從控制傳統(tǒng)的測(cè)試測(cè)量儀器到基于PC的簡單測(cè)量，一直發(fā)展到今天完整的測(cè)量系統(tǒng)平臺(tái)，測(cè)量總線技術(shù)也相應(yīng)經(jīng)歷了從GPIB到VXI直至目前主流的PXI的演變過程。近幾年，PXI總線技術(shù)在國內(nèi)受到大力宣傳和推廣，最具代表性的PXI技術(shù)倡導(dǎo)者是美國國家儀器公司（National Instruments - NI）以及PXI聯(lián)盟旗下的眾多參與企業(yè)。2006年4月25日，以PXI為主題的第三屆中國“PXI技術(shù)和應(yīng)用論壇”在上海舉辦，吸引了眾多測(cè)試測(cè)量及相關(guān)行業(yè)的廠家及專業(yè)人士參與，筆者也應(yīng)邀參加了此次活動(dòng)。站在PXI這一點(diǎn)來回顧總線標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，對(duì)讀者和業(yè)界是具有借鑒意義的。

　　那么，PXI究竟處于什么樣的技術(shù)和歷史位置呢？因?yàn)樽詣?dòng)測(cè)量技術(shù)的核心是計(jì)算機(jī)技術(shù)，所以測(cè)量總線技術(shù)的發(fā)展是與計(jì)算機(jī)總線的發(fā)展密切相關(guān)的。要了解測(cè)量總線的歷史，把握其目前的技術(shù)態(tài)勢(shì)，我們需要通過知曉計(jì)算機(jī)總線技術(shù)的發(fā)展歷程和走向，來分析測(cè)量總線技術(shù)。

　　可用于測(cè)量的總線標(biāo)準(zhǔn)很多。衡量一種總線技術(shù)的優(yōu)劣主要看兩個(gè)參數(shù)：帶寬和延遲。在實(shí)際應(yīng)用中，由于需求不同以及成本等方面的限制，各種總線都有其適合的應(yīng)用領(lǐng)域。流行的高性能測(cè)量總線主要有GPIB、VXI和PXI。如圖1所示，從帶寬和延遲的角度，PXI明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的GPIB和VXI總線。
　　下面聯(lián)系計(jì)算機(jī)技術(shù)分別回顧這三種總線的歷史。

　　HP（惠普公司）是計(jì)算機(jī)技術(shù)的先行者之一。其第一款計(jì)算機(jī)HP 2116A于1966年面世，用于控制該公司眾多的測(cè)量儀器。GPIB（General Purpose Interface Bus即通用接口總線）源于HP-IB，這是HP 1965年設(shè)計(jì)的接口總線，用于連接HP的計(jì)算機(jī)和可編程儀器。由于其轉(zhuǎn)換速率高（通常可達(dá)1MB/s），這種接口總線逐漸得到普遍認(rèn)可，1975年成為IEEE 488-1975標(biāo)準(zhǔn)。

　　可以說，HP開創(chuàng)了基于計(jì)算機(jī)的數(shù)字化測(cè)量測(cè)試儀器，進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，虛擬儀器技術(shù)的創(chuàng)始人NI逐漸成為全球最大的GPIB供應(yīng)商。通過使用LabVIEW和儀器驅(qū)動(dòng)軟件，工程師們可以自動(dòng)化地控制測(cè)試儀器，由此，自動(dòng)化測(cè)試測(cè)量的時(shí)代正式開始。GPIB的出現(xiàn)使電子測(cè)量從獨(dú)立的單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展，并且使得自動(dòng)測(cè)量中儀器的互聯(lián)有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。此后，各種帶標(biāo)準(zhǔn)接口的測(cè)量儀器不斷出現(xiàn)，使檢測(cè)計(jì)量人員能夠很方便組成各種功能強(qiáng)大的自動(dòng)測(cè)量儀器系統(tǒng)。

　　GPIB測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡單，有專為儀器控制所設(shè)計(jì)的接口信號(hào)和接插件，具有突出的堅(jiān)固性和可靠性。經(jīng)過30余年普及，幾乎所有獨(dú)立儀器都已配有GPIB接口，網(wǎng)絡(luò)上也有各種GPIB驅(qū)動(dòng)，因而具有最好的兼容性。GPIB適合自動(dòng)化現(xiàn)有的設(shè)備、混合系統(tǒng)和特別要求專用儀器的系統(tǒng)。

　　VXI是VME eXtensions for Instrumentation的縮寫。它是VME（Versa Module Eurocard）總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展。顯然，要了解VXI，首先要了解VME。

　　VME總線源于VERSAbus，這是摩托羅拉公司1980年設(shè)計(jì)推出用以支持其MC68000微處理器產(chǎn)品線的技術(shù)。摩托羅拉在計(jì)算　機(jī)領(lǐng)域有著輝煌的歷史，是早期CPU的研發(fā)、生產(chǎn)廠商之一。摩托羅拉于1974年推出MC6800處理器。MC68000于1979年面世，與Intel 8086以及Intel 80286競(jìng)爭并取得一些成功。

　　最早的VERSAbus設(shè)計(jì)有一個(gè)特點(diǎn)：插拔卡的尺寸很大。因?yàn)檫@一點(diǎn)，歐洲的設(shè)計(jì)人員非常不喜歡。后來設(shè)計(jì)出一種較小的、具有相似功能的總線供歐洲人使用，稱作Versa Module European，或VME，意歐式變種模塊。摩托羅拉、飛利浦、湯姆森等公司是倡導(dǎo)者。該總線從1982年開始很快被接受。1987年，VME被IEEE正式接受為萬用背板總線標(biāo)準(zhǔn)（ANSI/IEEE 1014-1987）。同年，Colorado Data System、 HP、 Racal Dana、 Tektronix和Wavetek等5家儀器公司的技術(shù)代表成立了一個(gè)技術(shù)委員會(huì)（即后來的VXI總線聯(lián)盟），發(fā)布了VXI規(guī)范的第1個(gè)版本。幾經(jīng)修改和完善，VME總線標(biāo)準(zhǔn)于1993年9月20日出版發(fā)行。

　　VXI作為一種內(nèi)部總線，比GPIB具有更高的帶寬，且具有更好的延遲率，所以它一推出就得到了軍工/航空航天的大量采用。但由于成本較高，所以很難向其他領(lǐng)域應(yīng)用進(jìn)行擴(kuò)展。

　　追根溯源，PCI技術(shù)的開創(chuàng)者實(shí)為計(jì)算機(jī)行業(yè)的老大Intel公司。1991年下半年，由于原有的ISA、EISA已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)要求而成為整個(gè)系統(tǒng)的主要瓶頸，Intel公司首先提出了PCI的概念，并聯(lián)合IBM、Compaq、AST、HP、DEC等100多家公司成立了PCI集團(tuán)。PCI是Peripheral Component Interconnect(外設(shè)部件互連)的縮寫，它是目前個(gè)人電腦中使用最為廣泛的接口，幾乎所有的主板產(chǎn)品上都帶有這種插槽。而且作為內(nèi)部總線，PCI能夠達(dá)到很高的帶寬。

　　1994年提出的CompactPCI簡稱cPCI，中文又稱緊湊型PCI，是在PCI技術(shù)基礎(chǔ)之上經(jīng)過改造而成。它采用經(jīng)過20年實(shí)踐檢驗(yàn)后的高可靠歐洲卡結(jié)構(gòu)，改善了散熱條件，提高了抗振動(dòng)沖擊能力，符合電磁兼容性要求，更適合構(gòu)建高可用性系統(tǒng)，滿足電信、數(shù)字通信、軍事裝備以及其他高可靠領(lǐng)域的要求。

　　1997年，NI公司為測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用提出PXI（PCI eXtensions for Instrumentation），這是專為測(cè)試任務(wù)而優(yōu)化的CompactPCI，PXI基于cPCI總線的堅(jiān)固性、模塊化及Eurocard機(jī)械封裝的特性，并增加了專門的同步總線，用于模塊至模塊之間的同步和觸發(fā)。PXI控制器運(yùn)行Windows操作系統(tǒng)，采用最快速的處理器、內(nèi)存等PC技術(shù)，并能連接各種外部總線接口（例如USB、串口等），此外NI等一些廠商還提供與PXI控制器配合的GPIB控制器，因此，PXI是混合系統(tǒng)中理想的核心部分。1998年，NI與其他測(cè)試設(shè)備廠商合作的PXI系統(tǒng)聯(lián)盟將PXI作為一個(gè)開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推向市場(chǎng)，迄今為止PXI聯(lián)盟已經(jīng)擁有70余家公司和超過1200種產(chǎn)品供選擇，所以這樣的模塊化平臺(tái)可以讓用戶自由選擇測(cè)試功能、用戶界面、分析軟件等其他要素。此外，商業(yè)技術(shù)的運(yùn)用和在模塊間共享電源等優(yōu)勢(shì)為用戶極大地降低了成本。以上這些都使其成為測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)的高性能、低成本運(yùn)載平臺(tái)。

　　目前，PXI技術(shù)得到大力推廣，市場(chǎng)發(fā)展迅速。根據(jù)Frost & Sullivan 2005年度的調(diào)查顯示（見圖2），PXI市場(chǎng)的增長速度遠(yuǎn)高于VME/VXI，以及測(cè)試測(cè)量行業(yè)的平均值。NI和PXI聯(lián)盟成員也在繼續(xù)為PXI加大投資，隨著Intel PCI Express總線的推出，PXISA在2005年第三季度正式推出了PXI Express的軟硬件標(biāo)準(zhǔn)，通過在背板使用PCI Express的技術(shù)，PXI Express能夠?qū)捳岣?5倍，從原來PXI的132MB/s提高到現(xiàn)在6GB/s；同時(shí)保持了和原來PXI模塊在軟硬件上的向后兼容性。

　　然而，由于VXI大量用于軍工和航天等對(duì)成本及對(duì)新技術(shù)不敏感、但對(duì)可靠性和性能要求苛刻的領(lǐng)域，所以還會(huì)在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)存在。另外，供應(yīng)商們也在嘗試為VME加入新技術(shù)，比如提升帶寬的新技術(shù)，試圖使這種總線技術(shù)的服役期限再延長10年甚至20年。

　　即便是更老的GPIB技術(shù)也不會(huì)馬上消失，被新的總線(例如以太網(wǎng)、USB 或FireWire)所取代。GPIB安裝基數(shù)非常大，精通的使用者和供應(yīng)商眾多。一些大型測(cè)試和測(cè)量公司如安捷倫、吉時(shí)利、羅德與施瓦茨和Tektronix仍以GPIB為主要的儀器總線并配之以所需的USB或以太網(wǎng)。GPIB還可以用來將VXI和PXI連接到外圍控制器。此外，一些特殊儀器，例如吉時(shí)利儀器公司的2800 RF模型動(dòng)力分析儀，就只能采用GPIB連接平臺(tái)?；诖?，一些廠商如吉時(shí)利仍然看好GPIB的發(fā)展前景。

　　在遺產(chǎn)（英文legacy，西方人不稱舊的或過時(shí)的）技術(shù)繼續(xù)存在的同時(shí)，更新的總線技術(shù)還在不斷涌現(xiàn)，例如，安捷倫于2004年提出LXI平臺(tái)概念。LXI（LAN eXtensions for Instrumentation）據(jù)稱以獨(dú)特的方式將GPIB的優(yōu)勢(shì)和VXI的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起?；贚AN 的測(cè)試總線適合于遠(yuǎn)程測(cè)量和控制，其廣泛性和低成本的特點(diǎn)使之成為現(xiàn)有儀器控制總線（如GPIB等）的一個(gè)極具競(jìng)爭力的替代項(xiàng)。然而對(duì)于設(shè)備與設(shè)備之間的同步，就必須要結(jié)合IEEE 1588，那么這樣的話用戶就要為開關(guān)盒增加額外的成本。LXI協(xié)會(huì)于2004年9月成立，一年后發(fā)布了第一版LXI規(guī)范，迄今大部分的產(chǎn)品都是基于LAN控制，而不是結(jié)合1588標(biāo)準(zhǔn)。

　　一種總線技術(shù)能否流行，除了先進(jìn)、可行的技術(shù)，能否得到業(yè)內(nèi)的認(rèn)可尤為重要，因此宣傳推廣必不可少。NI等公司在PXI總線上做的工作比較成功。最后值得一提的是，由于中國是一個(gè)新興的市場(chǎng)，不像歐美市場(chǎng)那樣有太多固有的東西妨礙新技術(shù)的推廣，所有新的總線技術(shù)在這里都有著良好的發(fā)展機(jī)會(huì)。