現(xiàn)今的電子系統(tǒng)需要負(fù)荷越來越大量的數(shù)據(jù)，包含模擬及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。因此對(duì)于研究者與系統(tǒng)開發(fā)商來說，其最大的挑戰(zhàn)就是如何整合、測(cè)試與維護(hù)更高速且精準(zhǔn)的測(cè)試系統(tǒng)來處理日益增加的數(shù)據(jù)量。對(duì)于某些應(yīng)用類型，例如視頻信號(hào)分析，其需求是如何連續(xù)不斷采集高速模擬與數(shù)字信息以進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。因此在設(shè)計(jì)或選用這類型量測(cè)系統(tǒng)時(shí)，若能清楚理解數(shù)據(jù)流向以及可能的問題所在，就能減少開發(fā)成本，加速上市時(shí)間，也能避免昂貴的系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)成本。

頻譜監(jiān)控、信號(hào)分析、光達(dá)信號(hào)采集、光纖測(cè)試、雷達(dá)及衛(wèi)星信號(hào)收集等應(yīng)用，屬于典型高速及高精確度數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。這些應(yīng)用對(duì)工程師們最大的挑戰(zhàn)就是要如何滿足高帶寬的系統(tǒng)需求。本文將分享以PXI Express平臺(tái)在建構(gòu)高帶寬系統(tǒng)時(shí)所需要考慮的細(xì)節(jié)，例如數(shù)字化儀或波型產(chǎn)生器的板載內(nèi)存、PXI Express機(jī)箱內(nèi)的PCIe信號(hào)架構(gòu)、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、內(nèi)存及儲(chǔ)存裝置的選擇。

簡(jiǎn)介
傳統(tǒng)桌面型儀器的數(shù)據(jù)傳輸接口為GPIB、RS-232或是LAN，這些接口的好處在于非常容易操作使用，但在傳輸大量數(shù)據(jù)時(shí)其效率并不理想。當(dāng)要采集大量連續(xù)數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度就會(huì)因?yàn)閮?nèi)部存儲(chǔ)器大小而受限。目前市面上新款的高級(jí)儀器，例如示波器、波型發(fā)生器或邏輯分析儀，采用x86的架構(gòu)，因此在高速、大量數(shù)據(jù)采集的長(zhǎng)度上則基本上沒有限制。但若要跨儀器同步達(dá)到多通道采集時(shí)，便是個(gè)困難且復(fù)雜的課題。

自從1998年第一版的PXI規(guī)格問世后，PXI平臺(tái)與其模塊已經(jīng)被大量應(yīng)用于軍工、電子制造及科學(xué)研究應(yīng)用中。第一版的PXI規(guī)格采用了PCI總線的高速傳輸特性，而后續(xù)的PXI規(guī)范更采用了PCI Express總線，繼承了其低延遲(Low Latency)、高帶寬及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)奶匦裕硗庠偌由咸赜械挠|發(fā)與時(shí)序同步的接口，使得PXI平臺(tái)與PXI模塊特別適合應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸。

當(dāng)以PXI平臺(tái)設(shè)計(jì)適用于高速數(shù)據(jù)記錄的系統(tǒng)，不管是將數(shù)據(jù)連續(xù)由模塊化儀器傳送至系統(tǒng)內(nèi)存或存儲(chǔ)裝置，或者相反的數(shù)據(jù)流向，都能夠利用PXI Express的高速總線、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)奶匦砸约疤赜械挠|發(fā)與時(shí)序信號(hào)，輕松地完成實(shí)現(xiàn)。接下來的文章內(nèi)容將進(jìn)一步討論，在設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的過程中，需要考慮的幾個(gè)要點(diǎn)與方向。

數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的架構(gòu)及其考量因素
下圖一簡(jiǎn)單的示意了一組PXI Express平臺(tái)中數(shù)據(jù)的流向，組成的組件包含了PXI Express機(jī)箱、PXI Express控制器及模塊化儀器，包含數(shù)字化儀及波形發(fā)生器。以高速數(shù)字化儀為例，模擬信號(hào)被ADC采集轉(zhuǎn)換成數(shù)字量數(shù)據(jù)后，會(huì)搬移到板載內(nèi)存上暫存，接下來再經(jīng)由總線控制器及PCI Express接口，傳送到PXI Express控制器的系統(tǒng)內(nèi)存上，做后續(xù)的計(jì)算及處理。若數(shù)據(jù)的流向目的地是存儲(chǔ)設(shè)備，則會(huì)在未經(jīng)任何處理計(jì)算的情況下，被直接搬移到存儲(chǔ)裝置，以維持高速、連續(xù)不斷的數(shù)據(jù)記錄。在PXI Express背板上，采用了PCIe switch使得系統(tǒng)得以擴(kuò)展出更多槽位。由于不同的PXI Express機(jī)箱有不同的槽位型態(tài)，因此每個(gè)PCIe switch的繞線方式都不同，進(jìn)而影響到數(shù)據(jù)傳輸效率。如模塊化儀器－波形發(fā)生器，其數(shù)據(jù)流則以相反方向運(yùn)行。

圖一、PXI Express平臺(tái)與模塊化儀器整體架構(gòu)簡(jiǎn)化圖，顯示PXI Express系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄傳輸?shù)姆较?/p>