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自动化测试中的PCI Express外部接口
日期:2012/5/30 12:51:34   作者:National Instruments

自从1960年GPIB技术问世以来,自动化测试系统就开始依赖PC来集中控制各个仪器硬件设备,实现自动测试。PC有多种规格,如台式机、工作站、工业级/嵌入式系统等,都可以满足上述的需求。当然,相应的就有多种数据总线,如USB、PCI、GPIB、PCI Express、Serial、以太网等等,都可以让自动化测试系统连接到硬件仪器上。就因为PC在自动化测试系统中扮演着重要的角色,所以测试与测量行业必须随着PC技术的发展而开发新的技术,以在降低测试成本的同时提升系统的功能与性能。

在过去的10年中,PC在各个方面都发生了巨大的变化。正如摩尔定律所预测的,CPU的处理性能在10年内提高了75倍。除了处理性能的大幅提高以外,串行通讯接口与并行通讯接口也在蓬勃发展。PCI Express已经取代了PCI、AT、ISA而成为系统内部预置的数据总线,让CPU可以连接到周边的外设。PCI Special Interest Group(PCI-SIG)作为PCI规范的管理机构,于2004年发布PCI Express规范,又于2011年11月宣布全球市场上已经售出240亿个通道,更确立了PCI Express的普及度。同样的,对于外部接口来说,如USB与以太网等串行总线也取代了SCSI以及其它并行的数据总线。

In-Stat于2010年发布的市场研究报告预测,支持USB规范的设备将于2012年出货超40亿组。

又如,Wi-FI与蓝牙的无线通讯标准,也已经快速成长为电脑的默认外部接口配置。

被多种不同配置采用的PCI Express总线,很可能成为自动化测试的数据接口。PCI Express拥有大数据带宽和低延时的优点,已经成为了所有PC上的必备元件。PCI Express可以在系统中连接本地设备,也可以连接周边外设,这使得系统总线与接口总线的界线变得模糊,并且完全有可能最后两者之间的差异完全消除。


1、自动化测试平台的系统总线


虽然PCI Express是串行的数据总线,但其内在优点已经超越了如PCI、VME等并行总线。

通常来讲,在提高数据带宽的同时,往往难以避免地会产生时序混乱,耗电量提高、电磁干扰、平行总线之间的干扰等技术难题。当更具技术优势的PCI Express于2004年问世以来,就一直在持续地提升其数据传输能力。在2007年发布的PCI Express 2.0已经将PCI Express 1.0的数据传输率翻倍。而在2010年问世的PCI Express 3.0又将PCI Express 2.0的数据传输率再次加倍,单向数据传输达到了16GB/s。虽然PCI Express的标准不断提升,但其仍保有相应的兼容性。PCI Express与PCI都使用了相同的软件堆栈,并且完全向下兼容。

如果自动化测试与测量平台都使用PCI Express作为内部系统数据总线(如PXI),那么只需要很低的成本就可以利用所有的优势而达到更多的功能。这种平台基于其领先的技术,将成为所有自动化测试系统的核心。


2、自动化测试系统的外部接口总线


自动化测试最常见的外部接口总线(如GPIB与以太网)往往是高延时、低数据带宽的,所以可能为缩短测试时间带来障碍。由于这些接口限制了数据的传输率,并增加了每次操作的时间,因此必然会影响测试系统的整体效率。由于CPU本身并不会与外部接口直接连接,因此PC内部会进行某些形式的转换,将外部接口转换为内部系统总线,即前面提到的PCI Express。PCI Express可以通过外部接口达到更高的性能,并可以直接由电脑中的CPU来进行处理。因此就可以解决其它外部接口总线的瓶颈问题,大幅缩短测试时间。

将PCI Express作为外部接口总线早已不是新的概念。之前提到的 PCI-SIG就可以支持外部搭建PCI Express,即大家所熟知的连接式PCI Express。这个搭建规范于2007年发表,一直以来都不需要额外的处理操作即可延伸系统数据总线至外部设备。连接式PCI Express已经用于如PXI的模块化仪器控制平台,提供了灵活且低价位的控制选项。其规范一般只支持铜质连接电缆,PC与装置之间的实际距离不能超过7米。但如果改为搭配光电收发器,即可通过光纤将通讯距离延伸超过200米,且提供了必要的电子隔离。

连线式PCI Express技术更加适合自动化测试环境。但与一般的PCI Express技术相反,连线式PCI Express相对受限于特定的行业。最近Intel以LightPeak为研发代号创新开发的Thunderbolt技术,就是将PCI Express做为外部接口,并且其在未来有可能迅速普及。Thunderbolt针对PCI Express与DisplayPort视频协议,将之整合为串行接口数据总线,可以配合铜质或光纤连接电缆。PC本身即带有Thunderbolt接口,因此可以广泛地成为低成本、高性能的解决方案。以PCI Express为架构的PC外部接口,同其它如USB的低成本接口一样,势必将成为自动化测试系统的默认接口。大批量生产测试或复杂自动化验证等应用,往往需要极高的数据传输率,并以低延时的传输来降低测试成本就非常适合PCI Express架构的接口。如果没有特别着重这些需求,可以使用其它的接口。

按照目前电脑行业的发展趋势,如串行通信接口、I/O合并、无线通讯普及等特点,PCI Express将会是系统数据总线的首选。并可以期待成为领先的外部数据总线。自动化测试系统如果可以使用PCI Express实现多种配置,就可以以低成本实现最好的性能和最高的灵活性。PCI Express将会成为自动化测试和测量应用的首选。

查询进一步信息,请访问官方网站http://www.ni.com/white-paper/13796/zhs

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 发布人:pr_room
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