二、什么是工業(yè)計(jì)算機(jī)（Industrial PC）？
典型的工業(yè)計(jì)算機(jī)（工控機(jī)）是裝在一個(gè)堅(jiān)固機(jī)盒內(nèi)的單板計(jì)算機(jī)與PCI背板，遵循PICMG規(guī)范。如同臺(tái)式計(jì)算機(jī)，它們可以運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)。測(cè)量板卡插置在PCI槽中。PCI槽位的數(shù)量取決于計(jì)算機(jī)生產(chǎn)商。但關(guān)鍵的一點(diǎn)是工業(yè)計(jì)算機(jī)的槽位與PCI-PCI橋之比低于PXI機(jī)箱。這一點(diǎn)之所以重要是因?yàn)镻CI-PCI橋會(huì)導(dǎo)致顯著的帶寬損耗。另外，維護(hù)工業(yè)計(jì)算機(jī)也比維護(hù)PXI系統(tǒng)困難。首先，要從測(cè)試機(jī)柜上取下計(jì)算機(jī)，如果連接的電纜不夠長(zhǎng)，那就必須先將它們拔下。如同臺(tái)式計(jì)算機(jī)一樣，必須先將外部的機(jī)箱蓋打開(kāi)，才能觸及PCI槽及更換卡件。在平時(shí)，機(jī)箱蓋用于防止灰塵和其它碎片觸及CPU，非常重要。
機(jī)械特性比較
PXI機(jī)箱和設(shè)備是為承受工業(yè)和野外環(huán)境而設(shè)計(jì)的；模塊也都具有牢固的接插端，可以抵抗撞擊與振動(dòng)。為了保護(hù)電路，機(jī)箱內(nèi)設(shè)計(jì)有額外的冷卻裝置。此外，設(shè)備都是從機(jī)箱的前面拆卸，維護(hù)與升級(jí)非常方便。
堅(jiān)固性設(shè)計(jì)
PXI規(guī)范要求所有的設(shè)備都通過(guò)環(huán)境測(cè)試。廠家建議進(jìn)行濕度、撞擊和振動(dòng)測(cè)試。這些測(cè)試可以幫助工程師掌握更多的信息，在構(gòu)建系統(tǒng)選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。PXI系統(tǒng)最適合用于生產(chǎn)測(cè)試或野外環(huán)境，因?yàn)樗鼈冋菫槌惺苓@樣的環(huán)境而設(shè)計(jì)的。
PXI機(jī)箱內(nèi)的模塊導(dǎo)軌就是堅(jiān)固性的力證。上下兩側(cè)的導(dǎo)軌可以牢牢地固定PXI模塊。這種安裝方式減輕了背板上的承受力，也使模塊免受撞擊和振動(dòng)。模塊的面板可以用螺絲固定到機(jī)箱上，進(jìn)一步防止松動(dòng)。在工業(yè)計(jì)算機(jī)中，板卡通常是以?shī)A在接口部分兩側(cè)的插槽及卡沿和機(jī)箱的連接來(lái)固定的。僅僅兩個(gè)接觸點(diǎn)，其中之一還是背板，使板卡極有可能在惡劣的環(huán)境下抖動(dòng)移位。另外，PXI的接插端部分也比PCI的更寬，更長(zhǎng)。
最后，PXI機(jī)箱通常在背板上只有很少的電路，這樣當(dāng)任何電路需要更換的時(shí)候，維護(hù)都非常簡(jiǎn)單。工業(yè)計(jì)算機(jī)有兩種設(shè)計(jì)。第一種是使用主動(dòng)型背板，即計(jì)算機(jī)主板是背板的一部分。這種情況下如果主板出現(xiàn)問(wèn)題，整個(gè)計(jì)算機(jī)都要更換。第二種設(shè)計(jì)是使用被動(dòng)型背板，即背板上面只有PCI-PCI橋。這種設(shè)計(jì)中要用到單板計(jì)算機(jī)（SBC）。SBC插入背板中一個(gè)類(lèi)似PCI接口的接插端。這種設(shè)計(jì)顯然比嵌入式PXI控制器更容易振動(dòng)和震顫。
冷卻
PXI規(guī)范對(duì)冷卻具有嚴(yán)格的要求。外設(shè)模塊最低限度也要冷卻到和工業(yè)計(jì)算機(jī)同一等級(jí)。PXI必須帶有強(qiáng)迫冷卻裝置，產(chǎn)生特定方向的氣流，均勻冷卻所有模塊。而大多數(shù)工業(yè)計(jì)算機(jī)使用的冷卻裝置僅由一到兩個(gè)風(fēng)扇構(gòu)成，通常無(wú)法均勻冷卻主板與外設(shè)板卡。均衡的冷卻可以延長(zhǎng)模塊或板卡的使用壽命，從而降低系統(tǒng)壽命內(nèi)的平均維護(hù)成本。最后，所有的PXI設(shè)備都經(jīng)過(guò)測(cè)試，清楚標(biāo)明工作和存放時(shí)的正常溫度。因此，用戶可以對(duì)所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)更加了解，并知道是否需要增加額外手段，保證系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下工作。
維護(hù)
PXI平臺(tái)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了維護(hù)工作。所有的模塊和接線端都在機(jī)箱的前面。每個(gè)模塊的前面都有一個(gè)手柄，使其能正確插入和容易拆卸。兩個(gè)導(dǎo)軌確保模塊對(duì)準(zhǔn)，避免背板上的針被損壞。用戶還可以拆下機(jī)箱中的一個(gè)模塊而不影響到系統(tǒng)的其它部分。
工業(yè)計(jì)算機(jī)的維護(hù)通常很耗時(shí)。首先，要松開(kāi)機(jī)柜上固定用的螺絲，向外抽拉，取下計(jì)算機(jī)。而且，像前面提到的，如果連接電纜不夠長(zhǎng)，所有的電纜都必須從PCI板卡上拔下。然后要打開(kāi)機(jī)箱蓋，才能卸下PCI板卡。
升級(jí)
由于PXI系統(tǒng)的模塊化，升級(jí)單個(gè)組件很容易。比方說(shuō)，某用戶希望升級(jí)到更快的處理器，他可以拆下控制器進(jìn)行更換。因?yàn)樗械脑O(shè)備都支持標(biāo)準(zhǔn)軟件，所以只要在新的控制器里裝上軟件和驅(qū)動(dòng)程序，然后插回機(jī)箱內(nèi)就可以了。這些變化對(duì)使用者來(lái)說(shuō)幾乎是透明的。
然而，對(duì)于工業(yè)計(jì)算機(jī)的配置，用戶通常需要為了升級(jí)處理器而拆除計(jì)算機(jī)里所有的板卡，然后更換整個(gè)計(jì)算機(jī)或主板。這樣的升級(jí)過(guò)程將耗費(fèi)不少時(shí)間和代價(jià)，而且很復(fù)雜。
電氣特性比較
PXI機(jī)箱有許多專(zhuān)為測(cè)試和測(cè)量工程設(shè)計(jì)的電氣特性。其中很重要的一項(xiàng)就是I/O的易擴(kuò)展性。有的大規(guī)模的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要盡可能高的帶寬，這一點(diǎn)就顯得極為重要。第二項(xiàng)特性是PXI背板上的10MHz專(zhuān)用系統(tǒng)時(shí)鐘，提供更高的精度與更佳的鎖相環(huán)。為了使觸發(fā)更加準(zhǔn)確，機(jī)箱還具備總線型的觸發(fā)線。槽與槽之間局部總線的設(shè)計(jì)節(jié)省了PCI的帶寬。最后，當(dāng)一些方案需要10MHz以上的觸發(fā)時(shí)，可以使用非常精確的星形觸發(fā)。工業(yè)計(jì)算機(jī)則沒(méi)有這些內(nèi)置的電氣特性。PCI總線的速度從0到66MHz不等，且設(shè)備間的通信也通過(guò)PCI。這樣的系統(tǒng)從準(zhǔn)確同步和精確觸發(fā)的角度來(lái)說(shuō)都是很不可靠的。
I/O 擴(kuò)展
PXI系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有很好的可擴(kuò)展性。在每個(gè)33MHz總線區(qū)段上，PXI背板可以集成7個(gè)模塊，而工業(yè)計(jì)算機(jī)只能有4個(gè)。通過(guò)PCI-PCI橋，一個(gè)PXI機(jī)箱內(nèi)可以容納更多板卡。使用MXI-3接口，用戶更可以輕易地?cái)U(kuò)展多個(gè)機(jī)箱。理論上，基于33MHz總線區(qū)段的PXI系統(tǒng)插槽上限是256個(gè)。在前面的介紹中也提到過(guò)，工業(yè)計(jì)算機(jī)的PCI-PCI橋比較多。這就意味著帶寬的損耗更大，然則整個(gè)系統(tǒng)的性能都會(huì)受到明顯的影響。
專(zhuān)用系統(tǒng)時(shí)鐘
PXI背板上內(nèi)置有一個(gè)10MHz的專(zhuān)用系統(tǒng)時(shí)鐘。這個(gè)高質(zhì)量的時(shí)鐘用于模塊間的同步，具有很低的槽間偏斜信號(hào)。而工業(yè)計(jì)算機(jī)或其它任何系統(tǒng)上的板卡要實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的同步，就必須將板卡上各自用于定時(shí)和觸發(fā)的時(shí)鐘信號(hào)源和觸發(fā)總線以電纜連接起來(lái)。
對(duì)于工業(yè)計(jì)算機(jī)，每個(gè)設(shè)備的時(shí)鐘質(zhì)量和精度都不相同，和計(jì)算機(jī)機(jī)箱的時(shí)鐘相比或高或低。但是由于這些時(shí)鐘信號(hào)都通過(guò)總線連接在一起，它們的偏斜（通常是納秒級(jí)）就比機(jī)箱時(shí)鐘的偏斜（通常是皮秒級(jí)）更大，而且信號(hào)也不帶屏蔽。而PXI的系統(tǒng)時(shí)鐘使用了一塊低偏斜、扇出式的緩沖芯片，從本質(zhì)上給每個(gè)槽提供一個(gè)獨(dú)用的時(shí)鐘，使質(zhì)量得到保證。而且，由于PXI上的時(shí)鐘線是內(nèi)置于背板上的，它們就比外部的連線享有更好的屏蔽。
總線式觸發(fā)線
在用到觸發(fā)時(shí)，PXI的觸發(fā)信號(hào)可以從背板上通過(guò)，用戶不必像在計(jì)算機(jī)上那樣將板卡用電纜連接起來(lái)。PXI背板上有八根專(zhuān)用的觸發(fā)線，與包括系統(tǒng)控制器槽在內(nèi)的每個(gè)槽相連。有了這些特性，用戶可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的模塊觸發(fā)，例如用一個(gè)模塊觸發(fā)另一個(gè)模塊，或是異步觸發(fā)等。異步觸發(fā)允許以別處發(fā)生的事件觸發(fā)一個(gè)模塊。最后，通過(guò)很多新款的模塊，可以將觸發(fā)信號(hào)引入機(jī)箱，或從機(jī)箱引出。
槽間局部總線
PXI總線允許相鄰槽位上的模塊通過(guò)專(zhuān)用的連線相互通信，而不占用真正的總線。這些連線構(gòu)成了PXI的局部總線。局部總線是一種菊花鏈形式的互連總線，將每個(gè)外設(shè)槽與其左右兩邊相鄰的外設(shè)槽連接。因此，每個(gè)槽的右側(cè)局部總線與其右邊鄰槽的左側(cè)局部總線相連，并以此規(guī)律延伸。局部總線的寬度為13線，可用于在模塊間傳遞模擬信號(hào)或者提供高速的旁帶通信途徑，而不影響PCI的帶寬。這一特性對(duì)于涉及模擬信號(hào)的數(shù)據(jù)采集卡和儀器類(lèi)板卡非常有用。
局部總線信號(hào)的范圍可以從高速的TTL信號(hào)到高達(dá)42V的模擬信號(hào)。這些連線非常精確，偏斜很小，可用于一些高端的操作。必須注意的是，這些線在PCI總線或工業(yè)計(jì)算機(jī)上都是沒(méi)有的。
那么第二槽（Slot 2）的左側(cè)局部總線怎么辦呢？將這13條線引到系統(tǒng)控制器是沒(méi)有意義的。于是，這些線被設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)星形觸發(fā)。
星形觸發(fā)
PXI規(guī)范指明，背板的布線必須符合特定的要求——即由星形觸發(fā)槽發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)通過(guò)星形觸發(fā)線傳送到每個(gè)模塊的時(shí)間相等，致使各個(gè)模塊間的觸發(fā)關(guān)系都非常精確。星形觸發(fā)是一種高精度的觸發(fā)信號(hào)，可以觸發(fā)一個(gè)機(jī)箱內(nèi)的所有模塊。盡管也可以用普通的PXI觸發(fā)總線同步這些模塊，但星形觸發(fā)提供的性能更佳。尤其值得一提的是，星形觸發(fā)的信號(hào)偏斜小于1納秒，而從星形觸發(fā)槽到外設(shè)槽之間的時(shí)延也不超過(guò)5納秒。
要使用星形觸發(fā)，必須在第二槽中放入一個(gè)能夠產(chǎn)生星形觸發(fā)信號(hào)的模塊。第二槽是專(zhuān)門(mén)放置星形觸發(fā)控制器的（盡管在不需要星形觸發(fā)的應(yīng)用中，置于第二槽的任何標(biāo)準(zhǔn)模塊都能正常工作）。被觸發(fā)的模塊也要設(shè)計(jì)為能夠接收星形觸發(fā)信號(hào)。從機(jī)箱內(nèi)任何槽位發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的PXI觸發(fā)總線也能實(shí)現(xiàn)同樣的功能，但是時(shí)間精度就低一些。
軟件比較
軟件要求是PXI規(guī)范的另一個(gè)特性。所有的PXI硬件必須至少支持Windows 95、Windows 98、Window NT或Windows 2000四個(gè)操作系統(tǒng)中的一個(gè)。規(guī)范還指出，考慮到有一些其它的操作系統(tǒng)能夠提供和當(dāng)前體系同樣程度的軟件支持面，正被廣泛接受，它們也有可能被加入到PXI體系中。
控制器和設(shè)備必須符合VXIplug&play標(biāo)準(zhǔn)，并與VISA軟件兼容。另外，隨模塊必須提供驅(qū)動(dòng)軟件，這樣模塊間就能夠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)通信，也可以縮短工程師的開(kāi)發(fā)時(shí)間。像VXI這樣的早期平臺(tái)就沒(méi)有這些要求，這意味著工程師們不得不為每個(gè)設(shè)備花費(fèi)幾個(gè)月的時(shí)間去開(kāi)發(fā)儀器驅(qū)動(dòng)程序。PXI迫使生產(chǎn)商花時(shí)間完成驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)，這樣就可以為用戶節(jié)省相當(dāng)可觀的時(shí)間。
最后，PXI系統(tǒng)附帶的 .ini 文件簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)置。雖然這些文件的潛在作用還沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)，但它們確實(shí)已經(jīng)提供了諸如在設(shè)置軟件中識(shí)別槽位等附加功能。
工業(yè)計(jì)算機(jī)沒(méi)有這樣的軟件規(guī)范。雖然不少PCI設(shè)備也能在Windows環(huán)境下工作，它們卻不一定能和VISA兼容，也不一定附有驅(qū)動(dòng)軟件。這樣用戶就可能為代碼兼容性問(wèn)題頭痛不已，還不得不投入可觀的時(shí)間和費(fèi)用去開(kāi)發(fā)他們自己的驅(qū)動(dòng)程序。
價(jià)格比較
PXI系統(tǒng)的設(shè)計(jì)降低了構(gòu)建和維護(hù)的成本。得益于系統(tǒng)的模塊化，其平均維修耗時(shí)比其它平臺(tái)都短。系統(tǒng)堅(jiān)固的設(shè)計(jì)也旨在延長(zhǎng)控制器與模塊的工作壽命。
雖然有些工業(yè)計(jì)算機(jī)價(jià)錢(qián)比PXI低，但此二者并不屬于同等級(jí)的產(chǎn)品。PXI的可靠性更高、更堅(jiān)固、使用的總體成本更低。
三、總結(jié)
PXI的設(shè)計(jì)吸取了PCI規(guī)范的優(yōu)點(diǎn)，又足夠堅(jiān)固，完全符合工業(yè)應(yīng)用的要求。PXI系統(tǒng)具有很多固化的規(guī)范特性，幫助縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，也使測(cè)試測(cè)量工程師的工作更加輕松。其最卓著的特性包括系統(tǒng)的模塊化、容易集成、容易裝卸和連接，以及眾多提高設(shè)備同步與觸發(fā)精確度的電氣特性。
PXI的主要優(yōu)點(diǎn)包括：
具備軟件標(biāo)準(zhǔn)，縮短了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間
系統(tǒng)工作壽命內(nèi)的平均維護(hù)成本低廉
符合工業(yè)環(huán)境應(yīng)用的堅(jiān)固設(shè)計(jì)
方便系統(tǒng)升級(jí)的模塊化設(shè)計(jì)
更多的高性能I/O槽位
10MHz的專(zhuān)用系統(tǒng)時(shí)鐘
總線式觸發(fā)線
槽間局部總線
星形觸發(fā)
附：詞匯表
CompactPCI：一種堅(jiān)固的模塊化結(jié)構(gòu)，結(jié)合了PCI電氣規(guī)范與Eurocard封裝。適合于工業(yè)計(jì)算應(yīng)用。
GPIB：General-Purpose Interface Bus，通用接口總線。一種8位的并行通信接口。根據(jù)IEEE 488-1987 標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1Mbyte/s。
Industrial PC：工業(yè)計(jì)算機(jī)，或稱(chēng)為工控機(jī)，一種能夠承受工業(yè)環(huán)境的計(jì)算機(jī)。
MXI-2：一種PCI系統(tǒng)與VXI系統(tǒng)間的總線擴(kuò)展器。由此PCI系統(tǒng)可以像內(nèi)置VXI控制器一樣控制VXI設(shè)備。
MXI-3：一種PCI到PCI的橋（PCI-PCI bridge），用于以臺(tái)式計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制PXI機(jī)箱。
PICMG：PCI Industrial Computer Manufacture Group， PCI工業(yè)計(jì)算機(jī)制造商協(xié)會(huì)。一個(gè)會(huì)員公司的組織，維護(hù)目前的CompactPCI與PCI/ISA規(guī)范。http://picmg.com PXI：一種基于PCI的堅(jiān)固、模塊化的結(jié)構(gòu)，具有專(zhuān)為測(cè)試與測(cè)量應(yīng)用設(shè)計(jì)的電氣規(guī)范與時(shí)鐘電路。
PXI System Alliance：PXI系統(tǒng)聯(lián)盟，一個(gè)全球生產(chǎn)商與系統(tǒng)集成商的組織。控制PXI規(guī)范，定義針對(duì)測(cè)試與測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化與數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的CompactPCI產(chǎn)品的系統(tǒng)級(jí)要求。
RTSI Bus：實(shí)時(shí)系統(tǒng)集成（Real-Time System Integration）總線。一種局部總線，通過(guò)在插入式數(shù)據(jù)采集卡或儀器類(lèi)板卡間直接連線，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘和觸發(fā)信號(hào)的共享。
Star Trigger：星形觸發(fā)。組合了第二槽（Slot 2）的左側(cè)局部總線，用于為第3槽至第15槽提供高精度、低偏移的觸發(fā)。
Trigger Lines：觸發(fā)線。PXI總線上的信號(hào)線，專(zhuān)門(mén)用于在模塊間傳送觸發(fā)信號(hào)。
VISA：提供LabVIEW、CVI、Measurement Studio、C、C++和Visual Basic等各個(gè)編程環(huán)境和編程語(yǔ)言之間的接口。
VXI：一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的儀器總線，基于VME總線，主要用于模塊化的卡狀儀器（instrument-on-a-card）系統(tǒng)。
VXIplug&play：標(biāo)識(shí)硬件和軟件與VXIplug&play 系統(tǒng)聯(lián)盟（VXIplug&play System Alliance）規(guī)范的一致性。VISA是該聯(lián)盟的官方軟件語(yǔ)言。
