在工业 4.0 趋势下，工厂势必得导入智能系统辅助，而深度学习、3D 感测及图形运算等技术也将带来大量资料传输的需求，这就让高速的工业总线技术角色愈加吃重。如今，PCI 和 PCI Express 是两种重要的总线技术，新一代 PCI Express（简称 PCIe）较已被广泛采用的 PCI 具有更高效能，不但沿用原有 PCI 编程概念及通讯标准，且建基于更快的串行通讯系统，仅需修改实体层，无须修改软件，即可将现有 PCI 系统转换为 PCIe。
除此之外，PCI 装置支援热拔插、热交换与随插即用等特性，保留了 PCI 定址模式的相容性，以确保现有应用与驱动程式可继续作业无虞，因此主板厂的设计使用 PCIe 界面，也已成为常态。而在智慧工厂中的主要应用领域，可分为机器视觉、运动控制以及资料采集三大类，为因应这一趋势，研华科技（Advantech）则分别提供完整的解决方案，满足各行业所需。
机器视觉
机器视觉技术被广泛用于自动化生产制造流程，以提高半导体、汽车、电子等行业的生产力与良率，越来越多的应用需要极高的精度及速度。同时，3D 机器视觉与 AI 更带动大量图像资料需求，于是以 PC-Based 为架构的机器视觉应用，由于高速总线与高运算量的优势，逐渐成为机器视觉市场的主流方案。
过往的机器视觉应用，主要规格为“0.3MP，30fps，灰阶影像”。由于精度、速度的提升，加上智慧制造的需求，使得“2.0MP，60fps，彩色影像”的应用方兴未艾，高资料传输量的 PCIe 总线遂成为 PC-Based 机器视觉的最佳选择，并广泛运用于量测、瑕疵检测等应用。此外，PCIe 总线采用序列式通讯协定，大幅改善以往 PCI 总线的效能，并提供可靠、高带宽点对点独立带宽的传输资料；而支援 DMA，不占用任何 CPU 资源，也非常符合机器视觉多相机应用的需求。
运动控制
在工业物联网的浪潮下，传统生产线的变革及新世代智慧工厂的诞生，让以运动控制为代表的自动化技术广泛应用，未来运动控制的发展将趋向高速度、高精度及网络化，并以各种边缘运算装置结合云端服务平台，进而融合讯资讯技术，达到智慧化的先进制造。
如今，设备和服务端之间具有高度联网和强大的通讯能力，而高速、高效、安全的现场总线是智慧工厂的基本要求。近年来兴起的 EtherCAT 通讯标准，因为采用了独特的数据处理方式“On the fly”，突破了传统以太网技术的性能局限，使得自动化平台兼具即时性与开放性。PCIe 界面的 EtherCAT 主站控制卡，可提供更高的传输带宽，面对高速点位运动及高精度的轨迹控制，保证即时性及稳定性，不受电脑平台影响，能做到误差仅一微秒（1µs）的精确同步控制。
资料采集
早期的 33 MHz PCI 总线非常符合主流周边设备的 I/O 带宽需求。然而，现阶段的发展已不可同日而语，处理器与内存的带宽大幅提升，且处理器速度几乎是以等比速率增加。各种新兴的 I/O 技术如 Gigabit Etherne t与 IEEE 1394B，几乎取代总线上单一装置所配备的所有 PCI 总线带宽，在特定应用中的时脉频率已不敷使用，无法满足电力管理、I/O 虚拟化与服务品质等需要绝对稳定的带宽与精确潜时的新一代 I/O 需求。
若透过 PCIe 界面卡，则能有效减少带宽问题，所需的缓冲内存数量将远低于传统 PCI 界面卡所需。新一代的 I/O 需求，如服务量测品质与电力管理，也可提升资料完整性，并允许系统装置进行选择性断电。此外，就算尚未完成的传输作业占用其他通道，也可透过虚拟通道进行资料传输。
对于系统自动化来说，PCI 总线多年来一直是插卡式扩充界面卡的首选。而新一代的 PCIe 则具有更高效能，与 PCI 相比，PCIe 提供高效能、精准即时传输、分层结构、I/O 简化与易用等优势，不但可提升整体效益，更可进一步完善设备自动化的需求，相关的模组化解决方案对于建置智慧工厂将有极大助益。
前往了解：驱动智慧工厂的关键──PCIe
（首图来源：Shutterstock）
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