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PXI便攜式測(cè)控系統(tǒng)淺談
楊誠(chéng)
（深圳市厚物科技有限公司，深圳 518105）
測(cè)控技術(shù)文章分享：
-> 如何實(shí)現(xiàn)PXIe/PXI機(jī)箱的散熱設(shè)計(jì)
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PXI便攜式測(cè)控系統(tǒng)是一種基于PXI總線的便攜式測(cè)量、測(cè)試和控制系統(tǒng)，它填補(bǔ)了現(xiàn)有臺(tái)式及機(jī)架式儀器在外場(chǎng)測(cè)控和便攜測(cè)控應(yīng)用上的空白，在軍工國(guó)防、航空航天、兵器電子、船舶艦載等各個(gè)領(lǐng)域的外場(chǎng)測(cè)控場(chǎng)合和科學(xué)試驗(yàn)研究場(chǎng)合都有廣泛的應(yīng)用。由于PXI便攜式測(cè)控系統(tǒng)的特殊性，不同的測(cè)控項(xiàng)目，要求各異，測(cè)控領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外著名廠商很難專(zhuān)門(mén)投入研發(fā)去滿足這類(lèi)小批量、多樣化的項(xiàng)目需求。
本文從介紹NI和PXI總線入手，逐步展開(kāi)，深入淺出分析PXI便攜式測(cè)控系統(tǒng)的需求背景，同時(shí)對(duì)其需求特殊性和定制化特點(diǎn)做了詳細(xì)的說(shuō)明。本文還全面系統(tǒng)地介紹了PXI便攜式測(cè)控系統(tǒng)的方案特點(diǎn)和技術(shù)路線，它們是如何被越來(lái)越多的用戶認(rèn)可和使用的，作為臺(tái)式及機(jī)架式儀器平臺(tái)的強(qiáng)有力補(bǔ)充，它們又是如何配合測(cè)控領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外著名廠商在各種便攜式測(cè)控場(chǎng)合發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
本文提綱如下：
1. 測(cè)控系統(tǒng)無(wú)處不在
2. NI在測(cè)控行業(yè)具有領(lǐng)導(dǎo)地位
3. PXI總線的由來(lái)
4. 從PXI總線到PXIe總線
5. PXI和PXIe總線持續(xù)推動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)升級(jí)
6. 測(cè)控系統(tǒng)對(duì)便攜式的需求
7. PXI便攜式測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生
8. 面向PXI便攜式測(cè)控系統(tǒng)的深度定制服務(wù)
一、測(cè)控系統(tǒng)無(wú)處不在
測(cè)控系統(tǒng)，是一類(lèi)兼具測(cè)量和控制功能的系統(tǒng)，在各個(gè)行業(yè)里都有廣泛的應(yīng)用。在不同的測(cè)控環(huán)境下，針對(duì)不同的測(cè)控對(duì)象，測(cè)控系統(tǒng)會(huì)有不同的測(cè)控任務(wù)，系統(tǒng)中內(nèi)置不同的功能模塊，涵蓋從數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)、從低頻信號(hào)到高頻信號(hào)、從低吞吐量數(shù)據(jù)到高吞吐量數(shù)據(jù)等，測(cè)控系統(tǒng)內(nèi)的軟件和功能模塊互相配合，執(zhí)行用戶預(yù)先開(kāi)發(fā)好的各項(xiàng)測(cè)控程序。測(cè)控系統(tǒng)，是一類(lèi)兼具測(cè)量、測(cè)試和控制功能的系統(tǒng)，在各個(gè)行業(yè)里都有廣泛的應(yīng)用。在不同的測(cè)控環(huán)境下，針對(duì)不同的測(cè)控對(duì)象，測(cè)控系統(tǒng)會(huì)有不同的測(cè)控任務(wù)，系統(tǒng)中內(nèi)置不同的硬件功能模塊，涵蓋從數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)、從低頻信號(hào)到高頻信號(hào)、從低吞吐量數(shù)據(jù)到高吞吐量數(shù)據(jù)等，測(cè)控系統(tǒng)內(nèi)的軟件和硬件功能模塊互相配合，執(zhí)行用戶預(yù)先開(kāi)發(fā)好的各項(xiàng)測(cè)控程序和測(cè)控任務(wù)。
二、NI在測(cè)控行業(yè)具有領(lǐng)導(dǎo)地位
創(chuàng)立于1976年的National Instruments（美國(guó)國(guó)家儀器有限公司，簡(jiǎn)稱NI）是測(cè)控行業(yè)當(dāng)之無(wú)愧的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，其總部設(shè)于美國(guó)德克薩斯州首府奧斯汀，是一家測(cè)量行業(yè)的上市公司，在世界各地設(shè)有50多個(gè)分公司和辦事處。40多年來(lái)，NI發(fā)布的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)和一系列硬件測(cè)控功能模塊幫助測(cè)試、控制、設(shè)計(jì)領(lǐng)域的工程師與科學(xué)家解決了從設(shè)計(jì)、原型到發(fā)布過(guò)程中所遇到的種種挑戰(zhàn)。NI為遍布全球各地的30,000家不同的用戶提供多種應(yīng)用選擇，構(gòu)建了許多滿足不同功能需求的測(cè)控系統(tǒng)。需要特別指出的是，NI的PXI產(chǎn)品系列在成千上萬(wàn)的測(cè)控系統(tǒng)中扮演了舉足輕重的地位，是NI最活躍的明星產(chǎn)品系列。創(chuàng)立于1976年的National Instruments（美國(guó)國(guó)家儀器有限公司，簡(jiǎn)稱NI）是測(cè)控行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，其總部設(shè)于美國(guó)德克薩斯州首府奧斯汀，是一家測(cè)量行業(yè)的上市公司，在世界各地設(shè)有50多個(gè)分公司和辦事處。40多年來(lái)，NI發(fā)布的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)和一系列硬件功能模塊幫助測(cè)試、控制、設(shè)計(jì)領(lǐng)域的工程師與科學(xué)家解決了從設(shè)計(jì)、原型到發(fā)布過(guò)程中所遇到的種種挑戰(zhàn)。NI為遍布全球各地的30000家不同的用戶提供多種應(yīng)用選擇，構(gòu)建了許多滿足不同功能需求的測(cè)控系統(tǒng)。需要特別指出的是，NI的PXI產(chǎn)品系列在成千上萬(wàn)的測(cè)控系統(tǒng)中扮演了舉足輕重的地位，是NI最活躍的明星產(chǎn)品系列。
三、PXI總線的由來(lái)
NI在1997年開(kāi)發(fā)并發(fā)布了PXI總線規(guī)范，并在1998年正式推出，它是為了滿足日益增加的對(duì)復(fù)雜儀器系統(tǒng)的測(cè)控需求而推出的一種開(kāi)放式工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)。NI是PXI系統(tǒng)聯(lián)盟（PXI Systems Alliance，簡(jiǎn)稱PXISA）的發(fā)起者和領(lǐng)導(dǎo)者。如今，PXI標(biāo)準(zhǔn)由PXISA管理，該聯(lián)盟由全球70多家公司組成，共同推廣PXI總線標(biāo)準(zhǔn)，確保PXI硬件的互換性，并維護(hù)PXI總線規(guī)范。
深圳市厚物科技有限公司是國(guó)際PXISA正式成員，嚴(yán)格遵照PXISA規(guī)則，開(kāi)發(fā)一系列嚴(yán)格滿足PXI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的產(chǎn)品。厚物科技立足中國(guó)深圳，十幾年持續(xù)專(zhuān)注研發(fā)和生產(chǎn)基于PXI模塊化儀器總線的測(cè)控系統(tǒng)平臺(tái)，提供便攜式、車(chē)載式、臺(tái)式、手持式、機(jī)架式五大系列MCS測(cè)控系統(tǒng)平臺(tái)，包括外場(chǎng)便攜式測(cè)試設(shè)備、加固機(jī)架式測(cè)試設(shè)備、手持式儀器、車(chē)載式設(shè)備等，多款創(chuàng)新型設(shè)備已列裝到軍工國(guó)防、航空航天、兵器電子、船舶艦載等裝備保障領(lǐng)域，是行業(yè)第一測(cè)控系統(tǒng)平臺(tái)服務(wù)商。
PXI是以PCI（Peripheral Component Interconnect）及CPCI為基礎(chǔ)再加上一些PXI特有的信號(hào)組合而成的一個(gè)架構(gòu)。PXI繼承了PCI的電氣信號(hào)，使得PXI擁有如PCI總線的極高傳輸數(shù)據(jù)的能力，具有高達(dá)132MB/s到528MB/s的傳輸性能，在軟件上是完全兼容的。另一方面，PXI采用和CPCI一樣的機(jī)械外型結(jié)構(gòu)，能同樣享有高密度、堅(jiān)固外殼及高性能連接器的特性。
2005年底，商業(yè)PC機(jī)行業(yè)的總線技術(shù)從PCI演進(jìn)到PCI Express（簡(jiǎn)稱PCIe），提高了總線的可用帶寬。與此同時(shí)，PXI也引入了PXI Express（簡(jiǎn)稱PXIe）技術(shù)，顯著提高了總線帶寬。PXI將PCIe集成到PXI標(biāo)準(zhǔn)中，可以滿足更多的應(yīng)用需求。PCIe技術(shù)集成到背板中，同時(shí)維持與現(xiàn)有系統(tǒng)的后向兼容性。除了x1、x4和x8 PCIe鏈路外，PXIe系統(tǒng)控制器插槽還支持高達(dá)x16的PCIe鏈路，基于PCIe Gen3.0技術(shù)，PXIe控制器可以為PXIe背板提供最高24GB/s甚至更高的帶寬。利用PCIe技術(shù)，PXIe將PXI中的可用帶寬提高了180倍多，即從132MB/s提高到24GB/s甚至更高。
厚物科技研制推出業(yè)界首款獨(dú)創(chuàng)性支持雙固態(tài)硬盤(pán)（1個(gè)NMVe接口SSD用于系統(tǒng)盤(pán)及1個(gè)SATA接口SSD用于數(shù)據(jù)盤(pán)）的四核八線程高性能控制器PXIe-9170，就支持PCIe Gen3.0技術(shù)，提供高達(dá)16GB/s的鏈路帶寬，可以滿足高帶寬、大數(shù)據(jù)量吞吐的測(cè)試要求。厚物科技還創(chuàng)新性研制推出業(yè)界首款內(nèi)置獨(dú)立顯卡和八核十六線程的至強(qiáng)CPU高性能控制器PXIe-9180，提供高達(dá)24GB/s的鏈路帶寬，可以滿足更高帶寬、更大數(shù)據(jù)量吞吐的測(cè)試要求。
五、PXI和PXIe總線持續(xù)推動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)升級(jí)
PXI總線產(chǎn)品為測(cè)控系統(tǒng)提供了高性能、高堅(jiān)固性、低成本的解決方案。PXI將PCI電氣總線與CPCI總線堅(jiān)固的、模塊化的歐式機(jī)械封裝結(jié)合在一起，增加儀器特有的同步觸發(fā)總線和一些關(guān)鍵的軟件性能，非常適合于開(kāi)發(fā)大型測(cè)量、測(cè)試和控制系統(tǒng)。此外，PXI增加的一些機(jī)械、電氣和軟件方面的性能，定義了用于測(cè)試測(cè)量、數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)制造等應(yīng)用的完整系統(tǒng)，這些系統(tǒng)為生產(chǎn)測(cè)試、軍工國(guó)防、航空航天、機(jī)器監(jiān)測(cè)、自動(dòng)化和工業(yè)測(cè)試等測(cè)控應(yīng)用提供最完善、最專(zhuān)業(yè)的服務(wù)。PXI可以快速方便升級(jí)替換傳統(tǒng)的CPCI，更進(jìn)一步，升級(jí)后的高速PXIe總線產(chǎn)品還可以維持與PXI模塊間的軟件、硬件兼容性。正是由于此性能的增強(qiáng)，PXI和PXIe產(chǎn)品持續(xù)在推動(dòng)各行業(yè)領(lǐng)域測(cè)控系統(tǒng)的升級(jí)換代，而且還不斷部署在以前只能由昂貴的專(zhuān)用硬件實(shí)現(xiàn)的眾多測(cè)控領(lǐng)域。
在軍工國(guó)防、航空航天、兵器電子、船舶艦載等各個(gè)領(lǐng)域等野外實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用場(chǎng)合和科學(xué)試驗(yàn)研究場(chǎng)合，被測(cè)對(duì)象往往越來(lái)越復(fù)雜，這對(duì)測(cè)控系統(tǒng)也提出了越來(lái)越高的要求，比如測(cè)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性、輕量化、加固性、維護(hù)性、便攜性等。上述領(lǐng)域大部分測(cè)控任務(wù)在實(shí)際開(kāi)展時(shí)，被測(cè)對(duì)象往往不在室內(nèi)，因?yàn)樵囼?yàn)環(huán)境場(chǎng)地的特殊性，測(cè)控設(shè)備往往是室內(nèi)調(diào)試好后再長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)綇?fù)雜惡劣的戶外環(huán)境進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)部署和調(diào)試。目前測(cè)控領(lǐng)域的國(guó)外廠商只提供基于臺(tái)式和機(jī)架式的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)控儀器平臺(tái)，并沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)上述特殊測(cè)控場(chǎng)合開(kāi)發(fā)的便攜式測(cè)控系統(tǒng)平臺(tái)。深圳市厚物科技有限公司十幾年來(lái)持續(xù)專(zhuān)注研發(fā)和生產(chǎn)便攜式測(cè)控系統(tǒng)平臺(tái)，其全系列專(zhuān)業(yè)完善的外場(chǎng)便攜式測(cè)控系統(tǒng)平臺(tái)，已做到行業(yè)第一。
便攜式測(cè)控系統(tǒng)需要具備專(zhuān)業(yè)的結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)，不但需要集成測(cè)控系統(tǒng)所需的各硬件功能模塊，而且需要集成全鋁鎂合金結(jié)構(gòu)的加固機(jī)箱、高質(zhì)量高穩(wěn)定性寬溫測(cè)控電源、工業(yè)寬溫顯示屏、工業(yè)電阻觸摸屏（或電容觸摸屏）、工業(yè)硅膠防水鍵盤(pán)、工業(yè)觸控板、加固把手、硅膠防撞包角、信號(hào)調(diào)理及接口轉(zhuǎn)接模塊、航插接口適配器和硅膠IO防護(hù)擋條等。結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)其目的是為用戶減輕繁瑣的設(shè)備拆卸、搬運(yùn)和現(xiàn)場(chǎng)組件搭建調(diào)試等工作，堅(jiān)固便攜式設(shè)計(jì)，非常方便用戶在不同地點(diǎn)、不同使用環(huán)境中快速對(duì)測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試、操作和部署。厚物科技HW-1683、HW-1693、HW-1983和HW-1993這個(gè)系列的便攜測(cè)控平臺(tái)集成度很高，提供8槽和9槽PXIe背板的可選性，提供15.6寸和18.5寸高清分辨率1920x1080的可選性，還提供系統(tǒng)數(shù)據(jù)帶寬8GB/s和24GB/s的可選性，便攜性的優(yōu)勢(shì)明顯，專(zhuān)業(yè)的加固設(shè)計(jì)和合理的散熱設(shè)計(jì)，即便在惡劣的外場(chǎng)環(huán)境中，也可以為測(cè)控系統(tǒng)穩(wěn)定工作保駕護(hù)航，順利完成各項(xiàng)測(cè)控任務(wù)。
復(fù)雜的外場(chǎng)環(huán)境和測(cè)控應(yīng)用的特殊性需要一套專(zhuān)業(yè)穩(wěn)定的便攜式測(cè)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)還需要具備最重要的一個(gè)特點(diǎn)是，需要支持測(cè)控行業(yè)占主導(dǎo)地位的測(cè)控總線：PXI總線和PXIe總線。對(duì)于大部分復(fù)雜的測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用，由于用戶對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的集成度要求非常高，要求測(cè)控系統(tǒng)平臺(tái)具有加固性，要求測(cè)控系統(tǒng)平臺(tái)輕便化，要求提供更多的PXI或PXIe模塊構(gòu)建多通道、高密度測(cè)控項(xiàng)目，為此就要專(zhuān)門(mén)為PXI便攜測(cè)控系統(tǒng)平臺(tái)研發(fā)堆棧式結(jié)構(gòu)的PXIe/PXI背板（比如厚物科技研制推出的業(yè)界首款3U 6槽 13.3寸PXIe筆記本HW-1363）。
由于便攜測(cè)控平臺(tái)內(nèi)部空間有限，需要專(zhuān)門(mén)為PXI便攜測(cè)控平臺(tái)研發(fā)符合PXI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的配套系統(tǒng)電源（比如厚物科技研制推出的業(yè)界首款3U 18槽 18.5寸PXIe/PXI加固便攜式測(cè)控平臺(tái)HW-19183內(nèi)部的測(cè)控電源）。
有些外場(chǎng)測(cè)試項(xiàng)目中需要便攜式測(cè)控系統(tǒng)自帶智能鋰電池，甚至要求不掉電、不中斷測(cè)控任務(wù)的前提下通過(guò)更換電池組以達(dá)到長(zhǎng)期續(xù)航，這就需要便攜式測(cè)控平臺(tái)具有智能鋰電池系統(tǒng)，專(zhuān)業(yè)有效地管理便攜式測(cè)控平臺(tái)的電源系統(tǒng)進(jìn)行智能化管理（比如厚物科技研制推出的業(yè)界首款3U 6槽13.3寸 PXIe一體機(jī)HW-1363i和3U 6槽15.6寸PXIe筆記本HW-1663）。
厚物科技創(chuàng)始人楊誠(chéng)畢業(yè)于清華大學(xué)自動(dòng)化系，曾在NI工作多年，對(duì)PXIe/PXI總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、測(cè)控標(biāo)準(zhǔn)和加固便攜式產(chǎn)品及平臺(tái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)有較為深入的研究。近幾年，針對(duì)PXI便攜式測(cè)控系統(tǒng)需求，厚物科技與NI、Keysight、簡(jiǎn)儀科技及眾多測(cè)控系統(tǒng)集成商深度合作，持續(xù)研發(fā)推出一系列PXIe/PXI便攜式測(cè)控系統(tǒng)平臺(tái)，外形設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)美觀，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)堅(jiān)固，品質(zhì)嚴(yán)格保證，專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，比如15.6寸3U 8槽PXIe/PXI便攜式測(cè)控設(shè)備HW-1683、18.5寸3U 8槽PXIe/PXI便攜式測(cè)控設(shè)備HW-1993和18.5寸3U 18槽PXIe/PXI便攜式測(cè)控設(shè)備HW-19183等。厚物科技開(kāi)發(fā)的這一系列嚴(yán)格滿足測(cè)控行業(yè)需求的安全、可靠、易于管理的PXI便攜式測(cè)控系統(tǒng)，填補(bǔ)了現(xiàn)有的臺(tái)式及機(jī)架式儀器在外場(chǎng)測(cè)控及便攜測(cè)控應(yīng)用上的空白，已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。
對(duì)于PXI便攜式測(cè)控系統(tǒng)，厚物科技還為用戶提供全面專(zhuān)業(yè)的深度定制服務(wù)，包括定制測(cè)控設(shè)備的尺寸、定制測(cè)控設(shè)備的規(guī)格性能、定制測(cè)控設(shè)備滿足高低溫工作條件、定制測(cè)控設(shè)備以滿足特殊的環(huán)境適應(yīng)性、定制測(cè)控設(shè)備的外觀顏色、定制測(cè)控設(shè)備的鐳雕和絲印、定制PXIe/PXI控制器及其硬件功能模塊的外部航插IO接口、定制測(cè)控設(shè)備配套的航空拉桿箱或儀器箱、定制堆棧式結(jié)構(gòu)PXIe/PXI背板，甚至定制特殊的PXIe/PXI控制器或硬件功能模塊等（比如厚物科技開(kāi)發(fā)的基于PXI總線的429和1553B模塊及耦合器），這類(lèi)深度定制的PXI便攜式測(cè)控系統(tǒng)非常適用于軍工國(guó)防、航空航天、兵器電子、船舶艦載等野外實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用場(chǎng)合和科學(xué)試驗(yàn)研究場(chǎng)合。
厚物科技是國(guó)際PXISA正式成員，持續(xù)開(kāi)發(fā)嚴(yán)格滿足行業(yè)需求的、安全可靠的、易于管理的測(cè)量測(cè)試測(cè)控設(shè)備及儀器，在軍工國(guó)防、航空航天、兵器電子、船舶艦載、智能航電、核電工程、軌道交通、智慧互聯(lián)等行業(yè)積累了十幾年產(chǎn)品開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)儀器設(shè)備、總線標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)有深入研究，具有專(zhuān)業(yè)的PXIe PXI CPCI VPX模塊化儀器技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，來(lái)自國(guó)內(nèi)外測(cè)控儀器行業(yè)知名企業(yè)，團(tuán)隊(duì)帶頭人有海外留學(xué)及在國(guó)外頂級(jí)技術(shù)公司工作的背景。
厚物科技量身定制，快速響應(yīng)，堅(jiān)持用最快的速度、最先進(jìn)的技術(shù)為行業(yè)用戶提供一攬子解決方案，持續(xù)為各行業(yè)用戶提供專(zhuān)業(yè)完善的一站式交鑰匙ODM定制服務(wù)，交付嚴(yán)格符合用戶要求的全生命周期的產(chǎn)品及技術(shù)解決方案。
厚物科技既服務(wù)于國(guó)家重點(diǎn)行業(yè)，也服務(wù)于軍工國(guó)防領(lǐng)域。自強(qiáng)不息、厚德載物，是厚物科技的企業(yè)文化；專(zhuān)業(yè)專(zhuān)注、極致完美，是厚物科技的敬業(yè)態(tài)度。作為中國(guó)的民族企業(yè)，厚物科技將牢記使命，為科技的進(jìn)步和民族的復(fù)興貢獻(xiàn)所有力量。
