MXI问题面面观
硬件: VXI/VME/MXI>>MXI Interfaces
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问题: 在使用MXI设备的时候，有哪些常见的问题？
解答:
一、什么是MXI
MXI（Multisystem Extension Interface[1]），中文翻译成多系统延伸接口，实际上是MXIbus的一种简称。MXIbus是一种多路并行总线架构，主要用于仪器间的高速通信。通过这样一种多功能网关，可以实现个人PC，工作站，VXIbus大型机，VMEbus PC，独立仪器设备，以及模块化仪器设备之间的通信。MXIbus的一大应用就是连接独立仪器设备和模块化仪器设备，这可以很大程度上扩展核心计算机所能处理的应用范围。
在NI的产品应用中，使用MXI技术，可以实现对PXI设备和RIO设备的扩展应用。一般来说，我们通过MXI设备连接PXI机箱或者RIO机箱，可以实现一台PC机或PXI控制器来控制多台PXI设备和RIO设备。
这种应用是非常有意义的。当需要使用一个主控制器来控制多台仪器或者模块化仪器的情况下，如果PCI/PXI插槽不够用，使用多个机箱分别控制又无法满足需求的时候，就需要通过某种方式将这些仪器连接起来，并能被一台主控制器识别，这就需要用到MXI技术。MXI的优点是很多的，比如可以扩展待测仪器的距离，可以有效利用高性能计算机来处理复杂数据等等。
二、MXI总线类型
目前NI使用的MXI总线主要包括两大类，MXI和MXI-Express（也称作MXIe）：
MXI-3，MXI-4，MXIe x1，MXIe x4，MXIe x8，MXIe x16
其中，MXI-3和MXI-4是比较老的总线类型，带宽较小，其中MXI-3已经由MXI-4替代，能支持3.3V和5V两种信号环境，应用在以前使用MXI-3的场合。NI推荐使用带宽更大的MXI-Express总线设备。
三、MXI软硬件要求
要使用MXI设备，是需要满足一定的软硬件要求的[2]。
1．软件
在安装使用MXI-Express kit硬件之前，一般建议先把PXI设备需要的所有设备驱动安装完毕，例如NI-DAQmx，NI-VISA，以及一些模块化仪器的驱动，等等。这样就可以获得MXI-Express的全部支持。
对于高级用户，可以只安装PXI Platform Services，这个驱动在已经包含在比如NI-DAQmx这样的设备驱动中，但有些应用场合并不需要安装这些设备驱动，而只需要使用机箱或者MXI设备。这时，可以选择安装PXI Platform Services，这个驱动用来识别PXI/PXIe机箱和模块，以及路由触发信号，并可以获得全部的MXI-Express支持和机箱的识别和配置。
2．硬件
1）这里说的硬件实际上就是用到的MXI板卡，常用的MXI板卡如下表所示。
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Model
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BW
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Features
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PC-PXIe
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MXIe x1
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PXIe-PCIe8360
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192MB/s
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PXIe-PCIe8362
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208MB/s
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MXIe x4
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PXIe-PCIe8371
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798MB/s
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PXIe-PCIe8372
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832MB/s
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PXIe-PCIe8375
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838MB/s
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Fiber-Optic, 100m Max
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MXIe x16
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PXIe-PCIe8388
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5.6GB/s
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P2P supported
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5.6GB/s
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RMC-8354
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8GB/s
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i7-860, 2T HDD, RAID
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PC-PXI
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MXI-4
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PXI-PCI8331
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78MB/s
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PXI-PCI8336
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78MB/s
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Fiber-Optic, 200m Max
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MXIe x1
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PXI-PCI8360
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100MB/s
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PXI-PCIe8361
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110MB/s
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PXI-PCIe8362
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160MB/s
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Laptop-PXI(e)
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MXIe x1
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PXIe-ExpressCard8360
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214MB/s
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PXI-ExpressCard8360
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110MB/s
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MXI-Express RIO
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MXIe x1
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NI 9157
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LX85 FPGA, 14 Slot
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NI 9159
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LX110 FPGA
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可以看到，对应于不同的MXI总线类型，其带宽差异是很大的。现在最新的MXI总线类型为MXIe-x16。
目前NI推荐的MXI产品中，更多的是侧重于MXIe总线的设备，特别是MXI-Express RIO的推出，扩展了MXI的应用范围，可以应用到RT系统中。MXIe总线设备可以获得更大的带宽，对比一下就可以看到，相比MXI-4总线设备78MB/s的传输带宽，MXIe x1/x4/x16的设备可以获得最高达到5.6GB/s的传输速度。
对于已经发布的MXIe x16板卡，会有一些与主系统之间的兼容性问题。这是因为，MXIe x16产品需要基于PC's 时钟才能正常工作，因此必须在主机上进行过电气测试验证过方能使用。目前已经验证的主机为NI RMC-8354 机架式控制器，其他的主机系列将会在未来被陆续通过验证[3]。
2）板卡组成简介
这里简要介绍一下常用到的MXI板卡，ExpressCard 8360和PXI-8360，下面的测试也主要用到的是这两块板卡。
对于ExpressCard，主要是用在有ExpressCard扩展插槽的电脑或者PXI控制器上。在笔记本电脑上，通常是有ExpressCard扩展插槽的，由于笔记本电脑没有传统的PCI/PCIe插槽，要实现MXI应用的时候就需要这种ExpressCard 8360的设备了。另外，对于某些PXI控制器，也是有ExpressCard扩展插槽的，可以用来控制其他的PXI机箱或者RIO机箱。
要控制PXI机箱，需要在PXI机箱中安装MXI板卡，我们这里以PXI-8360为例。PXI-8360有一个MXI接口，插入PXI机箱后，连接由上游机箱引出的线缆，这样，就可以将该机箱作为MXI应用中的下游机箱了。
针对PXI-8360和ExpressCard 8360，用到的线缆为MXI-Express/ExpressCard MXI Cable，这是用于MXI-Express x1的专用线缆。
四、MXI连接方式
对于MXI设备连接，常用的有两种连接方式[4, 5]：星形连接(Star Configuration)和菊花链式连接(Daisy-Chain Configuration)，如图所示：
1．星形连接
在星形结构中，多块MXI板卡安装在同一个PC机中，或者多块MXI板卡装在一台运行Windows操作系统PXI中，每一块卡分别连接到一台PXI机箱上。这种设置相当于并行系统，每一台连接的机箱独享一条PCI/PCIe总线，可以获得高速数据传输。
一般来说，这类MXI板卡会有一个接口，可以接到PXI机箱中对应的MXI板卡上，也有一些PCI/PCIe的MXI板卡会有多个接口，比如PCIe-8362，PCIe-8372等等。
图中给出了星形连接方式的结构图，可以看到，使用一台Host PC，可以控制多台PXI机箱。但这种结构有一个缺点，就是PC机的PCI插槽一般是有限的，因此能够连接的PXI机箱数目也有限。要克服这个缺点，可以使用工作站或者工控机来扩展可用的PCI插槽，从而增加可控制的机箱数。但即使这样，能够连接的MXI设备也是有上限的，一般来说，上限为256，具体可以参照各个PC机的BIOS说明[7]。
另外，星形配置的连接线长度固定，一般PXI机箱与主控PC或机箱的距离有限。当然，对于类似于8375这样的板卡，其可用线缆为光缆，长度可以达到100m，可以实现远距离控制。
2．菊花链式连接
菊花链结构是指，PXI机箱按顺序连接到其他PXI机箱或者作为主控制的PC机上，这种连接方式有些类似于数据结构中的链表，链头和链尾分别连接到上游和下游的设备。
菊花链结构的优点是主控设备和被测量位置可以相隔很远，缺点是吞吐量或者数据传输速率在级联的机箱中是共享的，相当于一个串行系统，如果要处理高速数据采集，必须考虑这里的低速吞吐量。
图中给出了两种菊花链式连接的方式：1）可以直接使用PCIe/PXIe-8375实现菊花链式连接PXIe机箱，由于PXIe-8375有两个端口，可以使用一块PXIe-8375连接上下游两个机箱。
2）使用PXIe-836x或PXIe-837x，安装在第一台PXIe机箱的第一个插槽，然后在第二插槽安装MXI-4板卡PXI-833x，用于连接到后续的PXI机箱上。这种方式是在8375没有推出之前的一种菊花链式解决方案，需要多占用一个插槽，并且MXI-4设备的传输带宽较小，建议使用第一种方式。
五、MXI设备连接
常用的MXI连接的设备分为两种，PXI机箱和MXI-Express RIO机箱。分别就这两种设备做了以下实验：
1．PXI机箱
硬件设备：PXI-ExpressCard 8360，PXI-8360，MXI Cable，PXI-1042Q，DELL E6420 Laptop。
1）笔记本控制PXI机箱
笔记本用作主控设备，扩展插槽插入一块PXI-ExpressCard 8360，PXI机箱的1槽插入一块PXI-8360，通过MXI Cable连接。同时，PXI机箱中插入两块板卡，PXI-5610和PXI-7344。
说明：由于这里安装了两块PXI板卡，要在系统中能正确识别，需要先在笔记本中安装板卡驱动，最新的设备驱动可以到这里下载：NI Device Drivers 2012.08。
先启动PXI-1042Q，然后启动笔记本。笔记本中打开MAX，刷新设备和接口，可以看到通过PXI-8360桥接的设备，为一个未被确认的PXI机箱，以及两块从属关系未确定的板卡。
确认为PXI-1042Q，然后可以看到，设备和接口中出现了一个PXI-1042Q机箱。
展开机箱，可以看到机箱中的板卡PXI-5610和PXI-7344。
这样就可以在笔记本中控制PXI机箱了，要控制板卡的操作，需要在笔记本中安装相应驱动。对于PC机，操作步骤是一致的，需要先在PC机中安装PCI/PCIe的MXI板卡。
2）运行Windows OS的PXI系统控制PXI机箱
除了一般的PC机和笔记本来控制PXI机箱以外，还可以用PXI系统来控制PXI机箱。对于某些PXI控制器，附有ExpressCard扩展插槽，可以插入一块PXI-ExpressCard 8360，这样PXI系统就可以用作主控设备来控制另外的PXI机箱了。
由于ExpressCard扩展插槽数目有限，一般这种方式无法用作星形连接。而菊花链式连接是可以实现的，可以在PXIe机箱中使用8375，或者是使用多个833x板卡。
PXI-8360插入从机箱的1槽，先启动从机箱；主机箱的ExpressCard扩展插槽中插入PXI-ExpressCard 8360，稍后启动主机箱。MAX中可以检测到自身机箱1042Q，另外还有一个未定义的机箱，以及检测到的不属于任何机箱的PXI-5154板卡。实际上，这块板卡是插在从机箱中的，只不过因为从机箱未确认，属于未知设备，MAX无法确定PXI-5154的从属关系。
确认机箱为PXI-1042Q，可以看到设备和接口出现了一个名称为Chassis 2的PXI-1042Q机箱，该机箱中有一块远程控制器PXI-8360，以及一块PXI-5154。而自身机箱PXI-1042Q中的控制器被识别为嵌入式控制器，从控制器的类别就可以判断控制器的从属关系。
2．MXI-Express RIO 机箱[6]
1）笔记本控制MXI-Express RIO机箱
硬件设备：MXI-Express RIO 9159，PXI-ExpressCard 8360，MXI Cable。
MXI-Express RIO机箱内置了MXI设备，在机箱上有两个MXI接口，分别用于连接上游和下游的MXI设备，对于MXI的连接方式，也分为星形连接和菊花链式连接两种方式。
将PXI-ExpressCard 8360插入笔记本的扩展插槽中，连接到一个9159的MXI UpStream端口，将DownStream端口与另一个9159的UpStream相连。这样，就通过菊花链结构连接了两个MXI-Express RIO机箱。
在MAX中可以看到，设备和接口中出现了两个9159，这样就可以在笔记本中对两个RIO设备进行配置。
按照一般的cRIO的使用方法，新建LabVIEW项目，添加终端，可以看到连接的两个MXIe-RIO机箱，添加后，可以继续添加机箱中的C模块。
找到相应的模块，并添加，可以在项目中看到，模块出现在FPGA终端下面，需要注意的是，在MXIe-RIO机箱中，对FPGA的操作是不支持Scan模式的，必须采用FPGA模式来做配置。也就是说，MXIe-RIO机箱中，没有内置的扫描引擎，这一点与cRIO不同[7]。
2）安装Real-Time Hypervisor的PXI系统控制MXI-Express RIO机箱
另外，MXIe-RIO机箱也是可以配置到RT系统下的[8, 9]。这需要控制器运行的是Real-Time Hypervisor Systems，关于Real-Time Hypervisor Systems的信息，可以参阅基于Windows的NI实时管理程序(Real-Time Hypervisor)和基于Red Hat Enterprise Linux的NI实时管理程序(Real-Time Hypervisor)。
当控制器安装了Real-Time Hypervisor后，可以并行运行RT和Windows/Linux，由于Linux平台下还没有提供对于MXI/MXIe设备的支持，这里主要讨论并行运行RT和Windows的情况。
对于常用的PXI/PXIe控制器，某些控制器只能在Windows平台下配置MXIe-RIO机箱，某些可以在RT系统下配置MXIe-RIO机箱，这主要是根据控制器的中断线类型来区分的，中断类型A只能配置在Windows平台下，包括PXIe-8133、PXIe-8108、PXI-8109和PXI-8110，而工业控制器中断类型为D，可以配置在RT系统下，比如NI 3110，NI 3100。
六、MXI会遇到的问题
1．上电顺序[10, 11]
对于PXI机箱，必须保证是处于下游的从机箱先上电，处于控制位置的PC机或主机箱后上电，这样可以保证从机箱中的状态及板卡的启动状态先配置好，然后PC机或主机箱启动时就可以将这些配置加载，让BIOS给机箱中的设备分配资源，正确识别这些设备。
但这个上电顺序并不是唯一的，对于某些PXIe机箱，比如PXIe-1062，包含一个上电选项的功能，这个功能是通过MXIe控制器来决定的。在PC机中使用MXIe x1/x4板卡， 1）先直接启动PC机，然后会自动将下游的PXIe机箱启动；或者2）先启动PXIe机箱，可以直接启动PC机。这个功能对于含有内置MXI控制器的机箱是不适用的，比如PXI-1033或PXIe-1073，这类机箱的上电选项已经固化在机箱中，不可更改。要禁用这个功能也很简单，只要保证下游的从机箱先启动，用于控制的PC机或者主机箱后启动，就可以自动禁用这个功能。
这个上电选项的配置可以使用附件NIPXIRemoteConfig.exe。
2．MXI兼容问题[12, 13]
当连接MXI设备时，会出现系统无法启动或者无法识别PXI/PXIe设备的情况，建议安装MXI/MXIe BIOS Compatibility Software，按照Readme文件中的指示进行操作。对于传统的MXI-3设备，如果出现了类似的问题，可以安装MXI-3 Software。需要注意的是，在系统能够正常启动并识别设备的时候，不建议安装这些兼容性软件，这样会增加BIOS启动配置的复杂性。
对于某些主板的BIOS，会出现一些MXI的兼容问题，建议先检查上电顺序，线缆连接，以及板卡指示灯是否正常[3]，如果都正常，建议执行下面的操作：
1）更新PC机或笔记本电脑的BIOS，厂商可能会更新BIOS以解决现有的一些问题。
2）尝试不同的PCI或PCI Express插槽，某些BIOS的算法在某些插槽内会有更好的性能。
3）尝试禁止计算机BIOS的板上主板资源，释放这些资源可以帮助提高PCI的可扩展性。
4）降低PCI桥深度，如果使用的是菊花链连接方式，把主PXI板卡放在机箱的第一个插槽。
5）移除板卡，以及其上的PCI-PCI桥，如PXI-GPIB/ENET板卡，观察是否性能改观，尝试使用单桥机箱替代多桥机箱，减少多余的PCI-PCI桥，14槽的PXI-1044和18槽的PXI-1045有3个PCI总线分部。
6）NI测试过HP、DELL以及NI的控制器，并未对市面上所有品牌机器做相应的测试。因此，如果出现工控机使用MXI出现了问题，可以告诉客户先去询问主板厂商，因为BIOS的更新是由各个主板厂商来提供的。实在无法解决，但又很需要这种方式来控制PXI机箱或者MXI-Express RIO机箱的情况下，建议用HP或者DELL的工作站来代替。
相关链接:
附件:
NIPXIRemoteConfig.exe
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报告日期: 01/10/2013
最近更新: 01/10/2013
文档编号: 659JSO0X