一、前言

PC產業的蓬勃發展帶動著一波波工業界替換傳統解決方案的潮流。過去30年間，自有的技術主導著工業控制、測試與自動化的發展，如PLC與各式的field bus。隨著Intel的CPU速度與穩定度的提升，以及Microsoft在操作系統上的廣泛采用，使得PC的功能不再只局限于網絡功能與數據處理。PC技術的推展，使得各式工業計算機的規格各執擅長，如PICMG的單板計算機規格，使用于嵌入式應用的PC/104+規格，以及PXI/CompactPCI規格的誕生。目前，PXI的系統已廣泛且成功地應用于汽車測試、半導體測試、功能性測試、航空設備測試以及軍事的應用之上。相較于其他的工業規格，PXI具備較佳的效能與較低的成本優勢。本文將專門討論PXI技術發展與近況。

二、PXI 組織與產品近況

PXI 為PCI eXtensions for Instrumentation 的縮寫。而制訂并推廣PXI規格的組織就是PXISA (PXI System Alliance)，PXISA于1997年成立，并于該年推出1.0版的PXI規格。PXISA是一個非營利的組織，且其會員分為三個不同的等級，分別為Sponsor membership，Executive membership與Associate membership。除了年費的不同外，各等級的會員負有不同的責任、義務與權利。Sponsor會員需具備一年以上的Executive會員資格，并且可于PXISA董事會中占一個席位。Sponsor會員負責規格的起草與修改，并提出初版的制訂，且具有對PXI規格承認的投票資格，并主導PXI規格的行銷策略的建立。Executive會員可以積極參與行銷方向與規格技術方面的意見交流，也具備對PXI規格的同意投票權。第三級的Associate 會員則無投票權，但經由PXISA可以獲得最直接的第一手信息。目前PXISA中全球總計超過50個公司加入，其中不乏業界知名公司。亞洲方面目前共有五家公司加入PXISA，分別為中國臺灣的凌華科技(ADLINK )和致茂科技(Chroma)，日本的Advantest與SRC公司，以及韓國的CMI公司。其中ADLINK與Advantest具有Executive會員資格。PXI的規格于2000年推出2.0版，并于2003年2月更新至2.1版。有興趣的讀者可以自行在PXI網站www.pxisa.org下載PXI的規格。

隨著PXISA的接受度提高，以及全球眾多廠商的加入，目前PXI已不會讓客戶有被單一廠商綁住規格的憂慮，且市場上有超過600種不同的PXI模塊問世。目前PXI接口上可以取得的模塊包括：

Pentium III GHz 等級PXI 控制器、取樣頻率達Gsps之高速波形擷取模塊(High speed digitizer)、任意波形產生器(Arbitrary waveform generator)、射頻信號分析模塊(RF analyzer)、各式信號交換模塊(Switching modules, from DC to GHz)、光交換模塊(optical switching modules)、各式數據擷取模塊(DAQ modules)、數字傳輸模塊(DIO modules)、計數器/定時器(Counter/Timer modules)……不勝枚舉。

多重的PXI模塊選擇，搭配不同機箱，使得PXI可以符合各種應用需求，并且易于維護。

三、PXI技術簡介

以儀器平臺的演進來說，早期由廠商推出各種獨立的儀器，由面板控制所需功能。想要透過其他的方式來取代面板的操控，最廣受歡迎的就是GPIB接口，也就是IEEE488接口。然而GPIB接口的速度慢，且當使用多項設備時，需要額外的電路來達到同步觸發的需求。1980年代，VXI 的出現，將高階量測與測試應用的設備，帶進了模塊化的領域。然而VXI的價格則并非各等級的 客戶都負擔得起，所以基于PC技術的演進與穩定，PXI延續模塊化的精神，以較緊實的機構設計、較快的總線速度，以及較低的價格，提供量測與測試設備一個新的選擇。

PXI 的規格區分為硬件與軟件兩個部分。其中硬件的部分是基于CompactPCI的規格，也就是PICMG 2.0。建構于CompactPCI的機構規格與PCI的電氣規格之上，加上儀器上所需要的電氣信號延伸，即是所謂PXI的規格。所以，PXI的數據傳輸速率的峰值于33MHz與32bit的總線上，可達132MB/s。于66MHz，64bit BUS上則可高達528MB/s。遠高于GPIB與VXI接口的傳輸速率。

PXI上的儀器延伸信號包括：10MHz 參考時脈 (10MHz Reference Clock)、8 bit PXI觸發總線 (PXI Trigger Bus)、星形觸發 (Star Trigger)、13 bit局部總線 (Local Bus)。

PXI 背板(Backplane)上的每一個擴充槽，皆有一專用10MHz參考時脈，其時脈歪斜(Skew)之精確度必須小于1ns，故可利用作為各擴充槽之基礎時脈，以達同步之效。

PXI 觸發總線是由八個信號組成，各擴充槽皆連接至此總線，而透過PXI 觸發總線，亦可達到同步的功能。但因為其總線之特性，所以時脈歪斜之精確度僅要求至小于10ns。利用PXI觸發總線，可以于其上傳輸觸發信號，甚或是數據擷取的時脈信號。

星形觸發則由位于系統槽旁之星形觸發控制器 (Star Trigger Controller)產生，至多可提供13個信號至各擴充槽。如同參考時脈，星形觸發信號是由星形觸發產生器將信號一對一的送至其他的擴充槽上，所以其時脈歪斜也小于1ns。星形觸發控制器可以確保每一個擴充槽接收到此一觸發信號的時間精確度。

局部總線則是將相鄰的兩個擴充槽連接起來，而此一局部總線，僅兩兩相鄰的擴充槽可利用之。模塊廠商可以利用該總線將控制信號一級一級傳輸，或者作為區域的通信管道。

PXI背板上的PCI segment可以利用一般的PCI bridge來延伸擴充槽的數目，也可以利用串行式傳輸技術，將PCI的信號延伸至其他的機箱。

不同于其他的總線規格，PXI于軟件上對系統控制模塊與周邊模塊作了規范。例如：PXI周邊模塊的廠商，必須提供可使用于Microsoft Windows的驅動程序，而PXI控制模塊則必須基于80×86架構，并可支持Microsoft Windows。隨著各式操作系統的接受度提高，未來將可能加入PXI軟件的規格制訂。除了對軟件架構上的規范外，PXI也制訂了硬件敘述檔案(Hardware Description Files)的規格，系統操作人員可利用這些檔案，透過軟件管理PXI系統上的模塊。

簡單的說，PXI的儀器延伸信號，提供了各PXI模塊一個硬件的管道，不需經過軟件的監督，PXI的模塊可實時于此一管道上利用硬件的信號互相溝通。如此可以減低CPU的負擔，并加速軟件程序的執行。并且基于x86架構與廣泛采用的Windows，可以有效降低PXI產品的學習曲線與購入成本。

四、結論

目前PXI的系統已廣泛且成功地應用于汽車測試、半導體測試、功能性測試、航空設備測試以及軍事的應用之上。開放的軟硬件架構，永遠是各式解決方案的趨勢。而PXI架構于商用PC的技術之上，使取得成本大幅降低。而目前PXISA的規模，已達到可以提供客戶多重選擇與多重制造商的保障，未來將會有更多的應用采用PXI作為開發平臺。(end)