测量小百科 | PCI(e)与PXI(e)总线介绍

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https://jytek.com/news?article_id=47

PCI与PCIe是计算机最常使用的总线。技术成熟，速度不断更新。PXI与PXIe就是从PCI与PCIe基础上发展起来的。

PCI、PCIe

PCI并行总线是由Intel公司1990年开始研发，于1992年正式推向市场的计算机总线【1】。第一版的PCI是32位的并行总线，预留了64位的并行总线，主频是33MHz，传输率为132MB/s。1992年Intel把PCI标准和后续标准工作移交给了PCI-SIG的非盈利技术委员会【2】。PCI在1995至2005年达到鼎盛时期，之后逐渐被高速串行总线PCIe替代。

PCIe是PCI Express的缩写。它是PCI-SIG在PCI之后推出的高速串行总线。到现在已经发展和定义了六代。目前实际在商用的是第一代至第四代。每一代常用Gen来表示。两个PCIe装置之间的连接称为「连结」(Link), 每个连结可以有多条通道（Lane），常见的通道数量为x1,x4,x8以及x16, 若某个PCIe连结为Gen2x4,则表示一个第二代且四条通道的PCIe总线连结。不同通道数量的PCIe插槽及PCI插槽如图 1所示。

图 1 PCI、PCIe插槽【1】（至上而下PCIe x4、x16、x1、x16、PCI）

表 1 给出了各代PCIe不同通道数量的最大传输速率。在一个典型的流盘应用中最多也只能达到表 1理论速度的60%至70%。作为参考，现在常用的USB3.0总线理论最高传输速率为640MB/s，USB4.0使用了雷电技术，传输速率可达5GB/s 【6】。

通道数量	Gen1	Gen2	Gen3	Gen4	Gen5	Gen6
x1	250MB/s	500MB/s	1GB/s	2GB/s	4GB/s	8GB/s
x4	1GB/s	2GB/s	4GB/s	8GB/s	16GB/s	32GB/s
x8	2GB/s	4GB/s	8GB/s	16GB/s	32GB/s	64GB/s
x16	4GB/s	8GB/s	16GB/s	32GB/s	64GB/s	128GB/s

CompactPCI

1994年, 国际组织PICMG把PCI推广到了以通讯为主的工业领域，制定了CompactPCI的标准【4】, 定义了更加坚固耐用的卡片物理结构, 将卡片安装在支架上。在电气和软件方面，CompactPCI与PCI标准完全兼容。CompactPCI使用欧洲卡（Eurocard）【5】的物理尺寸，最常用的是3U，100mmx160mm。

PXI

1997年，NI在CompactPCI的基础上加入触发信号与时钟信号, 提出了PXI标准【7】，随后多家公司共同建立了PXI系统联盟(PXI System Alliance, PXISA）【3】来维持PXI标准。

CompactPCI Express

2005年6月, 国际组织PICMG把CompactPCI标准扩展至PCIe总线, 制定了CompactPCI Express的标准, 定义了可以同时涵盖PCI与PCIe总线的物理结构。

PXI Express (PXIe)

2005年8月，PXISA在CompactPCI Express的基础上加入触发信号与时钟信号, 提出PXI Express标准。

PXI、PXIe插槽

PXI、PXIe的插槽如图 2所示。为了便于使用，某些PXI机箱使用混合插槽。PXI、PXIe的传输速率与PCI、PCIe是一样的。PXI比较简单，传输速率较低。除了PCI(e)总线外，PXI(e)还定义了一些与测试有关的信号线如：电源管理（Power）、触发总线（Trigger Bus）、星型触发（Star Trigger）、和时钟信号线(PXI_Clk10 & PXIe_ClK100)等。

图 2 PXI、PXIe及混合插槽【6】

PXISA的资料显示现在有超过60家公司和2000款PXI产品（包括CompactPCI模块）【6】。各厂家也推出了可以支持插槽带宽为Gen3x4和Gen3x8的高速机箱【8】【9】。但绝大部分PXIe模块可以支持的传输率都还停留在Gen2上。Gen2x8的最大传输率可达到4GB/s，已能满足绝大多数的中低频测试应用。