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

圖2 分布式測試與故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 同步測試的實現(xiàn)策略

在分布式測試與故障診斷系統(tǒng)中，同步測試、同步試驗是一個非常普遍的需求。VXI儀器可以通過背板總線觸發(fā)實現(xiàn)同步測試，但是這種方法對于同一機箱內(nèi)的模塊之間是可行的，對于不同機箱之間就難以實現(xiàn)同步。LXI儀器提供了三種同步觸發(fā)機制：網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)，IEEE－1588時鐘同步觸發(fā)和觸發(fā)總線。下面將分析這三種機制的實現(xiàn)機理并提出遠程測試與故障診斷系統(tǒng)的同步實現(xiàn)策略。

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)

實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，多個LXI設(shè)備之間通過交換機或集線器連接在一起，網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)消息可以由計算機發(fā)給所有設(shè)備，或者由其中一個設(shè)備發(fā)給其它所有設(shè)備，這樣就可以實現(xiàn)一點對多點的觸發(fā)應(yīng)用，因為觸發(fā)消息在網(wǎng)絡(luò)間的傳遞是采用標(biāo)準(zhǔn)UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，不需要網(wǎng)絡(luò)握手，所以網(wǎng)絡(luò)延時比采用TCP/IP協(xié)議時小的多；另外，觸發(fā)消息也可以由其中一個設(shè)備發(fā)給同一網(wǎng)段中的另一個設(shè)備，這是點對點的觸發(fā)方式。采用網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)的優(yōu)點是：

1) 比通過軟件觸發(fā)有更大的靈活性

2) 不需要專門的觸發(fā)線

3) 沒有距離的限制

4) LXI模塊之間可以相互協(xié)調(diào)，排除了計算機處理速度的瓶頸影響，從而減小了網(wǎng)絡(luò)延時

圖3 網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2.2 IEEE-1588 時鐘同步觸發(fā)

IEEE-1588的時鐘同步網(wǎng)絡(luò)拓補結(jié)構(gòu)如圖4所示。在網(wǎng)絡(luò)中選擇其中一個LXI儀器做為主時鐘儀器，其它儀器為從時鐘儀器。同步原理如圖5所示。

圖4 IEEE-1588網(wǎng)絡(luò)時鐘同步結(jié)構(gòu)圖

主時鐘向所有從時鐘發(fā)出一個同步信息包（簡稱SyncMessage 信息），而且這個信息包中包含有信息發(fā)出的精確時間，假設(shè)主時鐘發(fā)出信息包的精確時間為T1。

從時鐘接收同步信息包，假設(shè)從時鐘接收到信息包的時間為T2。T2=T1-offset＋delay1，delay1為網(wǎng)絡(luò)延時。

然后，從時鐘在T3時刻發(fā)出延時請求信息包（簡稱DelayMessage）,主時鐘在T4時刻收到這個信息包。T3=t4-offsetdelay2。delay2為網(wǎng)絡(luò)延時。

主時鐘最后給從時鐘發(fā)送一個延時響應(yīng)信息包（簡稱DelayResp）這個信息包中含有T4這個時間。

這樣，從時鐘就已知了T1、T2、T3和T4這四個變量，假設(shè)主、從時鐘之間的網(wǎng)絡(luò)延時是對等的，可以用下面的公式計算出從時鐘與主時鐘之間的偏差，從而每個從時鐘校準(zhǔn)自己的時間。

Delay=(delay1+delay2)/2

Delay=(T2-T1+T4-T3)/2

Offset=T1-T2＋delay

在上面的公式計算中，我們假設(shè)了網(wǎng)絡(luò)延時是對等的，但在實際的工程應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)延時不可能完全相同，所以就存在主時鐘和從時鐘之間的同步誤差，這個誤差小于100ns[3]。

圖5 1588時鐘同步的原理圖

測試系統(tǒng)利用1588時鐘同步時，觸發(fā)信號是告訴各個器件何時啟動輸出它的信號,因為每個器件根據(jù)指定的時間啟動，而不是根據(jù)何時接收到以太網(wǎng)發(fā)出的命令來啟動，所以以太網(wǎng)的開銷或延遲時間對被觸發(fā)器件沒有影響。所以1588網(wǎng)絡(luò)時鐘同步觸發(fā)方式特別適用于分布式遠距離同步數(shù)據(jù)采集等測試任務(wù)，不用單獨連接觸發(fā)電纜，且不受距離的限制。

3.2.3 LXI 觸發(fā)總線

LXI 觸發(fā)總線配置在A 級模塊,它是8線的多點低壓差分系統(tǒng)(M2LVDS) 總線,可將LXI 模塊配置成為觸發(fā)信號源或接收器,觸發(fā)總線接口亦可設(shè)置成“線或”邏輯。每個LXI 模塊都裝有輸入輸出連接器,可供模塊作菊形鏈接。LXI 觸發(fā)總線與VXI 和PXI的背板總線十分相似,它們可配置成串行總線或星形總線如圖6所示。這種觸發(fā)同步方法充分利用了VXI 和PXI 觸發(fā)總線的優(yōu)點，同步精度很高，主要取決于觸發(fā)總線的長度，大約是5ns/米。適用于測試儀器相互靠得很近的應(yīng)用系統(tǒng)。

圖6 LXI觸發(fā)總線使用方法

綜上所述，網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)、IEEE-1588時鐘同步觸發(fā)和觸發(fā)總線三種方式的同步精度依次遞增。1588網(wǎng)絡(luò)時鐘同步精度小于100ns，觸發(fā)總線的同步精度是5ns/米，而網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)由于受到網(wǎng)絡(luò)傳輸延時的影響，同步誤差在毫秒級，所以在本系統(tǒng)中采用1588時鐘同步和觸發(fā)總線兩種方式相結(jié)合來實現(xiàn)同步測試。如果對于某個監(jiān)測點需要采集多個信號，而且具有同步要求，可以將LXI模塊采用觸發(fā)總線連接起來，控制計算機只要通過網(wǎng)絡(luò)啟動其中一臺儀器工作，其它儀器都可以實現(xiàn)同步工作；在不同監(jiān)測點之間可以通過IEEE-1588網(wǎng)絡(luò)時鐘同步協(xié)議來實現(xiàn)整個系統(tǒng)得同步。

3.3 減小網(wǎng)絡(luò)延時的方法

LXI儀器采用網(wǎng)線與測試計算機相連接，所以數(shù)據(jù)傳輸距離要比GPIB儀器和VXI儀器遠的多，可以說不受距離的限制。但是，隨之而來的問題是測試延時的問題，通常從計算機發(fā)出一個測試命令，到LXI儀器返回數(shù)據(jù)大約需要70us的時間，最長可達1ms，主要取決于網(wǎng)絡(luò)握手的速度。對于實時性要求高的測試系統(tǒng)來說，可以通過下面這些手段來減小網(wǎng)絡(luò)傳輸延時對測試的影響。

1) 采用SCPI命令直接對LXI儀器進行編程控制，可以提高速率，因為采用上層驅(qū)動程序時，需要將參數(shù)解析成SCPI命令。