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    测控总线是指以组成测量和控制系统为主要目标而开发的总线。自数字计算机问世以来,各种总线标准不断推出,如PC、ISA、PCI总线。虽然在PC、ISA、PCI总线系统上加入各种I/O功能模块板,也可以组成测控系统,但这不是这些总线标准设计的主要目的。为测控系统设计的总线主要有STD、CPCI、GPIB、VME、 VXI和PXI等总线。现代测量及检测系统的发展趋势是标准总线计算机平台、功能强大的软件,以及应用总线技术的模块化仪器设备的有机结合。这种结合极大地增强了自动测试设备的功能与性能。在现代计算机测试系统中,总线技术越来越受到重视。因此,在测试系统研制中,选择好的测试系统平台总线,不仅有助于系统最终以较低成本满足更高的性能要求,而且可以使系统更加容易扩充、升级和保护用户的投资效益。

  一、常用并行总线性能分析

  目前常用的测试系统平台总线基本上还是并行总线,如PCI、GPIB、PXI和VXI等总线。随着串行总线数据传输率的提高,串行总线也开始作为测控总线出现,但目前还没有形成主流。并行传输优于串行传输的主要特征在于它为CPU与外部设备之间的信息传输提供了类似于访问存储器的工作方式,通过并行输入/输出端口与外部设备进行信息交换,具有较高的速率和简单的协议。其不足主要是线路条数多,不适于远距离传输。几种常用并行总线基本性能如表1所示:

二、测试仪器总线性能分析

(一)PCI/CompactPCI总线特性分析

  PCI是一种高性能局部总线,它构成微处理器与外设之间的高速通道。PCI 支持多个外设,与CPU的时钟频率无关。PCI局部总线的特征体现在其高性能、可兼容性、处理器的独立性、成本有限性和将来支持性等方面。

  不像其它局部总线,例如VL-VESA,主要是为加速图形,PCI局部总线是一个系统的解决办法,它使网络适配器、硬盘驱动器和高速外设的性能进一步提高。PCI总线工作于33MHz时钟频率时,其峰值速度为132MB/s,这比ISA(9MB/s)和EISA(33MB/s)的传输速率提高数倍。

  PCI总线主控性允许多个智能外部设备中的任何一个控制此总线,以加速信息流量,使优先级高的任务先执行。PCI的并行处理能力使微处理器与外部设备同时运行,而不是等待它们。

因为PCI被设计成是对扩充总线的一种补充,所以与ISA、EISA和MCA总线兼容。虽然每个系统插槽个数有限,但PCI总线允许制造商们提供“分享插槽”,使之既能适应一个PCI,也能适应一个ISA、EISA或MCA卡连接器。另外,所有PCI兼容附加板可对任何服从PCI的系统进行操作,而与使用中的扩充总线或微处理器无关。

PCI总线的64位数据地址复用总线能使系统的带宽达到264MB/s,其具有的32位和64位外部通信对用户是透明的。这种透明性由一个连接器(接插件)提供,这个接插件有接收32位和64位长的能力,具有非常好的兼容性。PCI总线具有自动匹配能力,用户安装一个新的外设板/卡时,不必人工设置DIP开关或中断。PCI总线的独立处理器特性使其适用于PC平台的所有系列,包括台式、笔记本和服务器等。

  CompactPCI总线是PCI总线在工控领域的扩展,它采用两种尺寸的欧式板结构,即单高、双高和传统的机箱式安装(前后水平插拔)方式。系统插槽上的模块为控制模块,负责系统的管理,包括其它模块的初始化、总线仲裁、时钟分配和复位功能。CompactPCI还规范了热切换,即带电插拔,便于适合工业和嵌入式应用场合。

  (二)PXI总线特性分析

  PXI定义为用于测试、测量与控制应用,是基于PC的一种小型模块化仪器平台。PXI是建立在CompactPCI规范的基础上。CompactPCI规范定义了封装坚固的PCI,提供出众的机械完整性并使硬件部件易于装卸。因为PXI平台基于PCI,所以它具有PCI的一些优点,如较低的成本、不断提高的性能,以及为最终用户提供主流软件等。

  PXI产品可以提供自动测试领域内所需要的各种功能,包括信号发生器、切换开关、数字化仪器、电源和大量的连接装置等。

PXI总线是PCI/CompactPCI在仪器领域的扩展,它不仅保留了PCI总线较高的数据吞吐能力,而且采用了坚固的欧洲插卡组装技术。为了适应测试仪器的需要,还扩展了与VXI总线类似的仪器总线,如触发总线、本地总线、系统参考时钟以及只有D尺寸VXI才有的星型触发总线。

  PXI模块仪器的优点主要包括:

  1.PXI与CompactPCI保持100%兼容;

  2.将台式PC技术引入到测试与测量设备;

3.比台式PC提供了更多的I/O扩展槽;

  4.扩充了台式PC机中所没有的仪器特性;

5.更加紧凑,比台式PC更节省空间;

6.提供了更严格的标准,促进了多供应商之间的兼容,有利于系统集成;

7.定义了标准的软件框架,要求兼容的产品提供相应的驱动软件,有利于简化系统集成。

  (三)VXI总线特性分析

  VXI总线是上世纪80年代末期在VME总线的基础上扩展而成的仪器系统总线,一经问世便受到了测试界的普遍重视。由于该总线采用的是开放式结构并集中了先进的计算机数字接口技术与模块化仪器的优点,从而扩大了它在电子测量技术领域里的应用范围。基于传统的“数据采集———分析处理-传输显示”的结构模式并以此为开发平台,充分发挥计算机的功能和调用各种有关测试软件就可方便地组成具有不同功能的仪器———虚拟仪器。虚拟仪器可以把智能仪器、PC仪器以及GPIB系统的特长都集成起来,组成数据吞吐量大、兼容性强、可扩展性好、标准化的各种专用测试系统。当其接入到计算机网络后,便可构成数据采集、传输与处理的网络化系统。

VXI总线促进了整个测试系统向开放式、集成化方向发展,推动了测试仪器 标准化、模块化、通用化的进程,使系统资源,包括所有硬件与软件获得共享。同时也使新的测试系统的研制周期缩短、成本降低、风险减小。

  VXI总线采用模块化开放式结构,易于扩展、重构和系统集成。它可以很方便地应用于数据采集、虚拟仪器和测试系统中,是计算机操纵的模块化仪器。它依靠有效的标准化,采用模块化的方式,实现了系列化、通用化以及VXI总线仪器的互换性和互操作性。其开放的体系结构和PP方式完全符合信息产品的要求。由于VXI提供了多种常规仪器模块,并与GPIB兼容,而且高度集成,所以很快成为军用测试界公认的军用测试总线。十多年的应用证明,VXI总线具有如下主要优点:

1.开放式标准使仪器组合灵活和容易;

2.系统吞吐量增强,减少测试时间或提高性能;

  3.小体积与高密度的设计减少系统占用空间,可以就近放置于待测设备旁进行测试,便于移动与携带;

  4.更精确的定时与同步功能改善测量能力;

5.标准化VXI即插即用软件简化系统设定、编程及集成;

6.模块化、坚固的设计提高可靠度、延长失效的平均间隔时间、并降低修复所需时间;

7.可降低系统研制成本;

VXI总线十多年的应用证明欧式插卡组装技术是其中最成功和可靠的技术,特别适合于嵌入式计算机系统。由于其采用欧式插卡,还具有以下优势:

(1)插卡垂向而平行地插入机箱,有利于通风散热;

  (2)每块插卡都有金属前面板,便于安装连接器和指示灯;

  (3)每块插卡用螺钉锁住,有较强的抗震、抗颤动能力;

  (4)采用插入式电源模块,便于维修;

  (5)适合安装在标准化工业机架上。

正是因为VXI总线具有上述的特点和优点,使其在国防、航空航天、通信等诸多领域里得到了广泛应用。

  (四)VME总线特性分析

  VME总线是一种高性能总线,支持多处理器系统,总线规范严谨而全面,主要应用于实时信号处理和控制领域。VME总线特点如下:

  1.寻址空间大,数据传输率高,满足高性能微计算机的要求;

  2.在多处理器系统中,其中断机构可保证各处理器之间的相互通信,提高了多处理器系统的性能;

  3.VME易于组成开放式系统。


 (五)PXI总线与VXI总线技术对比

  VXI仪器规范已被证明是非常成功的。而PXI也为仪器定义了许多与VXI规范一样的扩展特性。表2是PXI与VXI仪器特性的对比情况。

VXI和PXI之间的主要差别源于它们各自的底层总线结构不同。VXI基于VME总线,而PXI基于PCI总线,PCI总线多年来一直在台式PC机中广泛应用。由于标准PCI总线最大带宽是132MB/s,标准VME总线只有40MB/s,所以PXI总线更具优势。使用PCI总线的另外一个好处是能够降低系统成本,这是因为各种PCI总线硬件插卡种类齐全、生产厂家多。第三是由于PXI插卡尺寸小,所以它能够为便携式、台式与固定架式装置提供一个通用平台。

  VXI总线的不足是受限于VME总线的规范,速度难于提升。VME不是当前计算机总线技术发展的主流,在数据吞吐、即插即用、软件、网络连接等方面不及PCI总线。VME总线采用TTL技术,在64位宽度时TTL电路固有的噪声和信号抖动远高于PXI所使用的PCI总线;VME总线只能使用5V电压,不能满足快速传输和低功耗的要求,而PXI则能使用64位的5V和3.3V信号,并且使用了与VXI相同的组装技术。就传输速度而言,PXI为VXI总线的三倍多,因而在PXI上实现的实时图像采集技术在VXI上却无法实现,限制了其应用领域的拓展。

  (六)GPIB特性分析

  利用GPIB接口可以使仪器与几乎所有的台式、便携机、工作站和工控机等相连接,通过使用跨操作系统及开发平台的标准和开发工具,可建立应用广泛的GPIB仪器控制系统。GPIB仪器的特点如下:

  1.功能较为完善,几乎可以覆盖所有测量频段;

  2.仪器种类繁多、覆盖面大;

3.传输速率一般低于500KB/s,比较适用于要求准确度高,但对计算机数据传输速率要求不高的测量。


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     收录时间:2016-08-01 11:51 来源:电子产品世界  作者:匿名
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