測(cè)控總線是指以組成測(cè)量和控制系統(tǒng)為主要目標(biāo)而開(kāi)發(fā)的總線。自數(shù)字計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，各種總線標(biāo)準(zhǔn)不斷推出，如PC、ISA、PCI總線。雖然在PC、ISA、PCI總線系統(tǒng)上加入各種I/O功能模塊板，也可以組成測(cè)控系統(tǒng)，但這不是這些總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的主要目的。為測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總線主要有STD、CPCI、GPIB、VME、VXI和PXI等總線。現(xiàn)代測(cè)量及檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是標(biāo)準(zhǔn)總線計(jì)算機(jī)平臺(tái)、功能*的軟件，以及應(yīng)用總線技術(shù)的模塊化儀器|儀表設(shè)備的有機(jī)結(jié)合。這種結(jié)合極大地增強(qiáng)了自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的功能與性能。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)中，總線技術(shù)越來(lái)越受到重視。因此，在測(cè)試系統(tǒng)研制中，選擇好的測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)總線，不僅有助于系統(tǒng)最終以較低成本滿足更高的性能要求，而且可以使系統(tǒng)更加容易擴(kuò)充、升級(jí)和保護(hù)用戶的投資效益。
一、常用并行總線性能分析
目前常用的測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)總線基本上還是并行總線，如PCI、GPIB、PXI和VXI等總線。隨著串行總線數(shù)據(jù)傳輸率的提高，串行總線也開(kāi)始作為測(cè)控總線出現(xiàn)，但目前還沒(méi)有形成主流。并行傳輸優(yōu)于串行傳輸?shù)闹饕卣髟谟谒鼮镃PU與外部設(shè)備之間的信息傳輸提供了類(lèi)似于訪問(wèn)存儲(chǔ)器的工作方式，通過(guò)并行輸入/輸出端口與外部設(shè)備進(jìn)行信息交換，具有較高的速率和簡(jiǎn)單的協(xié)議。其不足主要是線路條數(shù)多，不適于遠(yuǎn)距離傳輸。幾種常用并行總線基本性能如表1所示：
二、測(cè)試儀器總線性能分析
（一）PCI/CompactPCI總線特性分析
PCI是一種高性能局部總線，它構(gòu)成微處理器與外設(shè)之間的高速通道。PCI 支持多個(gè)外設(shè)，與CPU的時(shí)鐘頻率無(wú)關(guān)。PCI局部總線的特征體現(xiàn)在其高性能、可兼容性、處理器的獨(dú)立性、成本有限性和將來(lái)支持性等方面。
不像其它局部總線，例如VL-VESA，主要是為加速圖形，PCI局部總線是一個(gè)系統(tǒng)的解決辦法，它使網(wǎng)絡(luò)適配器、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和高速外設(shè)的性能進(jìn)一步提高。PCI總線工作于33MHz時(shí)鐘頻率時(shí)，其峰值速度為132MB/s，這比ISA(9MB/s)和EISA(33MB/s)的傳輸速率提高數(shù)倍。
PCI總線主控性允許多個(gè)智能外部設(shè)備中的任何一個(gè)控制此總線，以加速信息流量，使優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)先執(zhí)行。PCI的并行處理能力使微處理器與外部設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，而不是等待它們。
因?yàn)镻CI被設(shè)計(jì)成是對(duì)擴(kuò)充總線的一種補(bǔ)充，所以與ISA、EISA和MCA總線兼容。雖然每個(gè)系統(tǒng)插槽個(gè)數(shù)有限，但PCI總線允許制造商們提供“分享插槽"，使之既能適應(yīng)一個(gè)PCI，也能適應(yīng)一個(gè)ISA、EISA或MCA卡連接器。另外，所有PCI兼容附加板可對(duì)任何服從PCI的系統(tǒng)進(jìn)行操作，而與使用中的擴(kuò)充總線或微處理器無(wú)關(guān)。
PCI總線的64位數(shù)據(jù)地址復(fù)用總線能使系統(tǒng)的帶寬達(dá)到264MB/s，其具有的32位和64位外部通信對(duì)用戶是透明的。這種透明性由一個(gè)連接器(開(kāi)關(guān)或中斷。PCI總線的獨(dú)立處理器特性使其適用于PC平臺(tái)的所有系列，包括臺(tái)式、筆記本和服務(wù)器等。
CompactPCI總線是PCI總線在工控領(lǐng)域的擴(kuò)展，它采用兩種尺寸的歐式板結(jié)構(gòu)，即單高、雙高和傳統(tǒng)的機(jī)箱式安裝(前后水平插拔)方式。系統(tǒng)插槽上的模塊為控制模塊，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理，包括其它模塊的初始化、總線仲裁、時(shí)鐘分配和復(fù)位功能。CompactPCI還規(guī)范了熱切換，即帶電插拔，便于適合工業(yè)和嵌入式應(yīng)用場(chǎng)合。
（二）PXI總線特性分析
PXI定義為用于測(cè)試、測(cè)量與控制應(yīng)用，是基于PC的一種小型模塊化儀器平臺(tái)。PXI是建立在CompactPCI規(guī)范的基礎(chǔ)上。CompactPCI規(guī)范定義了封裝堅(jiān)固的PCI，提供出眾的機(jī)械完整性并使硬件部件易于裝卸。因?yàn)镻XI平臺(tái)基于PCI，所以它具有PCI的一些優(yōu)點(diǎn)，如較低的成本、不斷提高的性能，以及為最終用戶提供主流軟件等。
PXI產(chǎn)品可以提供自動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域內(nèi)所需要的各種功能，包括信號(hào)發(fā)生器、切換開(kāi)關(guān)、數(shù)字化儀器、電源|穩(wěn)壓器和大量的連接裝置等。
PXI總線是PCI/CompactPCI在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，它不僅保留了PCI總線較高的數(shù)據(jù)吞吐能力，而且采用了堅(jiān)固的歐洲插卡組裝技術(shù)。為了適應(yīng)測(cè)試儀器的需要，還擴(kuò)展了與VXI總線類(lèi)似的儀器總線，如觸發(fā)總線、本地總線、系統(tǒng)參考時(shí)鐘以及只有D尺寸VXI才有的星型觸發(fā)總線。
PXI模塊儀器的優(yōu)點(diǎn)主要包括：
1.PXI與CompactPCI保持99%兼容；
2.將臺(tái)式PC技術(shù)引入到測(cè)試與測(cè)量設(shè)備；
3.比臺(tái)式PC提供了更多的I/O擴(kuò)展槽；
4.擴(kuò)充了臺(tái)式PC機(jī)中所沒(méi)有的儀器特性；
5.更加緊湊，比臺(tái)式PC更節(jié)省空間；
6.提供了更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)了多供應(yīng)商之間的兼容，有利于系統(tǒng)集成；
7.定義了標(biāo)準(zhǔn)的軟件框架，要求兼容的產(chǎn)品提供相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軟件，有利于簡(jiǎn)化系統(tǒng)集成。
?。ㄈ￢XI總線特性分析
VXI總線是上世紀(jì)80年代末期在VME總線的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而成的儀器系統(tǒng)總線，一經(jīng)問(wèn)世便受到了測(cè)試界的普遍重視。由于該總線采用的是開(kāi)放式結(jié)構(gòu)并集中了的計(jì)算機(jī)數(shù)字接口技術(shù)與模塊化儀器的優(yōu)點(diǎn)，從而擴(kuò)大了它在智能儀器、PC儀器以及GPIB系統(tǒng)的特長(zhǎng)都集成起來(lái)，組成數(shù)據(jù)吞吐量大、兼容性強(qiáng)、可擴(kuò)展性好、標(biāo)準(zhǔn)化的各種專(zhuān)用測(cè)試系統(tǒng)。當(dāng)其接入到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)后，便可構(gòu)成數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。
VXI總線促進(jìn)了整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)向開(kāi)放式、集成化方向發(fā)展，推動(dòng)了測(cè)試儀器標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化的進(jìn)程，使系統(tǒng)資源，包括所有硬件與軟件獲得共享。同時(shí)也使新的測(cè)試系統(tǒng)的研制周期縮短、成本降低、風(fēng)險(xiǎn)減小。
VXI總線采用模塊化開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，易于擴(kuò)展、重構(gòu)和系統(tǒng)集成。它可以很方便地應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集、虛擬儀器和測(cè)試系統(tǒng)中，是計(jì)算機(jī)操縱的模塊化儀器。它依靠有效的標(biāo)準(zhǔn)化，采用模塊化的方式，實(shí)現(xiàn)了系列化、通用化以及VXI總線儀器的互換性和互操作性。其開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)和P&P方式符合信息產(chǎn)品的要求。由于VXI提供了多種常規(guī)儀器模塊，并與GPIB兼容，而且高度集成，所以很快成為測(cè)試界的測(cè)試總線。十多年的應(yīng)用證明，VXI總線具有如下主要優(yōu)點(diǎn)：
1.開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)使儀器組合靈活和容易；
2.系統(tǒng)吞吐量增強(qiáng)，減少測(cè)試時(shí)間或提高性能；
3.小體積與高密度的設(shè)計(jì)減少系統(tǒng)占用空間，可以就近放置于待測(cè)設(shè)備旁進(jìn)行測(cè)試，便于移動(dòng)與攜帶；
4.更精確的定時(shí)與同步功能改善測(cè)量能力；
5.標(biāo)準(zhǔn)化VXI即插即用軟件簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)定、編程及集成；
6.模塊化、堅(jiān)固的設(shè)計(jì)提高可靠度、延長(zhǎng)失效的平均間隔時(shí)間、并降低修復(fù)所需時(shí)間；
7.可降低系統(tǒng)研制成本；
VXI總線十多年的應(yīng)用證明歐式插卡組裝技術(shù)是其中最成功和可靠的技術(shù)，特別適合于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于其采用歐式插卡，還具有以下優(yōu)勢(shì)：
（1）插卡垂向而平行地插入機(jī)箱，有利于通風(fēng)散熱；
?。?）每塊插卡都有金屬前面板，便于安裝連接器和指示燈；
?。?）每塊插卡用螺釘鎖住，有較強(qiáng)的抗震、抗顫動(dòng)能力；
?。?）采用插入式電源模塊，便于維修；
?。?）適合安裝在標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)機(jī)架上。
正是因?yàn)閂XI總線具有上述的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，使其在國(guó)防、航空航天、通信等諸多領(lǐng)域里得到了廣泛應(yīng)用。
?。ㄋ模￢ME總線特性分析
VME總線是一種高性能總線，支持多處理器系統(tǒng)，總線規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)而全面，主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)信號(hào)處理和控制領(lǐng)域。VME總線特點(diǎn)如下：
1.尋址空間大，數(shù)據(jù)傳輸率高，滿足高性能微計(jì)算機(jī)的要求；
2.在多處理器系統(tǒng)中，其中斷機(jī)構(gòu)可保證各處理器之間的相互通信，提高了多處理器系統(tǒng)的性能；
3.VME易于組成開(kāi)放式系統(tǒng)。
?。ㄎ澹㏄XI總線與VXI總線技術(shù)對(duì)比
VXI儀器規(guī)范已被證明是非常成功的。而PXI也為儀器定義了許多與VXI規(guī)范一樣的擴(kuò)展特性。表2是PXI與VXI儀器特性的對(duì)比情況。
VXI和PXI之間的主要差別源于它們各自的底層總線結(jié)構(gòu)不同。VXI基于VME總線，而PXI基于PCI總線，PCI總線多年來(lái)一直在臺(tái)式PC機(jī)中廣泛應(yīng)用。由于標(biāo)準(zhǔn)PCI總線帶寬是132MB/s，標(biāo)準(zhǔn)VME總線只有40MB/s，所以PXI總線更具優(yōu)勢(shì)。使用PCI總線的另外一個(gè)好處是能夠降低系統(tǒng)成本，這是因?yàn)楦鞣NPCI總線硬件插卡種類(lèi)齊全、生產(chǎn)廠家多。第三是由于PXI插卡尺寸小，所以它能夠?yàn)楸銛y式、臺(tái)式與固定架式裝置提供一個(gè)通用平臺(tái)。
VXI總線的不足是受限于VME總線的規(guī)范，速度難于提升。VME不是當(dāng)前計(jì)算機(jī)總線技術(shù)發(fā)展的主流，在數(shù)據(jù)吞吐、即插即用、軟件、網(wǎng)絡(luò)連接等方面不及PCI總線。VME總線采用TTL技術(shù)，在64位寬度時(shí)TTL電路固有的噪聲和信號(hào)抖動(dòng)遠(yuǎn)高于PXI所使用的PCI總線；VME總線只能使用5V電壓，不能滿足快速傳輸和低功耗的要求，而PXI則能使用64位的5V和3.3V信號(hào)，并且使用了與VXI相同的組裝技術(shù)。就傳輸速度而言，PXI為VXI總線的三倍多，因而在PXI上實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)圖像采集技術(shù)在VXI上卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。
?。〨PIB特性分析
利用GPIB接口可以使儀器與幾乎所有的臺(tái)式、便攜機(jī)、工作站和工控機(jī)等相連接，通過(guò)使用跨操作系統(tǒng)及開(kāi)發(fā)平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)和開(kāi)發(fā)五金|工具，可建立應(yīng)用廣泛的GPIB儀器控制系統(tǒng)。GPIB儀器的特點(diǎn)如下：
1.功能較為*，幾乎可以覆蓋所有測(cè)量頻段；
2.儀器種類(lèi)繁多、覆蓋面大；
3.傳輸速率一般低于500KB/s，比較適用于要求準(zhǔn)確度高，但對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的測(cè)量。
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