PXI Express - PXI Express平台的串流架构介绍以及其优势

PXI Express机箱可容纳PXI或PXI Express模块，因此可轻松适应不同的应用。 但由于仪器功能越来越丰富，总线技术也越来越精进，因此随着PCI Express 2.0规范(也称为PCI Express Gen2)的推出，PCI总线可提供更高的带宽。 PCI Express Gen2总线的比特率增加了一倍，从2.5 GT/s提高到5.0 GT/s，因而提供了两倍于PCI Express Gen1的数据传输速率，同时保留与PCI Express Gen1的完整软硬件向后兼容性。 PXI Express也在不断地利用最先进的PCI Express技术进步。

例如，NI PXIe-8133嵌入式控制器采用了PCI Express 2.0，提供了4组x4 Gen 2 PCI Express链路来连接PXI机箱背板。 PXIe-8133嵌入式控制器的系统总带宽高达6.4 GB/s，相较于采用PCI Express Gen1链路的前一代嵌入式控制器，足足提高了一倍。

 

图4.利用PCI Express Gen2，用户可同时串流更大量的I/O通道，进而构建更大型、更复杂的数据记录/回放应用。

PXIe-8133嵌入式控制器连接着处理器与板载PCIe开关之间的x16 Gen2链路， 板载PCIe开关提供了4组x4 PCIe链路，连接至带宽为6.4 GB/s的PXIe-1075机箱。 PXIe-8133的内存控制器搭载最先进的处理器技术，可连接DDR3 1333 MHz DRAM的两个通道，并且提供8 GB/s的总内存吞吐量。强大的PCIe Gen2技术与高内存容量均提高了系统总带宽。 通过这一配置，PXIe-8133搭配PXIe-1075机箱即可充分利用机箱带宽，实现6.4 GB/s的系统总带宽。基于这一架构，机箱与嵌入式控制器的组合现在可匹配相应的机箱带宽容量，并且随着机箱设计的演变，将可实现更高的数据吞吐量。

4. 点对点串流架构

有些高吞吐量应用对于通信延迟和数据带宽容量有严苛的要求， 对于这类应用，利用最新的P2P串流技术是不错的选择。 NI P2P串流技术采用PCI Express，可直接在多个仪器之间点对点传输数据，不需经过主处理器或内存。 因此系统中的设备无需额外占用系统资源即可共享信息。

 

图5. 使用P2P技术，数据包无需再经过系统主控制器内存，这样设备之间便可确定地传输数据。

5. 优化串流架构

一般来说，对于需要高速数据串流的应用，必须从整体上审视整个数据传输架构，包括模块、背板以及控制器，这样才能全面了解平台的性能。 在以前的串流架构选项中，NI PXI Express嵌入式控制器内置的PCI Express链路提供足够的带宽来尽可能多地传输来自机箱的数据。 在评估其他厂商的设计方案时，厂商的某些选择可能会影响系统的整体带宽容量。

 

图6. 评估嵌入式控制器与机箱选项时，需要考虑架构设计选项，以尽可能避免系统瓶颈。

以图7为例，其他厂商的PXI Express嵌入式控制器在CPU与板载PCIe开关之间采用了PCI Express x8 Gen1链路，因此限制了机箱与处理器之间的带宽。 虽然其余系统部分可处理高达8 GB/s的串流需求，但是所选用的嵌入式控制器架构仍会导致系统总带宽仅限于2.0 GB/s。因此在设计串流系统时，必须确保系统元件之间能彼此配合，以实现各自的带宽规范级别。

相较之下，NI最新的PXI Express平台产品、机箱、嵌入式控制器都已针对这些高吞吐量应用进行了优化。 PXIe-1085采用最新的PCI Express Gen3技术，并与搭载Intel Xeon八核心处理器的PXIe-8880配合使用。 NI PXIe-1085的插槽均为混合插槽，以便支持PXI 或PXI Express模块。 总之，这款机箱可为测试/测量应用提供出色的性能和灵活性。

 

图7. PXI Express系统利用PC总线的技术优势来持续提高数据带宽容量，进而满足最新的测试应用需求。