PICMG是什么

CompactPCI/PXI 应用正当时

有人做过粗略的预测，到2003年底，全球CompactPCI/PXI产业将达到32亿美元的规模。人们不禁要问，这个在1999年时全球尚不足2000万美元的新兴产业，如何能够在短短几年内实现快速增长？答案只有一个，应用使然。

近几年，无论是在网络通信领域、工业自动化领域还是测试和测量自动化领域，随着人们对标准化、开放性和技术的面向未来性认识的不断提高，CompactPCI/PXI技术得到了越来越广泛的关注。与此同时，CompactPCI/PXI技术也逐渐被国内市场接纳和认同，应用气氛十分活跃。

CompactPCI简称cPCI，中文又称紧凑型PCI，是国际PICMG协会于1994提出来的一种总线接口标准。而PXI 为PCI eXtensions for Instrumentation 的缩写，PXI 的规格区分为硬件与软件两个部分。其中硬件部分是基于CompactPCI的规格，也就是PICMG 2.0。建构于CompactPCI的机构规格与PCI的电气规格之上，加上仪器上所需要的电气信号延伸，即是PXI的规格。由此不难看出，CompactPCI/PXI技术的根基构建在CompactPCI 总线接口标准之上，而CompactPCI/PXI应用的快速发展显然与CompactPCI所具有的开放性、高可靠性、可热插拔等特性密不可分。

■开放在电信成为可能

cPCI总线最初只是单一的总线标准。但当1997年PICMG将H.110 Telephony Bus增加到cPCI背板上时，激发了人们的创新灵感，去探索“将行业专业总线移植到cPCI背板上，使单一的PCI数据传输总线演变成控制总线”的可能。

由于CompactPCI同时拥有了5个9的可靠度，和本身所具有的开放性以及可大量采用的廉价PC部件这三大“利器”，在硬件设施上有着可热插拔、抗震性强、高可用性、易使用性、可扩展性等特性，不仅可以满足电信设备的各种苛刻需求，也能极大降低设备生产和采购成本。据北京邮电大学宋俊德教授介绍，在电信领域， CompactPCI产品的应用，目前还主要集中在电信增值业务领域，比如新一代声讯平台和虚拟运营等。

目前，华为、中兴和大唐已经采用CompactPCI技术研制了一系列新产品，并得到了广泛应用。北京林克海德采用CompactPCI构建的个性化回铃音业务，已经在山东联通、河南联通得到了应用。东进技术基于CompactPCI研制的数字中继语音卡产品，已在很多地区得到了应用。杭州三汇公司基于CompactPCI研制的语音卡产品，也在电信、金融等行业得到了应用。伟桥计算机股份有限公司正在与凌华科技合作，研制基于CompactPCI技术的VoIP网关产品，进军CTI市场。杭州迈可行基于CompactPCI研制的MPS2000业务交换平台，已经在上海电信得到了应用。

宋俊德教授认为，国内的电信部门在经历了建设的第一轮高潮之后，开始进入追求性价比的增值时代，新一代的通信基础设施正在酝酿、建设之中，因此，基于cPCI系统平台的增值业务在未来还有更大的开发空间。

■PXI肩挑第四代测量仪器

虽然近几年受全球信息产业萧条的影响，测试和测量领域也处于低迷时期，但PXI却异军突起，成为该领域继GPIB（IEEE488）之后成长最快的标准化技术。

在现代电子测量领域中，无疑虚拟仪器是现在和将来自动测试技术发展的主要方向。区别于传统台式的、用电路实现的、功能固定的模拟仪器，虚拟仪器基于软件技术设计，通过计算机提供的强大图形环境和功能扩展能力，建立图形化的虚拟仪器面板，完成对仪器的控制、数据采集、数据测量和分析以及测量结果显示等功能。它利用工业计算机标准化、模块化、开放式体系结构，配上相应的仪器驱动软件，使计算机成为一台具有高度测试自动化能力、功能强大的仪器。虚拟仪器能通过修改软件和重新配置，实现不同的测量功能。

从技术发展的角度来看，虚拟仪器走的是两条技术路线：一条是向高速、高精度、大型自动测试设备（ATE）方向发展，即GPIB（1975）→VXI（1987）→PXI（1997）的发展路线；另一条是向高性能、低成本、普及型系统方向发展，即PC插卡（1987）→并口式（1995）→串口USB/FireWare方式（1999）的技术路线。

而PXI的技术特点主要有两个：首先是基于cPCI，其次是面向测试和测量应用设计。PXI的规格也有两种：3U和6U。3U的PXI主要应用方向将是组成便携或小型的测试、SCADA、监视与控制以及工业自动化系统。6U的PXI主要向高采样速度、高带宽、高精度、多通道容量的中、大型ATE应用发展。

PXI和VXI将在既竞争又互补中共存很长一段时间，最终PXI将取代VXI，成为主流工业标准测试平台。同时PXI将向工业自动化领域扩展，与cPCI形成优势互补，与cPCI共同奠定未来工业自动化技术的基础。

■行业应用遍地开花

PICMG于2001年9月发布了以太网包交换背板标准PICMG 2.16。首先，它代表了人们追求不断提升信息交流速度的愿望，打破了并行总线对传输速度的物理限制。其次，它也预示着cPCI架构的板级互连方式从一点对多点的并行总线步入到了点对点的串行总线互连时代。目前，CompactPCI/PXI的系统已广泛且成功地应用于汽车测试、半导体测试、功能性测试、航空设备测试以及军事应用。开放的软硬件架构，永远是各种解决方案的趋势。

在工业自动化领域，CompactPCI/PXI应用成绩显著。据中国计算机行业协会PICMG/PRC主任刘鑫介绍，到目前为止，CompactPCI/PXI在自动化领域的应用已经由试验、观望阶段进入了普及时期。例如，唐山大学基于CompactPCI/PXI技术研制的锅炉供热自动控制系统，成功地应用在唐山市热力总公司供热项目上，而且开发周期短，系统运行可靠；山西海泰电子研制的多通道瞬态信号测试系统，检测器件电起爆/点火瞬态响应特性，解决了石油行业中火工品器件的参数测试问题；上海宝钢则采用了CompactPCI/PXI研制的轧机震动纹自动监测、诊断系统，应用于轧钢厂冷轧平整机组，为指导现场 *** 作、进行产品质量控制以及设备维护提供了科学手段；中国科学院上海所采用CompactPCI/PXI技术，研制成功的实验卫星的信号分析系统和整星测试系统已经投入运行。

■应用拉动新品层出

到目前为止，CompactPCI/PXI无论是生产厂家的数量、产品的种类和数量，还是系统应用的数量都得到了大幅度增长，越来越多的项目转向CompactPCI/PXI解决方案。

在测试/测量领域，包括应用于测量的cPCI模板在内，现在可用于PXI系统集成的模板已经超过1000种，产品相当丰富。产品的性能也得到了显著的提升，如数据采样速度已经达到2GHz，测量精度提升到了7位数字，射频测量带宽也达到了3GHz。而且PXI的性能还在不断地提高。可以预计在不久的将来，PXI可能超过甚至取代传统盒式测量仪器，占据中、低频段的高精度测量设备市场的主要份额。

cPCI产品在国内发展很快，有自主产品的厂家已经发展到数十家，产品面广。CompactPCI领导厂商凌华科技为工业自动化产业提供了从CPU主板、机箱、电源到I/O的全系列完整解决方案。此外，还有研华、致茂科技、北京康拓科技集团、七一六所、电子部上海32所等厂商，都可以研制和生产具有核心技术的系统平台产品。

国内的其它厂家，如北京三九佳和、兴夏机电、深圳研祥、上海鼎钛克、陕西海泰等，主要提供各具特色的配套I/O产品。

在电信产业方面，CompactPCI产品供应商主要来自凌华科技、研华、东进技术、杭州三汇、杭州迈可行、泰信科技、新太科技、炎黄新星等。电信巨头华为、中兴、大唐等公司也基于CompactPCI标准自主研制了一系列新产品，并开始打入国际市场。市场上还有Intel、Ziatech、Motorola Computer Group、NMS、Force以及Performance Technologies等国外厂家的产品。但总的来看，我国自主研制的CompactPCI产品在市场上占据了主要地位。

■cPCI是新电信的契机

国际PICMG 3.0委员会主席、凌华科技 CTO Jeff Munch

随着电信市场的不断开放，竞争、分工与合作成为运营商不得不谨慎考虑的问题。运营商在选择平台设备时，越来越注重平台的开放性。现在，人们热衷的下一代网络NGN的主要好处，就是提供基于标准、开放性的高可用平台来提供丰富的业务。

在电信行业，确保系统正常运行至关重要，一个重要的衡量指标就是：99.999%的高可用性。而CompactPCI这个开放的标准平台能够满足5个9的高可用性要求。CompactPCI不但适合整合传统语音网络及IP数据网络，还会逐渐取代传统商用服务器在电信应用中的地位。它可以应用于：各种控制系统、无线网络控制系统、软交换、多媒体IP网关器、远程访问、SS7网关、信号传送端点系统、CTI、IP电话、VoIP、WAN/MAN跨接连线、光纤交换解决方案、统一消息、计费系统、地址服务、Internet存取服务。

另外，值得一提的是，CompactPCI系统平台提供商都有自己专长的技术领域，电信设备开发商可以更专注于自己的本业与专长，如软件的开发、快速的开发导入电信增值服务等，而不必再花时间、人力资源于硬件平台上，大大缩短了整个系统的开发时间，可以加快自己产品的上市。

■PXI进一步降低测控门槛

中国计算机行业协会PICMG/PRC主任 刘 鑫

以仪器平台的演进来说，早期由厂商推出各种独立的仪器，由面板控制所需功能。想要通过他其它的方式取代面板的 *** 控，最受欢迎的就是GPIB接口，也就是IEEE488接口。然而GPIB接口的速度慢，并且，当使用多项设备时，需要额外的电路来达到同步触发的需求。

80年代，VXI 的出现，把高端测量与测试应用的设备，带进了模块化的领域。然而VXI的价格并非所有客户都能够负担得起。所以，基于PC技术的演进与稳定，PXI延续模块化的精神，以更紧密的机构设计、更快的总线速度，以及更低的价格，给测量与测试设备提供了一个新的选择。可以预计在不久的将来，PXI可能超过甚至取代传统盒式测量仪器，占据中、低频段的高精度测量设备市场的主要份额。

目前PXI系统已广泛应用于汽车测试、半导体测试、功能性测试、航空设备测试以及军事应用之上。而PXI架构于商用PC开放的理念之上，使得用户的拥有成本大幅降低。随着更多的厂商加入PXI设备提供者的行列，未来必将有更多的应用采用PXI作为开发平台。

■3G业务平台多一种选择

目前，国内外在3G方面的准备、建设和业务推动工作正在全面开展。尽管人们都看到了3G的增值业务丰富多彩，有很好的利润空间，但同时也存在技术复杂、实现难度大等问题。对于国内增值服务平台的软硬件开发商来说，这是一个很大的机遇，如果能够抓住这样的机遇寻求突破，开发商就很快能够实现飞跃。

事实上，当前国内运营商在移动数据业务的开展过程中，遇到了一系列问题，主要表现为：商业模式不够完善，业务品牌的核心作用不突出；运营商、SP及用户之间的关系不够清晰，容易造成服务纠纷；新业务的开展难度仍然很大，SP进入移动数据业务的门槛还很高，SP对开展新业务缺乏积极性；运营商的运营成本居高不下，业务管理流程复杂，效率较低等。这些问题都说明，建设一个功能强大的业务平台对发展移动数据业务至关重要。

为此，3GPP提出了OSA(Open Service Access)的概念，OSA是一种非常灵活的、提供新业务的体系结构。它主要倡导通过向业务提供商提供标准的API，应用方可以方便地利用承载网络的业务能力，如呼叫控制能力、用户信息查询能力等，而又不必了解承载网信令细节。在众多的系统平台中，CompactPCI所具有的开放性、高可靠性、热插拔（Hot Swap）等特性，提供了强大的业务平台支撑，它使得在OSA的底层趋于开放。对于业务提供商来说，承载网络的业务能力被抽象成一组业务能力特征SCF（Service Capability Features），这些SCF由业务能力服务器SCS (Service Capability Servers )提供和支持。而业务层可以通过标准的OSA API访问这些业务能力特征来设计新业务或修改已有业务。

北京邮电大学宋俊德教授

■有cPCI 彩铃更精彩

由于能够为被叫用户提供已经定制好的个性化铃声，也由于这项突出个性化的服务满足了现代人张扬个性的需求，同时给沟通的另一方新奇、舒适的感受，彩铃业务在一推出就引起了用户强烈的反应。现在，这项新的增值服务受到了国内运营商普遍认可，到目前为止，国内已经有至少10个以上的试点。在这些试点中，大多数用户使用的都是NMS的基础平台。

目前，运营商在构建彩铃系统时，主要有两种选择，一种是基于传统的PBX交换机，另一种是基于语音板卡。由于基于语音板卡的方案在能够提供相同的系统稳定性的同时，具有更加灵活、方便的特性，因此，在已经构建彩铃业务的运营商中，有90%都是语音板卡的方案。以前，对于电信行业的用户来说，他们普遍认为基于传统交换机的方案更加稳定，但是cPCI标准的出现，大幅提升了板卡系统的稳定性，而且cPCI开放的架构允许用户可以在不改变系统架构的情况下开发出更多的业务。这样，电信运营商就可以用较低的成本，方便灵活地构建彩铃这个新业务。

伴随着测试需求的多样化和复杂化，以软件为核心的虚拟仪器测试策略正逐渐成为行业主流的技术，并得到广泛的应用，在提高效率的同时降低测试成本。在新兴商业技术不断涌现的今天和未来，测试测量行业正呈现出五个重要的发展方向。

趋势一：软件定义的仪器系统成为主流

如今的电子产品(像iPhone和Wii等)已越来越依重于软件去定义产品的功能。同样的，在产品设计和客户需求日益复杂的今天，用于测试测量的仪器系统也朝着以软件为核心的模块化方向发展，使得用户能够更快更灵活的将测试集成到设计过程中去，进一步减少了开发时间。

通过软件定义模块化硬件的功能，用户可以快速实现不同的测试功能，并应用定制数据分析算法和创建自定义的用户界面。相比于传统仪器固定的功能限制和只是“测试结果”的呈现，以软件为核心的模块化仪器系统能够赋予用户更多的主动权，甚至将自主的知识产权(IP)应用到测试系统中。(见图1)

在业界，被认为是最保守的客户之一的美国国防部在2002年向国会提交的报告中指出下一代测试系统(NxTest)必须是基于现成可用商业技术(COTS)的模块化的硬件，并同时强调了软件的能动作用。最新的合成仪器(Synthetic Instrumentation)的概念也无非是经过重新包装的虚拟仪器技术，将软件的开放性和硬件的模块化重新结合在了一起。

在媒体界，《电子系统设计》杂志的编辑Louis Frenzel先生在他最近关于测试行业趋势的文章(Synthetic Instrumentation No Longer A Test Case)中也再次肯定了虚拟仪器技术对于测试测量行业的革新作用以及软件定义仪器的发展方向。

趋势二：多核/并行测试带来机遇和挑战

多核时代的来临已成为不可避免的发展趋势，双核乃至八核的商用PC现在已随处可见。得益于PC架构的软件定义的仪器，用户可以在第一时间享受到多核处理器为自动化测试应用带来的巨大性能提升。

要充分发挥多核的性能优势，就必须创建多线程的应用程序，例如我们可以将自动化测试程序的数据采集、数据分析、数据记录乃至用户界面部分创建不同的线程，从而分配到不同的核上并行的运行。不过，这样并行的开发理念使得习惯于传统串行开发方式的工程师难以适应，尤其是当核的数目越来越多......

挑战和机遇往往是并存的，作为图形化语言的代表，LabVIEW在设计当初就考虑到了并行处理的需求，从LabVIEW 5.0开始支持多线程到现在已有10多年的历史。可以毫不夸张地说，天生并行的LabVIEW就是这样一种驰骋多核技术时代的编程语言，通过自动的程序多线程化(见图2)，开发人员可以无需考虑底层的实现机制，就可以高效地享用多核技术所带来的益处。

无论是欧南天文台极大望远镜高达2,700万次乘加运算的镜面控制，到Tokamak核聚变装置的实时处理运算，还是NASA的飞机安全性测试和TORC汽车控制快速原型设计，LabVIEW多核技术都为这些应用带来了巨大的性能和吞吐量的提升，随着多核技术的进一步发展，提升的幅度将更为可观。

趋势三：基于FPGA的自定义仪器将更为流行

随着设计和测试的要求越来越高，FPGA(现场可编程门阵列)技术正逐渐被引入到最新的模块化仪器中，这也就是我们所说的基于FPGA的自定义仪器。

FPGA的高性能和可重复配置特性一直是硬件设计工程师们的最爱，而对于测试工程师而言，又何尝不想拥有硬件级的确定性和并行性呢？像诸如实时系统仿真、高速内存测试等应用都需要用到FPGA来确保响应的实时性和高速的数据流入和流出，FPGA的IP核更是可以为工程师植入自主知识产权的算法提供契机。然而，苦于对硬件设计知识的缺乏和对VHDL或Verilog语言编程的恐惧，许多测试工程师对于FPGA技术望而却步。

现在，NI提供的R系列数据采集和FlexRIO产品家族将高性能的FPGA集成到现成可用的I/O 板卡上，供用户根据应用进行定制和重复配置，同时配合LabVIEW FPGA直观方便的图形化编程，用户能够在无需编写底层VHDL代码的情况下，快速地配置和编程FPGA的功能，用于自动化测试和控制应用。

前段时间，欧洲核子研究中心(CERN)为世界最强大的粒子加速度器--大型强子对撞机(LHC)配备了超过120套带有可重复配置I/O模块的NI PXI系统，用于控制瞄准仪的运动轨迹和监测其实时位置，从而确保粒子在既定的路径中运作。为了保证极高的可靠性和精确性，FPGA成为其必备的测试和控制技术。

随着对FPGA技术应用复杂性的简化，可以预计，拥有高性能和灵活性的FPGA技术将越来越多的被应用于未来的仪器系统中。

趋势四：无线标准测试的爆炸性增长

近年来无线通信标准的发展可谓是日新月异，从2000年前只有四五种的无线标准到现在众多新标准如雨后春笋般涌现。越来越多的消费电子产品和工业产品都或多或少的集成了无线通信的功能，像苹果公司最新的3G版iPhone手机，更是同时集成了UMTS, HSDPA, GSM, EDGE, Wi-Fi, GPS和蓝牙等多种最新的无线标准。这些都给无线技术的开发和测试带来了巨大的挑战，测试技术如何跟上无线技术的发展成为工程师面临的最大难题。通常传统射频仪器的购买周期是5至7年，而新标准和新技术的推出周期却是每两年一轮，购买的射频测试设备由于其固件和功能的限定通常难以跟上新标准的发展速度。

面对这样的挑战，一种以软件为核心的无线测试平台正崭露头角。信号的上下变频和数字化由模块化的射频硬件的完成，而编解码和调制解调的过程全部通过软件实现。这样，在统一的模块化硬件平台上，只需修改软件就可以满足不同无线标准的测试需求，使得工程师有能力在第一时间测试最新的标准，加快产品的上市时间。

NI LabVIEW和PXI RF平台就是这样一个软件无线电的测试平台，多年来已经成为工程师和科学家们开发无线标准和测试无线应用的必备工具。德州大学奥斯汀分校的师生基于NI的软件无线电平台，在短短6周时间内开发出MIMO-OFDM 4G的系统原型；成都华日通信公司(国内无线电频谱管理设备主要供应商)利用NI PXI矢量信号分析仪和LabVIEW开发了带有自主产权的HR-100宽带无线电接收机和监测系统，已广泛应用于国内的频谱监测和信号定向领域。聚星仪器(NI大陆地区系统联盟商)也开发出了全球首个支持C1G2 RFID标准全部指令的测试设备，并实现了与RFID标签微秒级的实时通信。

趋势五：协议感知(Protocol-Aware)ATE将影响半导体的测试

如今的半导体器件变得愈加的复杂，高级的片上系统(SoC)和封装系统(SiP)相比典型的基于矢量的器件测试而言，需要更为复杂的系统级的功能测试。现在器件的功能也不再是通过简单的并行数字接口实现，而是更多的依赖于高速串行总线和无线协议进行输出，这就要求测试设备和器件之间能够在指定的时钟周期内完成高速的激励和响应测试。

复杂的测试需求催生了协议感知(Protocol-Aware)ATE的诞生，Andrew Evans在2007国际测试会议(ITC)上发表的论文“The New ATE - Protocol Aware”中首次提出了这个概念。这是一种模仿器件真实使用环境(包括外围接口)的方法，按照器件期望的使用方式，进行有针对性的器件功能测试和验证。

国际半导体测试协会(STC)和新近成立的半导体测试合作联盟(CAST)都在考虑为自动化测试厂商制定开放的测试架构以满足日益增加的半导体测试需求和降低测试成本。NI作为STC协会便携式测试仪器模块(PTIM)工作组的主席，正在致力于创建一种新的指南和标准，使得工程师能够将第三方的模块化测试仪器(如PXI)集成到传统的半导体ATE中，以实现更为灵活自定义、符合“协议感知”要求的半导体测试系统。

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