LXI總線技術(shù)特點(diǎn)及其在分布式測試與診斷系統(tǒng)中的應(yīng)

摘要：將LXI 技術(shù)應(yīng)用到遠(yuǎn)程分布式測試與故障診斷系統(tǒng)中可以很好地解決分布式測試和異構(gòu)測試系統(tǒng)的融合問題。本文從測試總線的發(fā)展著手，介紹了LXI 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，較深入地分析了同步和觸發(fā)技術(shù)的原理以及在分布式測試系統(tǒng)中的應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：LXI 技術(shù)；IEEE-1588 時(shí)鐘同步；觸發(fā)；遠(yuǎn)程分布式測試；

1、引言

自從上世紀(jì)70 年代初，惠普公司推出GPIB 通用儀器總線以來，測試儀器的發(fā)展經(jīng)歷了GPIB總線、VXI總線和PXI總線等多種形式。采用這些總線技術(shù)組建的測試系統(tǒng)被廣泛地使用。但是，不管采用哪種技術(shù)的軍用自動(dòng)測試系統(tǒng)都存在很多不足。如：GPIB儀器體積和重量大，數(shù)據(jù)傳輸速度慢，且要用GPIB 卡和電纜來實(shí)現(xiàn)程控，成本較高；VXI 系統(tǒng)雖然有較小的體積和重量，通道數(shù)也很多，但是VXI 系統(tǒng)必須采用VXI 機(jī)箱、零槽控制器以及1394－PCI 接口卡才可實(shí)現(xiàn)程控，構(gòu)建系統(tǒng)的成本比較高；PXI 儀器雖然比VXI 儀器的體積小，重量輕，成本也低，但PXI 總線儀器的功能覆蓋面有限, 儀器品種也遠(yuǎn)比VXI 儀器少，通道數(shù)和電磁兼容性都比VXI 差[1]。另外，目前的軍用測試系統(tǒng)所面臨的共性問題是：測試設(shè)備ATE 與被測對象之間的距離受限制，不能太遠(yuǎn)，如果兩個(gè)被測對象離得較遠(yuǎn)就很難統(tǒng)一到一個(gè)測試系統(tǒng)中。尤其在遠(yuǎn)程分布式測試應(yīng)用中系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。因此，研發(fā)具備網(wǎng)絡(luò)化測試能力的新一代儀器就成為必然。于是，安捷倫公司和VXI 科技公司共同合作，于2004年9 月14 日提出一種新型儀器接口規(guī)范，全稱為LAN-based Extensions for Instrumentation(局域網(wǎng)技術(shù)在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展)，簡稱LXI。它基于著名的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)（Ethernet）技術(shù)，擴(kuò)展了儀器需要的語言、命令、協(xié)議等內(nèi)容；它集臺式儀器的內(nèi)置測量科學(xué)及PC 標(biāo)準(zhǔn)I/O 連通能力和基于插卡框架系統(tǒng)的模塊化和小尺寸于一身，構(gòu)成了一種適用于自動(dòng)測試系統(tǒng)的新一代模塊化儀器平臺標(biāo)準(zhǔn)。本文將介紹LXI 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，LXI 總線的觸發(fā)和同步技術(shù)的原理及在遠(yuǎn)程分布式測試系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2、LXI 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 提高了系統(tǒng)的吞吐率

GPIB 總線的數(shù)據(jù)傳輸速率小于1M 字節(jié)/s；1998 年修訂的VXI 規(guī)范 2.0 版本提供了64 位擴(kuò)展能力，其背板的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)80Mbps，如果采用IEEE1394 總線連接計(jì)算機(jī)與VXI 設(shè)備，那么目前1394 總線的傳站速度可達(dá)100Mb/s； LXI 儀器采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口傳遞數(shù)據(jù)，而網(wǎng)絡(luò)傳輸速度在過去15 年里從10Mb/s 發(fā)展到10Gb/s，而且向后兼容，所以采用LXI 總線技術(shù)將提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。

除了網(wǎng)絡(luò)傳輸速率快之外，LXI 儀器還提供了兩種提升系統(tǒng)吞吐率的方法。第一種方法是軟件例程在 LXI 模塊內(nèi)運(yùn)行，這就有可能在LXI 模塊中執(zhí)行基本分析功能，而航天測控只把結(jié)果（而非數(shù)據(jù)塊）送至主 PC。如有必要，高級例程可在通常比大多數(shù)LXI 模塊有更強(qiáng)計(jì)算能力的 PC 中運(yùn)行。第二種方法是用 LXI 模塊間的對等通信協(xié)調(diào)它們的活動(dòng)，從而消除因PC 處理所有消息而可能產(chǎn)
生的瓶頸。

2.2 結(jié)構(gòu)形式靈活

LXI 儀器在寬度上有半寬和全寬機(jī)架寬度兩種，在高度上有1U、2U、3U 和4U 幾種。因而能容易地將各種功能的模塊混裝在機(jī)柜中。也可放在夾具中，掛在墻上，或附在某些設(shè)備的小型裝置上。與VXI 和PXI 受限于特定模塊尺寸不同，LXI 的尺寸能完全符合應(yīng)用的需要。

2.3 提高了系統(tǒng)的靈活性并降低了成本

由于LXI 儀器的核心硬件技術(shù)與臺式儀器的核心硬件技術(shù)相同，所以在研發(fā)階段在臺式儀器上使用的測試方法和測試軟件同樣可以方便地移植到LXI 系統(tǒng)中，從而降低了重新編寫測試軟件和驗(yàn)證系統(tǒng)性能的費(fèi)用。在組建測試系統(tǒng)方面，LXI 模塊自帶了處理器、LAN 連接、電源和觸發(fā)器輸入；并且不需要機(jī)箱和零槽控制器，不需要專用接口卡和昂貴的電纜。這一改變?yōu)闇y試系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師提供了最佳的靈活性并且大大降低了成本，他們能按照需求添加新的LXI模塊而不用擔(dān)心機(jī)箱的電源功率是否足夠、散熱是否充分、或是否需要購買一套更大的機(jī)箱、或是否需要更換一個(gè)全新測試系統(tǒng)體系。從傳輸距離來看，點(diǎn)對點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸距離是100m，利用交換機(jī)或集線器可以到200m，如果用光纖通訊可以達(dá)到幾千公里，所以，LXI 系統(tǒng)可以不受節(jié)點(diǎn)和距離的限制。

2.4 降低了測試系統(tǒng)的建立時(shí)間

LXI儀器采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口與計(jì)算機(jī)相連接，并且可以自動(dòng)識別網(wǎng)線的極性；每個(gè)LXI儀器的IP地址可以手動(dòng)設(shè)置，也可以在系統(tǒng)中自動(dòng)分配，所以這就使得用LXI測試設(shè)備組建測試系統(tǒng)的時(shí)間大大減小，而且難度也降低了。

3、LXI 技術(shù)在分布式測試與故障診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

對于某武器系統(tǒng)試驗(yàn)基地來講，整個(gè)試驗(yàn)場地一周大約有幾十公里，甚至上百公里，試驗(yàn)項(xiàng)目很多，如測速度，測加速度，測沖擊力，測功率和頻率，地面遙測遙控，環(huán)境參數(shù)監(jiān)測如溫度、濕度、氣壓、風(fēng)力和風(fēng)向等等，總之，監(jiān)測點(diǎn)比較多而且又不集中在一起。對于這樣的試驗(yàn)環(huán)境如果采用集中式的測量控制系統(tǒng)顯然是不可能的，因此要考慮分布式的測試系統(tǒng)。

如果采用VXI總線或GPIB總線的程控儀器結(jié)構(gòu)，如圖1所示。這種結(jié)構(gòu)要求在每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)建立一套獨(dú)立的測試系統(tǒng)，分別由終端計(jì)算機(jī)和VXI儀器、PXI儀器或GPIB儀器組成，然后每個(gè)終端機(jī)和服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)連接，從而組成分布式測試系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都由終端計(jì)算機(jī)控制，中心服務(wù)器不具備遠(yuǎn)程控制的能力；每個(gè)節(jié)點(diǎn)，不管監(jiān)測參數(shù)多少，哪怕只監(jiān)測一個(gè)參數(shù)，也得一臺計(jì)算機(jī)和一臺儀器組成測試系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且造成系統(tǒng)資源浪費(fèi)。

圖1 利用傳統(tǒng)儀器構(gòu)建的系統(tǒng)

經(jīng)過綜合考慮，本系統(tǒng)采用了以LXI總線為主，VXI和GPIB等其它總線為輔的混合總線體系結(jié)構(gòu)，如圖2所示。在這個(gè)系統(tǒng)中，大多數(shù)監(jiān)測點(diǎn)采用LXI儀器來實(shí)現(xiàn)測量和控制，各個(gè)LXI儀器直接連接到網(wǎng)絡(luò)上，由于每個(gè)LXI設(shè)備有自己的處理器，所以監(jiān)測節(jié)點(diǎn)處不需要終端計(jì)算機(jī)。對于某些試驗(yàn)項(xiàng)目，如導(dǎo)彈地面測試，有相對成熟的VXI或GPIB總線系統(tǒng)，為了節(jié)約成本，將這些系統(tǒng)也接入到LXI總線系統(tǒng)中。由于很多儀器供應(yīng)商提供了GPIB與LAN得轉(zhuǎn)換器，以及支持網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牧悴劭刂破?，這就使已有的GPIB、VXI和PXI測試系統(tǒng)可以很容易地接入到整個(gè)LXI網(wǎng)絡(luò)中來。從圖2可以看出，采用LXI總線技術(shù)即簡化了系統(tǒng)配置，節(jié)約了系統(tǒng)資源，又增加了系統(tǒng)得靈活性。