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PCI Express推动虚拟仪器技术的发展

NI 2006-07-24 00:00:00

高速PC总线技术为高性能虚拟仪器系统提供了所需的带宽。随着商业化总线技术在性能上的提高,虚拟仪器技术的功能也随之增强。近十年来,PCI总线已成为高带宽、即插即用外设的标准。现今,速度更快的测量设备需要有更宽的带宽来把数据传送到PC内存,从而可充分利用现代处理器的强大处理能力。设备需要有更快的速度和更高的扩展性,为了满足这一需要,PC和外设厂商已开发出新一代PCI技术——PCI Express,并已开始在产品中采用这一技术。
PCI Express的广泛实用性、高性能和低成本使它非常适合用于测试和测量应用,虚拟仪器技术能充分利用PCI Express在带宽和可扩展性上的巨大改进,并同时保持和已有软件的兼容性。

PCI Express把带宽提高了几个数量级

总线带宽的重要性常常被忽视,因为大家更注意处理器速度、模拟-数字速度和器件带宽等。然而,对于实时分析和观察数据,总线带宽则决定了您能以多快的速度把数据传送到PC内存中。总线类似于汽车的传动方式——没有它就无法把发动机的功率传递到路面上。正因为总线带宽不够,所以许多高速仪器才需要昂贵的板载内存。PCI Express克服了目前包括传统PCI等其它外围总线的限制。最初的PCI Express规范是在PC上实现的,现在的设备能提供比32位、33MHz PCI高30倍的带宽。随着芯片技术的发展,带宽可望再提高4倍直到达到铜线中信号带宽的实际限制。

以太网、USB和传统PCI总线采用共享总线拓扑结构——总线上所有设备共享相同固定大小的带宽。由于这样的限制,像PCI千兆网卡这样的高带宽设备会独占总线带宽,从而阻塞总线上其它设备。PCI Express采用共享式转换拓扑结构来代替共享式总线,这样在点对点的构架中设备可以彼此互连或和处理器相连。这样就可以通过为每个PCI Express插槽提供专用数据通道来防止设备独占带宽。PCI Express的带宽不像传统PCI,它具有可伸缩性,因而设备厂商可以增加带宽通路来提高带宽,从而最好地满足设备需要。

PCI Express技术内幕

在新的PCI Express架构中,数据通过成对的发送和接收线来串行传送数据包,这些线对被称为通路,在单方向上它具有250MB/s带宽。就像高速路上的车道一样,您可以把通路进行组合来提高数据的流量。最为常用的通路设置是x1、x4、x8和x16。带宽直接和通路数呈比例,因此使用两倍信号对的设备就有两倍的通路,也就能提供两倍的带宽。

利用串行数据传输结构,PCI Express比传统PCI总线的并行结构实现起来更容易和成本更低。例如,传统64位PCI-X总线在多层板卡上需要127 根针脚,而比它高2倍带宽的x4 PCI Express插槽只需要16根针脚。此外,随着这种技术被广泛采用,PCI Express芯片组的价格将不断被降低。

硬件和软件的兼容性

PCI Express利用高速(2.5GB/s)串口总线代替了传统PCI物理总线。由于结构上的改变,连接头本身并不兼容。然而,为了使传统PCI能过渡到PCI Express,大多数计算机主板都提供PCI和PCI Express接头的混合方式。PCI Express规范也保证了带有较小接头的设备可以用“扩展”接头来插入主板上较大的槽口,从而提高了硬件的兼容性和灵活性。

PCI Express 也确保了软件的兼容性。PCI Express设备的配置空间和编程方式与传统PCI方式没有什么改变。实际上,您无需改变PCI Express的结构就可以启动所有的操作系统。在计算机启动时,操作系统会检测所有已安装的PCI Express设备,然后分配系统资源,如内存I/O空间和中断,从而建立起最佳的系统环境。由于PCI Express物理层是对于应用软件透明的,因此传统PCI设备编写的程序无需更改就可在PCI Express上运行并保持同样的功能,而且您还可以在同一系统中同时使用PCI和PCI Express。PCI Express对PCI的软件向后兼容性对于保护厂商和用户的软件投资是十分关键的。

NI PCI Express设备

NI首先推出了业界第一款用于PCI Express的GPIB、图形采集和数据采集设备。NI PCIe-GPIB是具有x1 PCI Express接头的GPIB控制器NI PCIe-1429是x4设备,使用Camera Link摄像机来采集图像,它是业界最快的图像采集设备,图像数据流高达680 MB/s(相当于CD-ROM每秒的数据传输率)。新款NI PCIe-6251和NI PCIe-6259是M系列数据采集设备,它们能提供高达16位的32个通道,1.25MS/s的模拟输入以及10MHz的数字I/O和四个通道的16位、2.8MS/s模拟输出。在您通过x1接口和PC内存交换数据时,可以同时运行所有I/O。

所有NI PCI Express设备都可向后兼容同等PCI设备的软件。例如,使用NI LabVIEW和NI-DAQmx驱动软件为NI PCI-6251数据采集设备编写的软件可以无需修改就在NI PCIe-6251设备上运行,从而在您为了满足未来的需要对硬件投资的同时保护了您在软件上的投资。PXI系统联盟也开始在PXI中采用PCI Express来建立PXI Express。现在PXI系统和设备可以受益于PCI Express提高后的带宽,特别是对于大数据量的设备如高速数字化仪和数字I/O设备。

[整理编辑:中国测控网]
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