典型的工业计算机（工控机）是装在一个坚固机盒内的单板计算机与PCI背板，遵循PICMG规范。如同台式计算机，它们可以运行标准的操作系统。测量板卡插置在PCI槽中。PCI槽位的数量取决于计算机生产商。但关键的一点是工业计算机的槽位与PCI-PCI桥之比低于PXI机箱。这一点之所以重要是因为PCI-PCI桥会导致显著的带宽损耗。另外，维护工业计算机也比维护PXI系统困难。首先，要从测试机柜上取下计算机，如果连接的电缆不够长，那就必须先将它们拔下。如同台式计算机一样，必须先将外部的机箱盖打开，才能触及PCI槽及更换卡件。在平时，机箱盖用于防止灰尘和其它碎片触及CPU，非常重要。

    机械特性比较

    PXI机箱和设备是为承受工业和野外环境而设计的；模块也都具有牢固的接插端，可以抵抗撞击与振动。为了保护电路，机箱内设计有额外的冷却装置。此外，设备都是从机箱的前面拆卸，维护与升级非常方便。

    坚固性设计

    PXI规范要求所有的设备都通过环境测试。厂家建议进行湿度、撞击和振动测试。这些测试可以帮助工程师掌握更多的信息，在构建系统选择符合标准的设备。PXI系统最适合用于生产测试或野外环境，因为它们正是为承受这样的环境而设计的。

    PXI机箱内的模块导轨就是坚固性的力证。上下两侧的导轨可以牢牢地固定PXI模块。这种安装方式减轻了背板上的承受力，也使模块免受撞击和振动。模块的面板可以用螺丝固定到机箱上，进一步防止松动。在工业计算机中，板卡通常是以夹在接口部分两侧的插槽及卡沿和机箱的连接来固定的。仅仅两个接触点，其中之一还是背板，使板卡极有可能在恶劣的环境下抖动移位。另外，PXI的接插端部分也比PCI的更宽，更长。

图3 PXI外设模块配置与接插端

    最后，PXI机箱通常在背板上只有很少的电路，这样当任何电路需要更换的时候，维护都非常简单。工业计算机有两种设计。第一种是使用主动型背板，即计算机主板是背板的一部分。这种情况下如果主板出现问题，整个计算机都要更换。第二种设计是使用被动型背板，即背板上面只有PCI-PCI桥。这种设计中要用到单板计算机（SBC）。SBC插入背板中一个类似PCI接口的接插端。这种设计显然比嵌入式PXI控制器更容易振动和震颤。

    冷却

    PXI规范对冷却具有严格的要求。外设模块最低限度也要冷却到和工业计算机同一等级。PXI必须带有强迫冷却装置，产生特定方向的气流，均匀冷却所有模块。而大多数工业计算机使用的冷却装置仅由一到两个风扇构成，通常无法均匀冷却主板与外设板卡。均衡的冷却可以延长模块或板卡的使用寿命，从而降低系统寿命内的平均维护成本。最后，所有的PXI设备都经过测试，清楚标明工作和存放时的正常温度。因此，用户可以对所开发的系统更加了解，并知道是否需要增加额外手段，保证系统在适当的环境下工作。

    维护

    PXI平台的设计简化了维护工作。所有的模块和接线端都在机箱的前面。每个模块的前面都有一个手柄，使其能正确插入和容易拆卸。两个导轨确保模块对准，避免背板上的针被损坏。用户还可以拆下机箱中的一个模块而不影响到系统的其它部分。

    工业计算机的维护通常很耗时。首先，要松开机柜上固定用的螺丝，向外抽拉，取下计算机。而且，像前面提到的，如果连接电缆不够长，所有的电缆都必须从PCI板卡上拔下。然后要打开机箱盖，才能卸下PCI板卡。

    升级

    由于PXI系统的模块化，升级单个组件很容易。比方说，某用户希望升级到更快的处理器，他可以拆下控制器进行更换。因为所有的设备都支持标准软件，所以只要在新的控制器里装上软件和驱动程序，然后插回机箱内就可以了。这些变化对使用者来说几乎是透明的。

    然而，对于工业计算机的配置，用户通常需要为了升级处理器而拆除计算机里所有的板卡，然后更换整个计算机或主板。这样的升级过程将耗费不少时间和代价，而且很复杂。

    电气特性比较

    PXI机箱有许多专为测试和测量工程设计的电气特性。其中很重要的一项就是I/O的易扩展性。有的大规模的数据采集系统需要尽可能高的带宽，这一点就显得极为重要。第二项特性是PXI背板上的10MHz专用系统时钟，提供更高的精度与更佳的锁相环。为了使触发更加准确，机箱还具备总线型的触发线。槽与槽之间局部总线的设计节省了PCI的带宽。最后，当一些方案需要10MHz以上的触发时，可以使用非常精确的星形触发。工业计算机则没有这些内置的电气特性。PCI总线的速度从0到66MHz不等，且设备间的通信也通过PCI。这样的系统从准确同步和精确触发的角度来说都是很不可靠的。

    I/O 扩展

    PXI系统的设计具有很好的可扩展性。在每个33MHz总线区段上，PXI背板可以集成7个模块，而工业计算机只能有4个。通过PCI-PCI桥，一个PXI机箱内可以容纳更多板卡。使用MXI-3接口，用户更可以轻易地扩展多个机箱。理论上，基于33MHz总线区段的PXI系统插槽上限是256个。在前面的介绍中也提到过，工业计算机的PCI-PCI桥比较多。这就意味着带宽的损耗更大，然则整个系统的性能都会受到明显的影响。

    专用系统时钟

    PXI背板上内置有一个10MHz的专用系统时钟。这个高质量的时钟用于模块间的同步，具有很低的槽间偏斜信号。而工业计算机或其它任何系统上的板卡要实现类似的同步，就必须将板卡上各自用于定时和触发的时钟信号源和触发总线以电缆连接起来。

    对于工业计算机，每个设备的时钟质量和精度都不相同，和计算机机箱的时钟相比或高或低。但是由于这些时钟信号都通过总线连接在一起，它们的偏斜（通常是纳秒级）就比机箱时钟的偏斜（通常是皮秒级）更大，而且信号也不带屏蔽。而PXI的系统时钟使用了一块低偏斜、扇出式的缓冲芯片，从本质上给每个槽提供一个独用的时钟，使质量得到保证。而且，由于PXI上的时钟线是内置于背板上的，它们就比外部的连线享有更好的屏蔽。

    总线式触发线

    在用到触发时，PXI的触发信号可以从背板上通过，用户不必像在计算机上那样将板卡用电缆连接起来。PXI背板上有八根专用的触发线，与包括系统控制器槽在内的每个槽相连。有了这些特性，用户可以实现更加复杂的模块触发，例如用一个模块触发另一个模块，或是异步触发等。异步触发允许以别处发生的事件触发一个模块。最后，通过很多新款的模块，可以将触发信号引入机箱，或从机箱引出。

    槽间局部总线

    PXI总线允许相邻槽位上的模块通过专用的连线相互通信，而不占用真正的总线。这些连线构成了PXI的局部总线。局部总线是一种菊花链形式的互连总线，将每个外设槽与其左右两边相邻的外设槽连接。因此，每个槽的右侧局部总线与其右边邻槽的左侧局部总线相连，并以此规律延伸。局部总线的宽度为13线，可用于在模块间传递模拟信号或者提供高速的旁带通信途径，而不影响PCI的带宽。这一特性对于涉及模拟信号的数据采集卡和仪器类板卡非常有用。

    局部总线信号的范围可以从高速的TTL信号到高达42V的模拟信号。这些连线非常精确，偏斜很小，可用于一些高端的操作。必须注意的是，这些线在PCI总线或工业计算机上都是没有的。

    那么第二槽（Slot 2）的左侧局部总线怎么办呢？将这13条线引到系统控制器是没有意义的。于是，这些线被设计用于实现星形触发。

    星形触发

    PXI规范指明，背板的布线必须符合特定的要求——即由星形触发槽发出的触发信号通过星形触发线传送到每个模块的时间相等，致使各个模块间的触发关系都非常精确。星形触发是一种高精度的触发信号，可以触发一个机箱内的所有模块。尽管也可以用普通的PXI触发总线同步这些模块，但星形触发提供的性能更佳。尤其值得一提的是，星形触发的信号偏斜小于1纳秒，而从星形触发槽到外设槽之间的时延也不超过5纳秒。

    要使用星形触发，必须在第二槽中放入一个能够产生星形触发信号的模块。第二槽是专门放置星形触发控制器的（尽管在不需要星形触发的应用中，置于第二槽的任何标准模块都能正常工作）。被触发的模块也要设计为能够接收星形触发信号。从机箱内任何槽位发出的触发信号通过标准的PXI触发总线也能实现同样的功能，但是时间精度就低一些。

    软件比较

    软件要求是PXI规范的另一个特性。所有的PXI硬件必须至少支持Windows 95、Windows 98、Window NT或Windows 2000四个操作系统中的一个。规范还指出，考虑到有一些其它的操作系统能够提供和当前体系同样程度的软件支持面，正被广泛接受，它们也有可能被加入到PXI体系中。

    控制器和设备必须符合VXIplug&play标准，并与VISA软件兼容。另外，随模块必须提供驱动软件，这样模块间就能够进行标准通信，也可以缩短工程师的开发时间。像VXI这样的早期平台就没有这些要求，这意味着工程师们不得不为每个设备花费几个月的时间去开发仪器驱动程序。PXI迫使生产商花时间完成驱动程序的开发，这样就可以为用户节省相当可观的时间。

    最后，PXI系统附带的 .ini 文件简化了系统设置。虽然这些文件的潜在作用还没有完全实现，但它们确实已经提供了诸如在设置软件中识别槽位等附加功能。

    工业计算机没有这样的软件规范。虽然不少PCI设备也能在Windows环境下工作，它们却不一定能和VISA兼容，也不一定附有驱动软件。这样用户就可能为代码兼容性问题头痛不已，还不得不投入可观的时间和费用去开发他们自己的驱动程序。

    价格比较

    PXI系统的设计降低了构建和维护的成本。得益于系统的模块化，其平均维修耗时比其它平台都短。系统坚固的设计也旨在延长控制器与模块的工作寿命。

    虽然有些工业计算机价钱比PXI低，但此二者并不属于同等级的产品。PXI的可靠性更高、更坚固、使用的总体成本更低。

    三、总结

    PXI的设计吸取了PCI规范的优点，又足够坚固，完全符合工业应用的要求。PXI系统具有很多固化的规范特性，帮助缩短开发时间，也使测试测量工程师的工作更加轻松。其最卓著的特性包括系统的模块化、容易集成、容易装卸和连接，以及众多提高设备同步与触发精确度的电气特性。

    PXI的主要优点包括：

• 具备软件标准，缩短了系统开发时间
• 系统工作寿命内的平均维护成本低廉
• 符合工业环境应用的坚固设计
• 方便系统升级的模块化设计
• 更多的高性能I/O槽位
• 10MHz的专用系统时钟
• 总线式触发线
• 槽间局部总线
• 星形触发

    附：词汇表

1. CompactPCI：一种坚固的模块化结构，结合了PCI电气规范与Eurocard封装。适合于工业计算应用。
2. GPIB：General-Purpose Interface Bus，通用接口总线。一种8位的并行通信接口。根据IEEE 488-1987 标准，数据传输速率可达1Mbyte/s。
3. Industrial PC：工业计算机，或称为工控机，一种能够承受工业环境的计算机。
4. MXI-2：一种PCI系统与VXI系统间的总线扩展器。由此PCI系统可以像内置VXI控制器一样控制VXI设备。
5. MXI-3：一种PCI到PCI的桥（PCI-PCI bridge），用于以台式计算机远程控制PXI机箱。
6. PICMG：PCI Industrial Computer Manufacture Group， PCI工业计算机制造商协会。一个会员公司的组织，维护目前的CompactPCI与PCI/ISA规范。http://picmg.com
7. PXI：一种基于PCI的坚固、模块化的结构，具有专为测试与测量应用设计的电气规范与时钟电路。
8. PXI System Alliance：PXI系统联盟，一个全球生产商与系统集成商的组织。控制PXI规范，定义针对测试与测量、工业自动化与数据采集应用的CompactPCI产品的系统级要求。
9. RTSI Bus：实时系统集成（Real-Time System Integration）总线。一种局部总线，通过在插入式数据采集卡或仪器类板卡间直接连线，实现计数器、时钟和触发信号的共享。
10. Star Trigger：星形触发。组合了第二槽（Slot 2）的左侧局部总线，用于为第3槽至第15槽提供高精度、低偏移的触发。
11. Trigger Lines：触发线。PXI总线上的信号线，专门用于在模块间传送触发信号。
12. VISA：提供LabVIEW、CVI、Measurement Studio、C、C++和Visual Basic等各个编程环境和编程语言之间的接口。
13. VXI：一种工业标准的仪器总线，基于VME总线，主要用于模块化的卡状仪器（instrument-on-a-card）系统。
14. VXIplug&play：标识硬件和软件与VXIplug&play 系统联盟（VXIplug&play System Alliance）规范的一致性。VISA是该联盟的官方软件语言。