1. 概述

對于許多應用，如RF記錄和回放，電子設備驗證和高通道數數據采集都會產生大量的數據。 傳統上，示波器、邏輯分析儀和任意波形發生器等臺式儀器系統只能實現有限的數據串流。 隨著儀器的不斷演進，儀器可能具有令人難以置信的快速采樣率和高信號帶寬，但是儀器與PC之間負責向用戶返回數據以便進行處理或存儲的連接總線卻往往是個瓶頸。 數據通信總線的吞吐量可直接影響儀器帶寬接入，進而影響整體測試和測量時間。

隨著基于PC的測量硬件不斷采用更高性能的數據總線，這些硬件不僅可以更有效地解決現有應用需求，而且還可解決以前無法滿足新的應用需求。 PCI Express到PXI Express總線的演進進一步提高了數據傳輸速率。 從儀器經由控制器到達硬盤的數據串流將儀器的可用內存從百兆字節提高到千兆字節。 利用高帶寬PXI Express總線架構，數據能夠以足夠高的速率實現硬盤，以支持高端儀器。 現在，隨著讀/寫速度和存儲容量的提高，數據流可在比以往更長的測試時間周期內實現更快速的采樣率。

2. 典型的串流架構

典型串流架構的主要目標是為了通過儀器高速來回傳輸數據以便連續生成或采集信號。 執行信號生成任務時，上位機會從內存獲取數據，然后通過通信總線傳輸至儀器。 接著儀器會根據這些數據生成物理信號。 信號采集任務則是反向實現：儀器生成的數據通過總線傳輸至上位機，最后存儲在內存中。 取決于基本組件與總線接口所搭載的技術，很多元件都會給系統帶來吞吐量瓶頸，進而降低串流速率。

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圖1.評估每個系統接口，以便實現最高串流性能來滿足應用需求，例如存儲和回放已記錄的RF數據。

3. 串流架構的發展

PXI-1標準采用外設部件互連標準(Peripheral Component Interconnect, PCI)總線來實現機箱內的PXI模塊與PXI控制器的數據交換。 PCI是一種平行總線，其中最常見的是32位位寬*33 MHz頻率。 PXI模塊所采集的數據會通過PCI總線、I/O控制器與內部總線，從板載設備內存傳送至系統內存(RAM)。 接著再通過內部總線從系統內存傳輸至硬盤。 PXI模塊所產生的數據則會以相反的方向傳輸。

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圖2.PCI系統的數據流架構，位于PXI嵌入式控制器和機箱之間。

根據規范，理論上PCI總線的最大帶寬為132 MB/s，可轉換為110 MB/s的實際持續吞吐量。 由于所有的PCI設備僅通過一條鏈路與主機控制器進行數據通信，因此所有設備都會共享110 MB/s的實際帶寬。 因此就PXI系統而言，PXI機箱內的所有模塊都會共用PCI總線帶寬。 隨著PXI儀器的性能不斷提高，應用也隨之不斷演變，而且模塊與控制器之間需要傳輸的數據量也將持續增加。 對于這些應用，PCI總線的吞吐量將很快就不夠用。

作為PCI總線的進化版，PCI Express保留與PCI的軟件兼容性，并將并行總線替換為高速(2.5 Gb/s)串行總線。它借助稱為“巷道(lane)”的差分信號線對發送數據，使各條巷道在各個方向上具有250 MB/s的帶寬。 多條巷道可組合在一起形成x1（乘一）、x4、x8、x16等典型鏈路帶寬。 x16 Gen1鏈路可提供4 GB/s的單向帶寬。 而且，PCI Express設備不像PCI那樣與總線上的所有設備共享帶寬，而是具有專用帶寬。 因此可使用更多的PXI模塊持續在嵌入式控制器來回傳輸數據。

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圖3：鏈路根據組合中的通道數量進行定義，并且標示為“xN”，N代表巷道數量。 例如，PCI Express Gen1巷道支持250 MB/s的速率，而PCI Express Gen2巷道則可支持500 MB/s的速率。