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1、虚拟仪器技术Virtual Instruments Technique,信息科学与技术学院,第一部分 虚拟仪器技术综述第二章 虚拟仪器总线技术,GPIB 总线 VXI 总线 PXI 总线 LXI 总线,虚拟仪器技术总线技术,GPIB 总线 GPIB 是 General Purpose Interface Bus 的缩写，即通用接口总线。 8 位并行总线，5 条控制线，3 条挂钩线。 数据传输速率 250500 KBps，最高 1 MBps。 系统内仪器数量 15 台。 电缆总长度 20 m，最大距离 4m，平均距离 2m。,虚拟仪器技术总线技术,GPIB 总线,虚拟仪器技术总线技术,GPIB

2、总线发展历史 1972 年，HP 提出；经改进于 1974 年 HP-IB。 1974 年，IEC 接受该标准，IEC-625。 1975 年，IEEE 正式颁布 IEEE Std 488-1075。 1976 年，ANSI 正式颁布 ANSI-MC1.1-1975。 1984 年，我国颁布等效标准 SJ 2479.1-84。 1984 年，IEEE 扩充了标准，IEEE 488.2。,虚拟仪器技术总线技术,GPIB 总线应用 应用普及：自动控制、电视、导航、通信、核物理、医疗保健、环境保护和工业控制等。 Motorola：MC 68488、MC 3440、MC 3441、MC 3443、MC

3、 3447、MC 3448 等。 Intel：8291、8292、8293 等。 NEC：pD 7210 等。,虚拟仪器技术总线技术,VXI 总线 VXI 是 VME Extension for Instrumentation 的缩写，即 VME 总线在仪器的扩展。 并行总线。 数据传输率最初为 40 MBps，扩展为 80 MBps。 背板一般为 13 个插槽，最多 21 个插槽。,虚拟仪器技术总线技术,VXI 总线发展历史 1979年，Motorola 公布了一个面向 68000 微处理器的所谓 Versabus。与此同时，还制定了一种新的印刷电路板标准（IEC297-3）被称为 “Eur

4、ocard”。 1981年，Motorola 和 Signetics 达成协议，建立了总线标准 VME（Versa Module Eurocard）。 1987年，IEEE 接受为 IEEE 1014-1987。,虚拟仪器技术总线技术,VXI 总线发展历史 1987 年，Colorado Data System、HP、Racal Dana、Tektronix 和 Wavetek五家著名仪器公司成立 VXI 总线联盟，制定了 VXI 规范 。 1989 年，颁布 VXI 总线修订版 Rev 1.3。 1992 年，IEEE 接受为 IEEE 1155-1992。,虚拟仪器技术总线技术,VXI 总

5、线发展历史 1993年，VXI Plug&Play（VPP）联盟成立。该联盟对 VXI 模块的软件作了进一步的标准化，从而可以保证不同厂家产品的兼容性。 国际上现有两个 VXI 组织 VXI 联合体和 VPP 系统联盟。前者主要负责 VXI 硬件（即仪器级）标准规范的制订；而后者的宗旨是通过制订一系列的 VXI 软件（即系统级）标准来提供一个开放的系统结构。所谓 VXI 标准体系就由这两套标准构成。,虚拟仪器技术总线技术,VXI 扩展的内容 更大尺寸（0.8” VME vs 1.2” VXI） 电磁屏蔽 冷却规范 触发线 更多电源类型 10 MHz 时钟 本地总线,虚拟仪器技术总线技术,VXI

6、 标准欧卡结构,10 x 16 cm,23 x 16 cm,23 x 34 cm,36 x 34 cm,主流（90%）,（10%）,3U,9U,6U,6U,虚拟仪器技术总线技术,VXI 标准欧卡结构 P1：VME 总线A24、D16、仲裁、中断 P2：中间行（扩展 VME）A32、D32外部行（VXI）本地总线、电源、触发10 MHz 时钟、管理等 P3：高性能 VXI,P1,P2,P3,虚拟仪器技术总线技术,VXI 机箱 VXI 机箱是为保证各模块恰当地连接到底板。 底板（Backplane）是一块印刷电路板，其上有 96 脚 J 型连接器和信号通路。 提供冷却、通风设备和电源。 保证模块与

7、底板可靠连接。 通常主机箱有 13 个插槽，面对插入方向从左至右其编号从 0 到 12。,虚拟仪器技术总线技术,VXI 机箱,虚拟仪器技术总线技术,VXI 系统结构 外置计算机：灵活、速度取决于接口（GPIB 1MBps，MXI 20MBps）。 嵌入式计算机：体积小、高速（40Mb/s）。,虚拟仪器技术总线技术,VXI 模块,总线零槽控制器模块,总线嵌入计算机,信号处理模块,虚拟仪器技术总线技术,VXI 总线控制形式的性能比较,虚拟仪器技术总线技术,VXI 总线应用 主要用于航空、军事、工业的自动测试设备和高密度、高性能的数据采集。 Agilent Technologies 是最大产品供应商

8、。 全球超过 100 个产品供应商。 超过 1400 种产品。,虚拟仪器技术总线技术,PXI 总线 PXI 是 PCI Extension for Instrumentation 的缩写，即 PCI 总线在仪器的扩展。 并行总线。 数据传输率 132 MBps 到 528 MBps。 背板可达 21 个插槽。,虚拟仪器技术总线技术,PXI 总线,虚拟仪器技术总线技术,PXI 总线,虚拟仪器技术总线技术,PXI 总线发展历史 1997 年，NI 推出 PXI 总线规范。 1998 年，PXI 联盟成立。已超过 50 个成员。,虚拟仪器技术总线技术,PXI 总线规范 PCI 总线 欧洲卡封装 IE

9、C 连接器,虚拟仪器技术总线技术,PXI 扩展的内容 与 0.8” CompactPCI 空间相同 没有电磁屏蔽规范（可选） 冷却规范 触发线 局部总线 更多电源类型 10 MHz 时钟,虚拟仪器技术总线技术,PXI 体系结构,虚拟仪器技术总线技术,PXI 标准欧卡结构 强制的主动散热 温度测试及额定 系统级的 EMC、冲击、振动和湿度规定 定义了内嵌控制器的位置,10 x 16 cm,23 x 16 cm,主流（90%）,（10%）,虚拟仪器技术总线技术,PXI 与 CompactPCI 卡结构 PCI 卡不用或只需作很少改动就可以设计成适合PXI/CompactPCI 卡。,虚拟仪器技术总

10、线技术,PXI 电气扩展,虚拟仪器技术总线技术,PXI 软件扩展 PXI 控制器必须预装 Microsoft Windows 来支持标准的软件结构。 操作系统和应用程序无须改动，即可在 PXI 系统运行。 外设模块必须提供 WIN32 器件驱动。 配置工具将 PXI 模块识别为 PCI 设备。 PXI 和 PC 的软件是一致的。,虚拟仪器技术总线技术,PXI 机箱与模块,虚拟仪器技术总线技术,PXI Express 技术 PXI 平台的最新版本，保持后向兼容； PXI Express 1.0a规范，背板带宽增加到（x4）1 GBps；,虚拟仪器技术总线技术,PXI Express 技术 吸纳

11、100 MHz 差分参考时钟和差分触发器，增强了 PXI 的定时和同步特性。,虚拟仪器技术总线技术,PXI 总线应用 应用于数据采集，功能测试和工业应用。 National Instruments 是最大供应商。 全球超过 100 个产品供应商。 超过 1000 种产品 。,虚拟仪器技术总线技术,PXI 总线应用,虚拟仪器技术总线技术,VXI 和 PXI 技术对比,虚拟仪器技术总线技术,VXI 和 PXI 技术对比,虚拟仪器技术总线技术,VXI 和 PXI 市场对比,虚拟仪器技术总线技术,VXI 和 PXI 对比总结 PXI 和 VXI 都是成熟的工业标准； PXI 与 VXI 的主要性能差别

12、是总线速度； 认为 PXI 产品性能较低，是个错误； PXI 产品价格较低； 近 68 年内 PXI 和 VXI 将平分天下； 未来的虚拟分析仪器领域将是 PXI 的天下； 我国应大力发展 PXI 总线产品。,虚拟仪器技术总线技术,LXI 总线 LXI 是 LAN Extension for Instrumentation 的缩写，即 LAN 总线在仪器的扩展。 串行总线。,虚拟仪器技术总线技术,LXI 总线产生背景 生命期计算机背板 ISA、EISA、VME、PCI、Compact PCI 每隔几年就发生变化，但它们通常只有很少、甚至没有后向兼容性。其仪器版本 VXI、PXI 也有着同样的缺

13、点。,虚拟仪器技术总线技术,LXI 总线产生背景 生命期 性能和成本如 GPIB 和 MXI 这样的标准测试和测量（T&M）接口在速度上有所不足，也不像 LAN 和 USB 那样被广泛接纳。因此在计算机体系结构改变时，必须开发和购买新的 GPIB或 MXI 卡。,虚拟仪器技术总线技术,LXI 总线规范 IEEE 802.3（以太网） TCP/IP HTTP XML IVI-COM 驱动程序 IEEE 1588 精密定时协议（PTP）,虚拟仪器技术总线技术,LXI 扩展的内容 冷却 触发、中断处理 机械接口、软件接口 电磁和射频干扰 网络路由和交换 发现 跨多装置的同步,虚拟仪器技术总线技术,L

14、XI 机械尺寸 标准 19” 机柜模块化结构（1U4U 高度，全宽或半宽） 信号线从前面板接入，电源线、触发和网线从后面板接入,虚拟仪器技术总线技术,LXI 定义了三类仪器 C 类仪器 B 类仪器 A 类仪器,虚拟仪器技术总线技术,LXI 定义了三类仪器 C 类仪器包括对 LAN 接口和协议的全部要求，LAN 查询功能，IVI 驱动程序接口，仪器网页，以及推荐的电源、冷却、尺寸、指示灯和复位按钮。所有 LXI 仪器必须达到 C 类要求。 B 类仪器 A 类仪器,虚拟仪器技术总线技术,LXI 定义了三类仪器 C 类仪器 B 类仪器包括全部 C 类要求并加上 IEEE 1588 时间同步。因此有可

15、能实现位于网络任何位置 LXI 设备的亚微秒级同步。B 类还增加对等和一对多的 LAN 信息传送模式（B 类和 A 类要求，C 类允许）。 A 类仪器,虚拟仪器技术总线技术,LXI 定义了三类仪器 C 类仪器 B 类仪器 A 类仪器包括 C 类和 B 类要求，并增加了使能相邻 LXI 仪器触发的硬件触发总线。该触发总线类似于 VXI 的背板总线，是 8 路的低电压差分总线，对相邻仪器能达到 5 ns/m 的定时精度。预期合成仪器将是符合 A 类标准的仪器。,虚拟仪器技术总线技术,LXI 优点 系统 I/O 使用当前绝大多数 PC 中已有的 PC 标准 LAN。 系统中的仪器数量只受机架尺寸和可用路由器端口数的限制。每一设备都有独有的 IP 地址，它可以手动或自动设置。 能为各测试系统容易地建立专网，把一组仪器分配到子网中。,虚拟仪器技术总线技术,LXI 优点 仪器可靠近或远离控制器 实际上能放置在公司 Intranet 或 Internet 上的任何地方。 IT 世界久经证明的安全工具和技术也可用于保证设备和数据安全。 基于浏览器的接口简化系统配置和查错 任何 Agilent 仪器都带有交互式的设置、控制和监视网页。,虚拟仪器技术总线技术,LXI 优点 IEEE 1588 PTP 使能