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PXI - PCI Extensions for Instrumentation

PCI Extensions for Instrumentation – kurz PXI genannt – ist eine, für die Messtechnik erweiterte Fortschreibung des CompactPCI (cPCI) Standards. Die Definition des Standards geht ursprünglich auf den Hersteller National Instruments zurück, mittlerweile wird der Standard durch die PXI System Alliance, kurz PXISA mit über 70 Mitgliedsfirmen als offener Industriestandard fortgeschrieben. Entsprechend des technologischen Fortschritts im Bereich der PC Backplanes existiert weiterhin eine auf PCI Express (PCIe) basierende Version Namens PXIe.

Ein PXI System besteht aus einem Mainframe mit integrierter Stromversorgung und Einschubplätzen für eine definierte Zahl von PXI Modulen. In jedem Mainframe muss ein Modul als sogenannter Controller funktionieren. Dies kann ein Embedded-Rechner, aber auch eine PCI oder PCIe Bridge oder ein ähnliches Modul sein. Der Controller muss immer an einem definierten Platz im Chassis gesteckt sein.

Bei einem typischen PXI System mit PXI-Bridge zwischen externem PC und PXI Mainframe können zwischen den PXI Modulen und dem PC ähnliche Datenübertragungsraten wie, mit in den PC integrierten, Einsteckkarten realisiert werden. In einem PXI Mainframe können auch cPCI Module betrieben werden, die eine Bandbreite bis zu 132MB/s erreichen.

Bei einem PXIe System ersetzt eine Punkt zu Punkt Bustopologie mit einem geteilten PCIe Switch den geteilten Bus des PCI Standards. Dies ermöglicht jedem Modul einen direkten Zugriff auf den Bus und damit auch auf eine eigene Datenleitung. Zur Erzielung hoher Bandbreiten bis 24GB/s können mehrere PCIe Lanes zusammengeschaltet werden.

Neben reinen PXI oder PXIe Mainframes sind auch Hybrid Mainframes verfügbar, die einen gemischten Aufbau des Systems auf Basis von PXI und PXIe Karten ermöglichen.

PXI und PXIe bieten, insbesondere durch die Trennung von PC-Hardware und dem Mainframe, mit seiner eigenen Stromversorgung und Lüftern Vorteile hinsichtlich definierten EMV-Verhaltens, Qualität der Versorgungsspannungen, Kühlung und mechanischen Eigenschaften. Im Rahmen des technischen Fortschritts oder im Wartungsfall kann der PC getauscht werden, ohne alle Einsteckkarten aus- und wieder einbauen zu müssen.

Der PXI Standard definiert integrierte Timing- und Synchronisationsfunktionen für das interne Routen von Synchronisationstakten und Triggern. Ein PXI-Chassis beinhaltet einen dezidierten 10-MHz-Systemreferenztakt, einen PXI-Trigger-Bus, einen Star-Trigger-Bus und einen lokalen Bus zwischen den einzelnen Steckplätzen, während ein PXI-Express-Chassis zusätzlich über einen differenziellen 100-MHz-Systemtakt, eine differenzielle Signalübertragung und differenzielle Star-Trigger verfügt, sodass anspruchsvolle Timing- und Synchronisationsfunktionen genutzt werden können.