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

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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試系統(tǒng)所面臨的共性問題是：測(cè)試設(shè)備ATE 與被測(cè)對(duì)象之間的距離受限制，不能太遠(yuǎn)，如果兩個(gè)被測(cè)對(duì)象離得較遠(yuǎn)就很難統(tǒng)一到一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)中。尤其在遠(yuǎn)程分布式測(cè)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(cè)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L(zhǎng)AN-based Extensions for Instrumentation(局域網(wǎng)技術(shù)在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展)，簡(jiǎn)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(tái)式儀器的內(nèi)置測(cè)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(cè)試系統(tǒng)的新一代模塊化儀器平臺(tái)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(cè)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(cè)控只把結(jié)果（而非數(shù)據(jù)塊）送至主 PC。如有必要，高級(jí)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(duì)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(tái)式儀器的核心硬件技術(shù)相同，所以在研發(fā)階段在臺(tái)式儀器上使用的測(cè)試方法和測(cè)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(cè)試軟件和驗(yàn)證系統(tǒng)性能的費(fèi)用。在組建測(cè)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(cè)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(gòu)買一套更大的機(jī)箱、或是否需要更換一個(gè)全新測(cè)試系統(tǒng)體系。從傳輸距離來看，點(diǎn)對(duì)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(cè)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(shí)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(cè)試設(shè)備組建測(cè)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(cè)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(duì)于某武器系統(tǒng)試驗(yàn)基地來講，整個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)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(cè)速度，測(cè)加速度，測(cè)沖擊力，測(cè)功率和頻率，地面遙測(cè)遙控，環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)如溫度、濕度、氣壓、風(fēng)力和風(fēng)向等等，總之，監(jiān)測(cè)點(diǎn)比較多而且又不集中在一起。對(duì)于這樣的試驗(yàn)環(huán)境如果采用集中式的測(cè)量控制系統(tǒng)顯然是不可能的，因此要考慮分布式的測(cè)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(cè)點(diǎn)建立一套獨(dú)立的測(cè)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(cè)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(cè)參數(shù)多少，哪怕只監(jiān)測(cè)一個(gè)參數(shù)，也得一臺(tái)計(jì)算機(jī)和一臺(tái)儀器組成測(cè)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)