PXI总线接口设计优化方案

1.PXI总线系统规范

PXI能够得到迅猛发展并且成为工业标准平台，主要得益于PXI总线体系架构。PXI架构主要包括三个方面：软件规范、电气规范和机械规范，如图3-22所示。PXI系统联盟组织PXISA（The PXI Systems Alliance）对它们制定了严格的规范标准。

图3-22　PXI总线系统规范

PXI的软件规范主要包括支持的操作系统、设备驱动程序和软面板（Soft Panel）应用程序。PXISA要求PXI系统必须支持Microsoft Windows操作系统。PXI控制器要安装Windows，PXI模块需要提供基于Windows的驱动软件。目前，PXI也开始部分支持Linux操作系统。因为PXI是PCI的扩展，所以基于PCI设备开发的程序不需要做任何改动就可以直接在PXI平台上运行。正是因为上述原因，使PXI系统的市场占有率大大提高，支持PXI的厂家也越来越多。为了方便用户使用，PXI设备厂商必须提供相应的设备驱动程序。仪器设备驱动程序是根据硬件设备的编程协议和功能特点而开发的软件接口程序库，通过这个接口操作系统才能够对设备进行控制和操作。软面板实质上是一种特殊测试应用程序，它涉及调用驱动程序、高级语言编程和图形用户接口交互。PXI吸收了VXI软件规范的优点，要求设备支持VPP即插即用（VXI Plug&Play）和VISA（Virtual Instrumentation Software Architecture）标准。软面板是基于设备驱动程序基础上开发出来的应用程序，它将仪器设备的所有功能以及相应的控制方式都通过GUI展现出来，用户可以通过键盘和鼠标熟悉和测试PXI设备的功能，能够缩短开发时间。

PXI的电气规范对PXI总线系统中使用的所有信号线进行了严格定义。PXI在电气规范上继承了PCI总线规范，同时借鉴了VXI总线规范的优点，增加了面向仪器的特殊总线。主要包括10MHz参考时钟、局部总线、星型触发以及触发总线，这些新增的总线可以满足PXI系统同步需求，提供精准的定时时钟以及高标准的触发系统。PXI所有总线都安排在PXI总线背板里面。如图3-23所示为PXI总线电气规范图。

图3-23　PXI电气规范图

PXI在机械规范方面继承了Compact PCI的优点，同时为了提高可靠性和互用性，PXI在散热、温湿度检测、EMC、抗冲击振动等方面进行了完善。PXI模块结构采用标准的欧卡规范，分为3U（100mm×160mm）和6U（233.85mm×160mm），3U尺寸的PXI占主流，3U模块能够直接在6U系统中使用。PXI-11154采用的是3U尺寸。PXI模块的尺寸标准如图3-24所示。(www.xing528.com)

图3-24　PXI模块尺寸示意图

图中J1和J2是模块与背板相连接的针孔式连接器，它的特点是高密度和屏蔽型。J1覆盖了32位PCI总线的所有信号线，J2包括64位PCI总线定义的信号线和PXI总线新增的信号线。在6U尺寸中还有J3和J4，它们都是PXI保留连接器。PXI系统还包括PXI机箱，它主要为安放PXI背板，同时为系统控制模块和外围功能模块提供安放空间。机箱里面还安装了电源以及冷却风扇等。

2.PXI接口电路

PXI-11154模块中电路主要分为两大部分，功能电路和PXI接口电路，功能电路就是用于完成硬件功能的电路，如在PXI-11154模块中功能电路的主要任务就是完成采集和保存数据。PXI-11154模块已经在上述各小节中进行了说明。功能电路不能直接连接到PXI背板总线上，它们之间要依靠PXI接口电路进行数据交换，实质上就是要完成逻辑时序的转换，PXI接口电路的类似于在PXI总线与硬件功能电路之间的通信桥梁。

PXI接口电路目前流行三种设计方案，分别是采用专用接口芯片、使用PCI Meaga Core软件包和自行在FPGA中实现PCI接口功能，它们各自特点对比如表3-5所示。

表3-5　PXI接口方案列表

考虑到要掌握核心技术以及自主知识产权问题，本书在PXI接口电路开发过程中采用第三种设计方案。