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PXI便携式测控系统浅谈
杨诚
（深圳市厚物科技有限公司，深圳 518105）
测控技术文章分享：
PXI便携式测控系统是一种基于PXI总线的便携式测量、测试和控制系统，它填补了现有台式及机架式仪器在外场测控和便携测控应用上的空白，在军工国防、航空航天、兵器电子、船舶舰载等各个领域的外场测控场合和科学试验研究场合都有广泛的应用。由于PXI便携式测控系统的特殊性，不同的测控项目，要求各异，测控领域国内外著名厂商很难专门投入研发去满足这类小批量、多样化的项目需求。
本文从介绍NI和PXI总线入手，逐步展开，深入浅出分析PXI便携式测控系统的需求背景，同时对其需求特殊性和定制化特点做了详细的说明。本文还全面系统地介绍了PXI便携式测控系统的方案特点和技术路线，它们是如何被越来越多的用户认可和使用的，作为台式及机架式仪器平台的强有力补充，它们又是如何配合测控领域国内外著名厂商在各种便携式测控场合发挥着越来越重要的作用。
本文提纲如下：
1. 测控系统无处不在
2. NI在测控行业具有领导地位
3. PXI总线的由来
4. 从PXI总线到PXIe总线
5. PXI和PXIe总线持续推动测控系统升级
6. 测控系统对便携式的需求
7. PXI便携式测控系统应运而生
8. 面向PXI便携式测控系统的深度定制服务
一、测控系统无处不在
测控系统，是一类兼具测量和控制功能的系统，在各个行业里都有广泛的应用。在不同的测控环境下，针对不同的测控对象，测控系统会有不同的测控任务，系统中内置不同的功能模块，涵盖从数字信号到模拟信号、从低频信号到高频信号、从低吞吐量数据到高吞吐量数据等，测控系统内的软件和功能模块互相配合，执行用户预先开发好的各项测控程序。测控系统，是一类兼具测量、测试和控制功能的系统，在各个行业里都有广泛的应用。在不同的测控环境下，针对不同的测控对象，测控系统会有不同的测控任务，系统中内置不同的硬件功能模块，涵盖从数字信号到模拟信号、从低频信号到高频信号、从低吞吐量数据到高吞吐量数据等，测控系统内的软件和硬件功能模块互相配合，执行用户预先开发好的各项测控程序和测控任务。
二、NI在测控行业具有领导地位
创立于1976年的National Instruments（美国国家仪器有限公司，简称NI）是测控行业当之无愧的行业领导者，其总部设于美国德克萨斯州首府奥斯汀，是一家测量行业的上市公司，在世界各地设有50多个分公司和办事处。40多年来，NI发布的软件开发平台和一系列硬件测控功能模块帮助测试、控制、设计领域的工程师与科学家解决了从设计、原型到发布过程中所遇到的种种挑战。NI为遍布全球各地的30,000家不同的用户提供多种应用选择，构建了许多满足不同功能需求的测控系统。需要特别指出的是，NI的PXI产品系列在成千上万的测控系统中扮演了举足轻重的地位，是NI最活跃的明星产品系列。创立于1976年的National Instruments（美国国家仪器有限公司，简称NI）是测控行业的领导者，其总部设于美国德克萨斯州首府奥斯汀，是一家测量行业的上市公司，在世界各地设有50多个分公司和办事处。40多年来，NI发布的软件开发平台和一系列硬件功能模块帮助测试、控制、设计领域的工程师与科学家解决了从设计、原型到发布过程中所遇到的种种挑战。NI为遍布全球各地的30000家不同的用户提供多种应用选择，构建了许多满足不同功能需求的测控系统。需要特别指出的是，NI的PXI产品系列在成千上万的测控系统中扮演了举足轻重的地位，是NI最活跃的明星产品系列。
三、PXI总线的由来
NI在1997年开发并发布了PXI总线规范，并在1998年正式推出，它是为了满足日益增加的对复杂仪器系统的测控需求而推出的一种开放式工业总线标准。NI是PXI系统联盟（PXI Systems Alliance，简称PXISA）的发起者和领导者。如今，PXI标准由PXISA管理，该联盟由全球70多家公司组成，共同推广PXI总线标准，确保PXI硬件的互换性，并维护PXI总线规范。
深圳市厚物科技有限公司是国际PXISA正式成员，严格遵照PXISA规则，开发一系列严格满足PXI标准规范的产品。厚物科技立足中国深圳，十几年持续专注研发和生产基于PXI模块化仪器总线的测控系统平台，提供便携式、车载式、台式、手持式、机架式五大系列MCS测控系统平台，包括外场便携式测试设备、加固机架式测试设备、手持式仪器、车载式设备等，多款创新型设备已列装到军工国防、航空航天、兵器电子、船舶舰载等装备保障领域，是行业第一测控系统平台服务商。
PXI是以PCI（Peripheral Component Interconnect）及CPCI为基础再加上一些PXI特有的信号组合而成的一个架构。PXI继承了PCI的电气信号，使得PXI拥有如PCI总线的极高传输数据的能力，具有高达132MB/s到528MB/s的传输性能，在软件上是完全兼容的。另一方面，PXI采用和CPCI一样的机械外型结构，能同样享有高密度、坚固外壳及高性能连接器的特性。
2005年底，商业PC机行业的总线技术从PCI演进到PCI Express（简称PCIe），提高了总线的可用带宽。与此同时，PXI也引入了PXI Express（简称PXIe）技术，显著提高了总线带宽。PXI将PCIe集成到PXI标准中，可以满足更多的应用需求。PCIe技术集成到背板中，同时维持与现有系统的后向兼容性。除了x1、x4和x8 PCIe链路外，PXIe系统控制器插槽还支持高达x16的PCIe链路，基于PCIe Gen3.0技术，PXIe控制器可以为PXIe背板提供最高24GB/s甚至更高的带宽。利用PCIe技术，PXIe将PXI中的可用带宽提高了180倍多，即从132MB/s提高到24GB/s甚至更高。
厚物科技研制推出业界首款独创性支持双固态硬盘（1个NMVe接口SSD用于系统盘及1个SATA接口SSD用于数据盘）的四核八线程高性能控制器PXIe-9170，就支持PCIe Gen3.0技术，提供高达16GB/s的链路带宽，可以满足高带宽、大数据量吞吐的测试要求。厚物科技还创新性研制推出业界首款内置独立显卡和八核十六线程的至强CPU高性能控制器PXIe-9180，提供高达24GB/s的链路带宽，可以满足更高带宽、更大数据量吞吐的测试要求。
五、PXI和PXIe总线持续推动测控系统升级
PXI总线产品为测控系统提供了高性能、高坚固性、低成本的解决方案。PXI将PCI电气总线与CPCI总线坚固的、模块化的欧式机械封装结合在一起，增加仪器特有的同步触发总线和一些关键的软件性能，非常适合于开发大型测量、测试和控制系统。此外，PXI增加的一些机械、电气和软件方面的性能，定义了用于测试测量、数据采集、生产制造等应用的完整系统，这些系统为生产测试、军工国防、航空航天、机器监测、自动化和工业测试等测控应用提供最完善、最专业的服务。PXI可以快速方便升级替换传统的CPCI，更进一步，升级后的高速PXIe总线产品还可以维持与PXI模块间的软件、硬件兼容性。正是由于此性能的增强，PXI和PXIe产品持续在推动各行业领域测控系统的升级换代，而且还不断部署在以前只能由昂贵的专用硬件实现的众多测控领域。
在军工国防、航空航天、兵器电子、船舶舰载等各个领域等野外实战应用场合和科学试验研究场合，被测对象往往越来越复杂，这对测控系统也提出了越来越高的要求，比如测控系统的稳定性、轻量化、加固性、维护性、便携性等。上述领域大部分测控任务在实际开展时，被测对象往往不在室内，因为试验环境场地的特殊性，测控设备往往是室内调试好后再长途运输到复杂恶劣的户外环境进行现场部署和调试。目前测控领域的国外厂商只提供基于台式和机架式的标准测控仪器平台，并没有专门针对上述特殊测控场合开发的便携式测控系统平台。深圳市厚物科技有限公司十几年来持续专注研发和生产便携式测控系统平台，其全系列专业完善的外场便携式测控系统平台，已做到行业第一。
便携式测控系统需要具备专业的结构一体化设计，不但需要集成测控系统所需的各硬件功能模块，而且需要集成全铝镁合金结构的加固机箱、高质量高稳定性宽温测控电源、工业宽温显示屏、工业电阻触摸屏（或电容触摸屏）、工业硅胶防水键盘、工业触控板、加固把手、硅胶防撞包角、信号调理及接口转接模块、航插接口适配器和硅胶IO防护挡条等。结构一体化设计其目的是为用户减轻繁琐的设备拆卸、搬运和现场组件搭建调试等工作，坚固便携式设计，非常方便用户在不同地点、不同使用环境中快速对测控系统进行调试、操作和部署。厚物科技HW-1683、HW-1693、HW-1983和HW-1993这个系列的便携测控平台集成度很高，提供8槽和9槽PXIe背板的可选性，提供15.6寸和18.5寸高清分辨率1920x1080的可选性，还提供系统数据带宽8GB/s和24GB/s的可选性，便携性的优势明显，专业的加固设计和合理的散热设计，即便在恶劣的外场环境中，也可以为测控系统稳定工作保驾护航，顺利完成各项测控任务。
复杂的外场环境和测控应用的特殊性需要一套专业稳定的便携式测控系统，该系统还需要具备最重要的一个特点是，需要支持测控行业占主导地位的测控总线：PXI总线和PXIe总线。对于大部分复杂的测控系统应用，由于用户对测控系统的集成度要求非常高，要求测控系统平台具有加固性，要求测控系统平台轻便化，要求提供更多的PXI或PXIe模块构建多通道、高密度测控项目，为此就要专门为PXI便携测控系统平台研发堆栈式结构的PXIe/PXI背板（比如厚物科技研制推出的业界首款3U 6槽 13.3寸PXIe笔记本HW-1363）。
由于便携测控平台内部空间有限，需要专门为PXI便携测控平台研发符合PXI标准规范的配套系统电源（比如厚物科技研制推出的业界首款3U 18槽 18.5寸PXIe/PXI加固便携式测控平台HW-19183内部的测控电源）。
有些外场测试项目中需要便携式测控系统自带智能锂电池，甚至要求不掉电、不中断测控任务的前提下通过更换电池组以达到长期续航，这就需要便携式测控平台具有智能锂电池系统，专业有效地管理便携式测控平台的电源系统进行智能化管理（比如厚物科技研制推出的业界首款3U 6槽13.3寸 PXIe一体机HW-1363i和3U 6槽15.6寸PXIe笔记本HW-1663）。
厚物科技创始人杨诚毕业于清华大学自动化系，曾在NI工作多年，对PXIe/PXI总线标准规范、测控标准和加固便携式产品及平台设计开发有较为深入的研究。近几年，针对PXI便携式测控系统需求，厚物科技与NI、Keysight、简仪科技及众多测控系统集成商深度合作，持续研发推出一系列PXIe/PXI便携式测控系统平台，外形设计专业美观，结构设计坚固，品质严格保证，专业性强，比如15.6寸3U 8槽PXIe/PXI便携式测控设备HW-1683、18.5寸3U 8槽PXIe/PXI便携式测控设备HW-1993和18.5寸3U 18槽PXIe/PXI便携式测控设备HW-19183等。厚物科技开发的这一系列严格满足测控行业需求的安全、可靠、易于管理的PXI便携式测控系统，填补了现有的台式及机架式仪器在外场测控及便携测控应用上的空白，已经得到了广泛应用。
对于PXI便携式测控系统，厚物科技还为用户提供全面专业的深度定制服务，包括定制测控设备的尺寸、定制测控设备的规格性能、定制测控设备满足高低温工作条件、定制测控设备以满足特殊的环境适应性、定制测控设备的外观颜色、定制测控设备的镭雕和丝印、定制PXIe/PXI控制器及其硬件功能模块的外部航插IO接口、定制测控设备配套的航空拉杆箱或仪器箱、定制堆栈式结构PXIe/PXI背板，甚至定制特殊的PXIe/PXI控制器或硬件功能模块等（比如厚物科技开发的基于PXI总线的429和1553B模块及耦合器），这类深度定制的PXI便携式测控系统非常适用于军工国防、航空航天、兵器电子、船舶舰载等野外实战应用场合和科学试验研究场合。
厚物科技是国际PXISA正式成员，持续开发严格满足行业需求的、安全可靠的、易于管理的测量测试测控设备及仪器，在军工国防、航空航天、兵器电子、船舶舰载、智能航电、核电工程、轨道交通、智慧互联等行业积累了十几年产品开发经验，对仪器设备、总线标准、产品设计及开发有深入研究，具有专业的PXIe PXI CPCI VPX模块化仪器技术研发团队，来自国内外测控仪器行业知名企业，团队带头人有海外留学及在国外顶级技术公司工作的背景。
厚物科技量身定制，快速响应，坚持用最快的速度、最先进的技术为行业用户提供一揽子解决方案，持续为各行业用户提供专业完善的一站式交钥匙ODM定制服务，交付严格符合用户要求的全生命周期的产品及技术解决方案。
厚物科技既服务于国家重点行业，也服务于军工国防领域。自强不息、厚德载物，是厚物科技的企业文化；专业专注、极致完美，是厚物科技的敬业态度。作为中国的民族企业，厚物科技将牢记使命，为科技的进步和民族的复兴贡献所有力量。
