二、什么是工業(yè)計算機（Industrial PC）？
典型的工業(yè)計算機（工控機）是裝在一個堅固機盒內(nèi)的單板計算機與PCI背板，遵循PICMG規(guī)范。如同臺式計算機，它們可以運行標準的操作系統(tǒng)。測量板卡插置在PCI槽中。PCI槽位的數(shù)量取決于計算機生產(chǎn)商。但關(guān)鍵的一點是工業(yè)計算機的槽位與PCI-PCI橋之比低于PXI機箱。這一點之所以重要是因為PCI-PCI橋會導致顯著的帶寬損耗。另外，維護工業(yè)計算機也比維護PXI系統(tǒng)困難。首先，要從測試機柜上取下計算機，如果連接的電纜不夠長，那就必須先將它們拔下。如同臺式計算機一樣，必須先將外部的機箱蓋打開，才能觸及PCI槽及更換卡件。在平時，機箱蓋用于防止灰塵和其它碎片觸及CPU，非常重要。
機械特性比較
PXI機箱和設(shè)備是為承受工業(yè)和野外環(huán)境而設(shè)計的；模塊也都具有牢固的接插端，可以抵抗撞擊與振動。為了保護電路，機箱內(nèi)設(shè)計有額外的冷卻裝置。此外，設(shè)備都是從機箱的前面拆卸，維護與升級非常方便。
堅固性設(shè)計
PXI規(guī)范要求所有的設(shè)備都通過環(huán)境測試。廠家建議進行濕度、撞擊和振動測試。這些測試可以幫助工程師掌握更多的信息，在構(gòu)建系統(tǒng)選擇符合標準的設(shè)備。PXI系統(tǒng)最適合用于生產(chǎn)測試或野外環(huán)境，因為它們正是為承受這樣的環(huán)境而設(shè)計的。
PXI機箱內(nèi)的模塊導軌就是堅固性的力證。上下兩側(cè)的導軌可以牢牢地固定PXI模塊。這種安裝方式減輕了背板上的承受力，也使模塊免受撞擊和振動。模塊的面板可以用螺絲固定到機箱上，進一步防止松動。在工業(yè)計算機中，板卡通常是以夾在接口部分兩側(cè)的插槽及卡沿和機箱的連接來固定的。僅僅兩個接觸點，其中之一還是背板，使板卡極有可能在惡劣的環(huán)境下抖動移位。另外，PXI的接插端部分也比PCI的更寬，更長。
最后，PXI機箱通常在背板上只有很少的電路，這樣當任何電路需要更換的時候，維護都非常簡單。工業(yè)計算機有兩種設(shè)計。第一種是使用主動型背板，即計算機主板是背板的一部分。這種情況下如果主板出現(xiàn)問題，整個計算機都要更換。第二種設(shè)計是使用被動型背板，即背板上面只有PCI-PCI橋。這種設(shè)計中要用到單板計算機（SBC）。SBC插入背板中一個類似PCI接口的接插端。這種設(shè)計顯然比嵌入式PXI控制器更容易振動和震顫。
冷卻
PXI規(guī)范對冷卻具有嚴格的要求。外設(shè)模塊最低限度也要冷卻到和工業(yè)計算機同一等級。PXI必須帶有強迫冷卻裝置，產(chǎn)生特定方向的氣流，均勻冷卻所有模塊。而大多數(shù)工業(yè)計算機使用的冷卻裝置僅由一到兩個風扇構(gòu)成，通常無法均勻冷卻主板與外設(shè)板卡。均衡的冷卻可以延長模塊或板卡的使用壽命，從而降低系統(tǒng)壽命內(nèi)的平均維護成本。最后，所有的PXI設(shè)備都經(jīng)過測試，清楚標明工作和存放時的正常溫度。因此，用戶可以對所開發(fā)的系統(tǒng)更加了解，并知道是否需要增加額外手段，保證系統(tǒng)在適當?shù)沫h(huán)境下工作。
維護
PXI平臺的設(shè)計簡化了維護工作。所有的模塊和接線端都在機箱的前面。每個模塊的前面都有一個手柄，使其能正確插入和容易拆卸。兩個導軌確保模塊對準，避免背板上的針被損壞。用戶還可以拆下機箱中的一個模塊而不影響到系統(tǒng)的其它部分。
工業(yè)計算機的維護通常很耗時。首先，要松開機柜上固定用的螺絲，向外抽拉，取下計算機。而且，像前面提到的，如果連接電纜不夠長，所有的電纜都必須從PCI板卡上拔下。然后要打開機箱蓋，才能卸下PCI板卡。
升級
由于PXI系統(tǒng)的模塊化，升級單個組件很容易。比方說，某用戶希望升級到更快的處理器，他可以拆下控制器進行更換。因為所有的設(shè)備都支持標準軟件，所以只要在新的控制器里裝上軟件和驅(qū)動程序，然后插回機箱內(nèi)就可以了。這些變化對使用者來說幾乎是透明的。
然而，對于工業(yè)計算機的配置，用戶通常需要為了升級處理器而拆除計算機里所有的板卡，然后更換整個計算機或主板。這樣的升級過程將耗費不少時間和代價，而且很復(fù)雜。
電氣特性比較
PXI機箱有許多專為測試和測量工程設(shè)計的電氣特性。其中很重要的一項就是I/O的易擴展性。有的大規(guī)模的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要盡可能高的帶寬，這一點就顯得極為重要。第二項特性是PXI背板上的10MHz專用系統(tǒng)時鐘，提供更高的精度與更佳的鎖相環(huán)。為了使觸發(fā)更加準確，機箱還具備總線型的觸發(fā)線。槽與槽之間局部總線的設(shè)計節(jié)省了PCI的帶寬。最后，當一些方案需要10MHz以上的觸發(fā)時，可以使用非常精確的星形觸發(fā)。工業(yè)計算機則沒有這些內(nèi)置的電氣特性。PCI總線的速度從0到66MHz不等，且設(shè)備間的通信也通過PCI。這樣的系統(tǒng)從準確同步和精確觸發(fā)的角度來說都是很不可靠的。
I/O 擴展
PXI系統(tǒng)的設(shè)計具有很好的可擴展性。在每個33MHz總線區(qū)段上，PXI背板可以集成7個模塊，而工業(yè)計算機只能有4個。通過PCI-PCI橋，一個PXI機箱內(nèi)可以容納更多板卡。使用MXI-3接口，用戶更可以輕易地擴展多個機箱。理論上，基于33MHz總線區(qū)段的PXI系統(tǒng)插槽上限是256個。在前面的介紹中也提到過，工業(yè)計算機的PCI-PCI橋比較多。這就意味著帶寬的損耗更大，然則整個系統(tǒng)的性能都會受到明顯的影響。
專用系統(tǒng)時鐘
PXI背板上內(nèi)置有一個10MHz的專用系統(tǒng)時鐘。這個高質(zhì)量的時鐘用于模塊間的同步，具有很低的槽間偏斜信號。而工業(yè)計算機或其它任何系統(tǒng)上的板卡要實現(xiàn)類似的同步，就必須將板卡上各自用于定時和觸發(fā)的時鐘信號源和觸發(fā)總線以電纜連接起來。
對于工業(yè)計算機，每個設(shè)備的時鐘質(zhì)量和精度都不相同，和計算機機箱的時鐘相比或高或低。但是由于這些時鐘信號都通過總線連接在一起，它們的偏斜（通常是納秒級）就比機箱時鐘的偏斜（通常是皮秒級）更大，而且信號也不帶屏蔽。而PXI的系統(tǒng)時鐘使用了一塊低偏斜、扇出式的緩沖芯片，從本質(zhì)上給每個槽提供一個獨用的時鐘，使質(zhì)量得到保證。而且，由于PXI上的時鐘線是內(nèi)置于背板上的，它們就比外部的連線享有更好的屏蔽。
總線式觸發(fā)線
在用到觸發(fā)時，PXI的觸發(fā)信號可以從背板上通過，用戶不必像在計算機上那樣將板卡用電纜連接起來。PXI背板上有八根專用的觸發(fā)線，與包括系統(tǒng)控制器槽在內(nèi)的每個槽相連。有了這些特性，用戶可以實現(xiàn)更加復(fù)雜的模塊觸發(fā)，例如用一個模塊觸發(fā)另一個模塊，或是異步觸發(fā)等。異步觸發(fā)允許以別處發(fā)生的事件觸發(fā)一個模塊。最后，通過很多新款的模塊，可以將觸發(fā)信號引入機箱，或從機箱引出。
槽間局部總線
PXI總線允許相鄰槽位上的模塊通過專用的連線相互通信，而不占用真正的總線。這些連線構(gòu)成了PXI的局部總線。局部總線是一種菊花鏈形式的互連總線，將每個外設(shè)槽與其左右兩邊相鄰的外設(shè)槽連接。因此，每個槽的右側(cè)局部總線與其右邊鄰槽的左側(cè)局部總線相連，并以此規(guī)律延伸。局部總線的寬度為13線，可用于在模塊間傳遞模擬信號或者提供高速的旁帶通信途徑，而不影響PCI的帶寬。這一特性對于涉及模擬信號的數(shù)據(jù)采集卡和儀器類板卡非常有用。
局部總線信號的范圍可以從高速的TTL信號到高達42V的模擬信號。這些連線非常精確，偏斜很小，可用于一些高端的操作。必須注意的是，這些線在PCI總線或工業(yè)計算機上都是沒有的。
那么第二槽（Slot 2）的左側(cè)局部總線怎么辦呢？將這13條線引到系統(tǒng)控制器是沒有意義的。于是，這些線被設(shè)計用于實現(xiàn)星形觸發(fā)。
星形觸發(fā)
PXI規(guī)范指明，背板的布線必須符合特定的要求——即由星形觸發(fā)槽發(fā)出的觸發(fā)信號通過星形觸發(fā)線傳送到每個模塊的時間相等，致使各個模塊間的觸發(fā)關(guān)系都非常精確。星形觸發(fā)是一種高精度的觸發(fā)信號，可以觸發(fā)一個機箱內(nèi)的所有模塊。盡管也可以用普通的PXI觸發(fā)總線同步這些模塊，但星形觸發(fā)提供的性能更佳。尤其值得一提的是，星形觸發(fā)的信號偏斜小于1納秒，而從星形觸發(fā)槽到外設(shè)槽之間的時延也不超過5納秒。
要使用星形觸發(fā)，必須在第二槽中放入一個能夠產(chǎn)生星形觸發(fā)信號的模塊。第二槽是專門放置星形觸發(fā)控制器的（盡管在不需要星形觸發(fā)的應(yīng)用中，置于第二槽的任何標準模塊都能正常工作）。被觸發(fā)的模塊也要設(shè)計為能夠接收星形觸發(fā)信號。從機箱內(nèi)任何槽位發(fā)出的觸發(fā)信號通過標準的PXI觸發(fā)總線也能實現(xiàn)同樣的功能，但是時間精度就低一些。
軟件比較
軟件要求是PXI規(guī)范的另一個特性。所有的PXI硬件必須至少支持Windows 95、Windows 98、Window NT或Windows 2000四個操作系統(tǒng)中的一個。規(guī)范還指出，考慮到有一些其它的操作系統(tǒng)能夠提供和當前體系同樣程度的軟件支持面，正被廣泛接受，它們也有可能被加入到PXI體系中。
控制器和設(shè)備必須符合VXIplug&play標準，并與VISA軟件兼容。另外，隨模塊必須提供驅(qū)動軟件，這樣模塊間就能夠進行標準通信，也可以縮短工程師的開發(fā)時間。像VXI這樣的早期平臺就沒有這些要求，這意味著工程師們不得不為每個設(shè)備花費幾個月的時間去開發(fā)儀器驅(qū)動程序。PXI迫使生產(chǎn)商花時間完成驅(qū)動程序的開發(fā)，這樣就可以為用戶節(jié)省相當可觀的時間。
最后，PXI系統(tǒng)附帶的 .ini 文件簡化了系統(tǒng)設(shè)置。雖然這些文件的潛在作用還沒有完全實現(xiàn)，但它們確實已經(jīng)提供了諸如在設(shè)置軟件中識別槽位等附加功能。
工業(yè)計算機沒有這樣的軟件規(guī)范。雖然不少PCI設(shè)備也能在Windows環(huán)境下工作，它們卻不一定能和VISA兼容，也不一定附有驅(qū)動軟件。這樣用戶就可能為代碼兼容性問題頭痛不已，還不得不投入可觀的時間和費用去開發(fā)他們自己的驅(qū)動程序。
價格比較
PXI系統(tǒng)的設(shè)計降低了構(gòu)建和維護的成本。得益于系統(tǒng)的模塊化，其平均維修耗時比其它平臺都短。系統(tǒng)堅固的設(shè)計也旨在延長控制器與模塊的工作壽命。
雖然有些工業(yè)計算機價錢比PXI低，但此二者并不屬于同等級的產(chǎn)品。PXI的可靠性更高、更堅固、使用的總體成本更低。
三、總結(jié)
PXI的設(shè)計吸取了PCI規(guī)范的優(yōu)點，又足夠堅固，完全符合工業(yè)應(yīng)用的要求。PXI系統(tǒng)具有很多固化的規(guī)范特性，幫助縮短開發(fā)時間，也使測試測量工程師的工作更加輕松。其最卓著的特性包括系統(tǒng)的模塊化、容易集成、容易裝卸和連接，以及眾多提高設(shè)備同步與觸發(fā)精確度的電氣特性。
PXI的主要優(yōu)點包括：
具備軟件標準，縮短了系統(tǒng)開發(fā)時間
系統(tǒng)工作壽命內(nèi)的平均維護成本低廉
符合工業(yè)環(huán)境應(yīng)用的堅固設(shè)計
方便系統(tǒng)升級的模塊化設(shè)計
更多的高性能I/O槽位
10MHz的專用系統(tǒng)時鐘
總線式觸發(fā)線
槽間局部總線
星形觸發(fā)
附：詞匯表
CompactPCI：一種堅固的模塊化結(jié)構(gòu)，結(jié)合了PCI電氣規(guī)范與Eurocard封裝。適合于工業(yè)計算應(yīng)用。
GPIB：General-Purpose Interface Bus，通用接口總線。一種8位的并行通信接口。根據(jù)IEEE 488-1987 標準，數(shù)據(jù)傳輸速率可達1Mbyte/s。
Industrial PC：工業(yè)計算機，或稱為工控機，一種能夠承受工業(yè)環(huán)境的計算機。
MXI-2：一種PCI系統(tǒng)與VXI系統(tǒng)間的總線擴展器。由此PCI系統(tǒng)可以像內(nèi)置VXI控制器一樣控制VXI設(shè)備。
MXI-3：一種PCI到PCI的橋（PCI-PCI bridge），用于以臺式計算機遠程控制PXI機箱。
PICMG：PCI Industrial Computer Manufacture Group， PCI工業(yè)計算機制造商協(xié)會。一個會員公司的組織，維護目前的CompactPCI與PCI/ISA規(guī)范。http://picmg.com PXI：一種基于PCI的堅固、模塊化的結(jié)構(gòu)，具有專為測試與測量應(yīng)用設(shè)計的電氣規(guī)范與時鐘電路。
PXI System Alliance：PXI系統(tǒng)聯(lián)盟，一個全球生產(chǎn)商與系統(tǒng)集成商的組織�？刂芇XI規(guī)范，定義針對測試與測量、工業(yè)自動化與數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的CompactPCI產(chǎn)品的系統(tǒng)級要求。
RTSI Bus：實時系統(tǒng)集成（Real-Time System Integration）總線。一種局部總線，通過在插入式數(shù)據(jù)采集卡或儀器類板卡間直接連線，實現(xiàn)計數(shù)器、時鐘和觸發(fā)信號的共享。
Star Trigger：星形觸發(fā)。組合了第二槽（Slot 2）的左側(cè)局部總線，用于為第3槽至第15槽提供高精度、低偏移的觸發(fā)。
Trigger Lines：觸發(fā)線。PXI總線上的信號線，專門用于在模塊間傳送觸發(fā)信號。
VISA：提供LabVIEW、CVI、Measurement Studio、C、C++和Visual Basic等各個編程環(huán)境和編程語言之間的接口。
VXI：一種工業(yè)標準的儀器總線，基于VME總線，主要用于模塊化的卡狀儀器（instrument-on-a-card）系統(tǒng)。
VXIplug&play：標識硬件和軟件與VXIplug&play 系統(tǒng)聯(lián)盟（VXIplug&play System Alliance）規(guī)范的一致性。VISA是該聯(lián)盟的官方軟件語言。
