱以面对将来可能增长的测试需求和系统升级空间。 　　今天，制造商降低成本的压力非常大，产品部门希望自动化程度越来越高，比如过去做鼠标测试都是采用人工方法，现在都采用自动化设备测试。用户需要更有针对性、成本更低的测试方案。在这种情况下，由具有更高针对性、成本更低的测量、自动化模块组成的针对特定应用的测试系统就大有用武之地了。 用PXI系统取代传统仪器 　　就应用而言，PXI产品的类型应有尽有，如模拟I/O、边界扫描和JTAG、总线接口和通信、载波产品、机箱、控制器、数字I/O、数字信号处理、功能测试和诊断、图像采集、仪器、运动控制、原型板卡、收收器互连设备、交换、定时I/O，等等，不胜枚举。这些已经基本上覆盖了传统仪器领域的产品。 　　PXI的特点在于其模块化、易于重新配置、比其他设备更易于移动；采用的通信的控制协议包括SCPI、VISA和IVI；成本比较低，系统占用面积小。因此，一些开发商和用户正在用PXI构建一种新型的合成仪器。合成仪器工作组将其定义为“将一系列硬件和软件件与标准化接口连接起来，产生信号或使用数字处理技术进行测量的一种可重新配置的系统。” 　　通常，合成仪器仿效标准仪器的硬件和软件模块构成，包括信号条件模块、数字转换器和处理器；简单的硬件单元、基于寄存器的带有处理器的智能控制；测量过程中的软件可配置（增加软件模块而非增加仪器）。合成仪器具有用新的转换器卡更换现有通道硬件可的可升级性；既容易维护，又可降低系统MTTR（修理平均时间）。 　　最常见的合成仪器应用实例包括用于模拟领域的机箱、控制器、定时和控制模块、DMM、模拟信号条件、多多功能DAQ、高速DIO、高速数字转换器等；用于射频（RF）领域的机箱、控制器、定时和控制模块、采样器和下变频器模块、电表模块、高分辨率数字转换器等。 　　合成仪器具有传统仪器所没有的优势，可以减少测试设备废弃和增加测试的灵活性；无需更换整个仪器就可以提高性能，只更换软件单元就可以增加或修改性能；在板卡之间可以进行校准和操作的简单同步；系统尺寸和重量显著减小；在改进可靠性的同时，还可减少功耗和热特性；降低成本和改进物流。 　　未来的合成仪器正是以功能强大、灵活的PXI系统为基础的解决方案。人们可以开发出小型、紧凑的符合工业苛刻条件的封装。PXI是一个开放的标准，参与的厂商众多，使PXI产品阵容和用户的选择范围不断扩大，可以简单而有效地组成低成本的多功能仪器。 专家告诫用户，在选择PXI产品时，应该与开发商进行充分的交流，根据自己的应用特点配置合适的、具有较高性价比的解决方案。 中国已经与国际同步 　　由于中国已成为全球瞩目的生产大国，PXI在中国的发展空间相当巨大。以进入“微利时代”信息产品为例，可以看出目前市场对测量自动化产品需求很大。不管是做手机、台式机、显示屏、笔记本还是做内存或是芯片，毛利都压缩得非常低，比如：以前一个芯片可卖到10美元，厂商可以花3美元去测试，所以可以买非常好的测试设备；现在毛利降低，可能只卖5美元，自然无法采用3美元进行测试，因此需要不断降低测试成本。目前，一些手机制造商已经开始采用PXI平台实现其所有新产品的测试工作。 　　 　　近年来，我国在PXI应用开发方面已经取得了长足的进展，PXI的应用案例不胜枚举。从凌华科技与客户一起开发的几个非常成功的典型应用就可以看出其应用潜力。在无线LAN测试方面，无线局域网卡生产商在开发和生产阶段都希望使用高效率、低成本、灵活可靠的测试解决方案。但是，传统的专业测试机台成本昂贵，而且测试一张网卡需要大约1秒钟时间。采用了基于PXI-9820由WLAN发射模块、高速数据采集卡及控制器、软件接口和EVM计算分析软件模块组成的无线LAN测试系统后，解决了成本和时间方面的问题。在工厂测试方面，测试点有384个，要求测试时间越快越好，而且系统不能出现停机。以往要实现这样的功能需要上千万元的测试设备，采用了PXI DAQ之后，满足了生产线在线测试的所有要求。该系统由定制的PXI机箱、PCI/PXI-8570 PCI-PXI扩展套件、PCI-8576 PCI热插拔卡和PXI数据采集卡PXI-2206组成。所有测试模块均装在一个PXI机箱中，而且一旦PXI机箱出现问题，可以及时更换整个系统，而不必蒙受停机带来的损失。在航空红外遥感数据的高速采集和存储方面，需要在几十分钟内将高达37MB的数据实时记录到硬盘上，而且需要具备满足飞行、振动等可靠性要求。由PXI-3730、cPCI-8212等组成的系统安装在一个紧凑的机箱中，成功地实现了预期的目标。在军工领域，应用平台的要求非常苛刻，某单位开发的通用测试平台要求可以在恶劣和振动条件下工作。该平台由应用程序开发环境，加上PXIS-2680P便携式机箱、15英寸液晶显示器/键盘、鼠标，以PXI-3800 Pentium M 1.6G CPU、PXI7901/21/31 Switch Card、示波器、信号源、万用表、切换开关等组成，实现了“拎起来就可以带走，插上电源就可以使用”的设计目标。用于<