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PXIExpress概述PXIExpressHardwareSpecification哈尔滨工业大学2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page2•PXI平台的发展历史•PXIExpress的新特性•PXIExpress的兼容性•PXIExpress的产品及应用•参考文献主要内容2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page3•PCI总线概述•PXI总线与PCI总线的关系•PCIe总线概述•PXIe与PCIe的关系PXI平台的发展历史2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page4PCI总线概述•PCI---PeripheralComponentInterconnect，周边器件互连•1991，Intel-PCISIG•1992，PCI局部总线规范v1.0•33MHz/32bit---133MB/s•66MHz/64bit---533MB/s•PCI总线的局限性:频率和效率(反射波信号驱动器)总线上设备越多，信号传播、加倍、建立所需的时间越长。电气负载数量随着总线频率的上升而下降，带宽受限PCI总线的效率约为50%-60%，影响效率的因素有：总线仲裁时间、总线周期之间的闲态时间等2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page5PXI总线与PCI总线的关系•PICMG---PCIIndustrialComputerManufacturer’sGroup•CompactPCI：欧卡，电气、逻辑和软件与PCI完全兼容性；坚固耐用的PCI版本，用于工业和嵌入式应用•PXI---PCIextensionsforinstrument，NI•PXISA---PXISystemAlliance，1997PXI=CompactPCI+仪器信号定时、触发等测试信号2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page6PCIe总线概述•对于带宽的需求（如：高清晰度的无压缩视频和音频）•2002，Intel，“第三代I/O接口标准”•串行、点对点、差分、独享带宽•带宽大幅度提升（理论上能达到16GB/s）•软件与PCI兼容2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page7PXIe与PCIe的关系Intel:PCI---PCIExpressPXIe=CompactPCIe+仪器信号PICMG:CompactPCI---CompactPCIExpressNI:PXI---PXIExpress2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page8•专业术语•PCIe的电气特性•从PCIe获得的大幅提升的带宽•超高精度的同步和定时功能•机械结构的相应变化PXIExpress的新特性2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page9专业术语•链路（Link）:从物理上将两个PCIExpress设备点对点连接到一起的一个PCIExpress互连•通路（Lane）：一条链路在单个方向上所包含的信号对•8/10b编码：将串行数据的位发送时钟嵌入到串行位流中，使8位字符扩展为10位后再发送，开销增加25%。避免了2.5GHz的高频时钟信号产生的EMI噪声，以及时钟线与通路信号线布线长度的匹配问题。2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page10PCIe的电气特性•串行传输:设备引脚很少，降低芯片的板卡的设计成本和复杂性•点对点互连：电气负载有限，收发频率可扩展到更高，独享总线带宽•差分信号传送：提升了信号的抗噪能力2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page11从PCIe获得的大幅提升的带宽•每条通路在每个方向上的发送和接收速率是2.5Gb/s•可选的通路数有x1、x2、x4、x8、x12、x16、x32条•宽度（即通路数）为x16的链路，总带宽是多少？2.5Gb/s×2×16÷10=8GB/sPCIExpress链路宽度x1x2x4x8x12x16x32总带宽（GB/s）0.512468162020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page12超高精度的同步和定时功能•保留了PXI的定时和触发特性•100MHz的差分系统时钟•差分星形触发器替换了原来PXI的星形触发器•差分同步信号用于与PXI的10MHz系统时钟进行同步2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page13机械结构的相应变化•PCIe的插槽随链路宽度变化而变化x1x162020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page14机械结构的相应变化•PXIe模块的机械结构不随着链路宽度的变化而改变PXIPXIe2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page15•兼容性概述•PXI外设模块的机械结构•PXIe外设模块的机械结构•兼容方式一•兼容方式二PXIExpress的兼容性2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page16兼容性概述•PXI平台已经积累了大量的用户和技术资源•保证用户原有的投资，并扩展用户所需的高性能要求•PXI与PXIExpress模块可以协同工作于同一系统•对PXI平台的扩展，而非全面的替换2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page17PXI外设模块的机械结构•普通PXI外设模块的J1\J2连接器及其功能2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page18PXIe外设模块的机械结构•PXIe外设模块及其插槽XP4：PXITimingandSynchronizationsignalsXP3：PCIExpressandadditionalSynchronizationsignals2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page19兼容方式一•PXIe允许机箱中包括PXI外设插槽，通过PCIe-PCI桥进行互操作2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page20兼容方式二•定义了一种能够兼容PXI模块的混合外设插槽XP4：PXITimingandSynchronizationsignalsXP3：PCIExpressandadditionalSynchronizationsignalsP1：33MHz/32bitPCIsignals2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page21兼容方式二•混合外设插槽的使用，可以修改PXI外设模块2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page22•市场上现有的PXIe产品•PXIe的应用•多仪器集成示例PXIExpress的产品及应用2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page23市场上现有的PXIe产品•NIPXIe-1062Q8槽机箱•NIPXIe-106518槽机箱•NIPXIe-8103嵌入式控制器•NIPXIe-6672系统定时控制器，同步具有纳秒精度的多个PXIExpress系统•NIPXIe-5122双通道数字化仪，100MS/s,100MHz高速模拟信号采集•NIPXIe-6537/653632通道数字I/O模块，50MHz/25MHz•NIPXIe-5672RF矢量信号发生器•Geotest，GX7600PXIe机箱和GX7940PXIe控制器2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page24PXIe的应用•高数据吞吐量：数据流盘应用任意波形发射器、逻辑分析仪和示波器板载存储器有限，数据吞吐量低•信号情报：中频数据流盘现代军事侦察、卫星通信和频谱监测应用需要长时间地将大部分数据以数据流的形式导入硬盘的能力•消费电子产品：数字视频测试长时间采集或测试波形的应用便是数字视频测试2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page25多仪器集成示例•混合信号测试。例如，考虑表征一个4-通道、12-位、100MHz数模转换器所需的测试仪器。该ASIC需要超过48个同步数字I/O的通道、4个精确模拟输入通道和一个可编程的DC电源。2020/5/13PXIExpress硬件规范概述Page26参考文献•《PCI系统结构》，电子工业出版社•《PCIExpress系统体系结构标准教材》，电子工业出版社•《PCI、PCI-X和PCIExpress的原理及体系结构》，清华大学出版社•PXI-5PXIExpressHardwareSpecificationRevision1.0,PXISA,2005•PXIExpressSpecificationTutorial,2006•PXIExpressFAQ,2007硬件规范概述Page27有用网站••••