仪器总线技术的回顾与展望

时性、数据的完整性和安全性等都是需要进一步探讨的问题。

在这里我们还要简单介绍一下被LXI所采用的新型时间同步协议：IEEE 1588，它提供了标准的方法用于在网络上实现亚微秒级的设备同步。协议将从设备的时钟和主设备的时钟进行同步，保证了所有设备中的任何事件和时间标记都 使用同一个时间基准。使用IEEE 1588进行设备同步需要分两步：(1)根据最佳主时钟算法确定哪个设备将提供主时钟；(2)测量和修正由于时钟的偏移量(offset)和网络延迟 (network delay)造成的时间误差。

在现实的应用中，IEEE 1588时钟同步的精度还取决于许多的因素。如主从时钟的时钟频率、时钟的稳定性、网络的拓扑结构等。此外，网络通讯中许多的变数都会或多或少的影响到同步的精度。

当我们打开现代PC的机箱，我们会发现显卡往往是基于高带宽的PCI、AGP或是最新的PCI Express x16总线，很少能见到基于USB，Ethernet等外部总线的显卡；同样，一台分立式仪器虽然在外部提供了USB，Ethernet/LAN以及 RS-232等接口用于和PC的通讯，但仪器内部还是使用了PCI总线用于内部数据的传输。上面的两个例子都使用了内部总线用于海量数据的传输，因为像 PCI这样的内部总线，相比于外部总线，能够提供更高的总线带宽和更低的传输延迟(见图2)。接下来就让我们来讨论一下一些常见的内部总线。

图2：相比于外部总线，内部总线具有较高的总线带宽和较低的传输延迟

内部总线 -- VXI, PCI/PXI, PCI Express和PXI Express

内部总线，我们也称之为模块化仪器总线，它提供了开发者开放的多厂商联合的标准和灵活的软件来创建用户自定义的仪器，解 决不同的应用需求。这样的仪器不仅具有更好的集成性和可扩展性，同时提供更佳的软件灵活性。如上图所示，内部总线具有的高带宽特性对于高速流盘和激励/响 应测试的应用来说至关重要，而低延迟则决定了少量数据传输时的测试时间，如对数据传输延迟要求较高的数字万用表+开关的扫描测试。常见的内部总线包括 VXI, PCI/PXI, PCI Express和PXI Express等。

VXI和PCI/PXI

VXI (VMEbus eXtensions for Instrumentation) 是最早引入模块化仪器概念的总线，它成功地减小了传统仪器系统的尺寸并提高了系统集成化的水平，主要用于满足高端自动化测试应用的需要，并已成功应用于军 用航空的测试和制造业的测试等。然而，由于VXI价格昂贵且基于过时的VME总线，而现代计算机又不支持这种总线结构；伴随着PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)总线的推出，VXI的市场份额逐渐的在减小，而PXI的增长却势不可挡，早已在数年前超过VXI成为模块化测试测量的主 流技术。PXI因为基于成熟的PCI总线技术，和VXI相比，具有更快的总线传输速率(132MB/s vs 40MB/s)，更小的体积以及更好的性能价格比。此外，PXI能够提供纳秒级的定时和同步功能以及坚固的工业特性。最后，得益于软件的灵活性和不断更新 的模块化硬件，用户可以最少的投资随时升级整个测试系统。如此优良的扩展性，灵活的软件架构使得基于PXI模块化仪器平台的系统集成变得更加的普遍。

PCI Express
现在基于PC的测试应用对于总线带宽的要求越来越高，即使132MB/s的PCI总线带宽也难以满足许多新兴应用的需求。因此PCI-SIG(PCI总线 标准的制订实体)推出了新一代的高速内部总线：PCI Express。作为对PCI总线的一个革新，PCI Express保持了与PCI总线的软件兼容性，并用高速串行总线代替了传统的并行总线。PCI Express通过多通道差分信号来实现双向数字的传输，每一个传输方向的一个通道就可提供250MB/s的带宽，组合多个通道(x16)最高可达4GB /s的传输速率。与PCI总线上所有设备共享带宽的方式不同的是，每个PCI Express设备都享有一个专用的带宽来保证数据通路的畅通无阻(见图3)。此外，PCI Express因为采用了先进的软件架构完全确保了和现有PCI的软件兼容性。据权威机构预测，PCI Express的核心芯片(PCI Express x4 Switch)的成本将在2008年降到大约每片2.4美金，同时借鉴PCI总线在现今市场的巨大成功，因此很多专家都预测PCI Express将在未来成为高速总线的主流趋势。

对于测试测量领域而言，PCI Express总线的推出使得许多高速的测试应用变为可能，例如每秒高达几百帧的图像采集与存储、上GHz的数字化仪和信号发生器，数字通讯协议的测试与 验证等等，因此我们有理由预见PCI Express总线将在未来成为新一代的模块化仪器总线，为工程师们带来更高的性能和更快的速度。

图3：所有PCI Express插槽具有专用的带宽来连接PC内存，无需像传统PCI那