LXI測(cè)試系統(tǒng)中IEEE1588 的應(yīng)用

源于IEEE 的基于時(shí)間的觸發(fā)并非適應(yīng)所有測(cè)試應(yīng)用的靈丹妙藥，它只是提供另一種觸發(fā)機(jī)制。基于時(shí)間的觸發(fā)要求事先排出儀器動(dòng)作的時(shí)間表，但這并非永遠(yuǎn)可行。例如基于時(shí)間的觸發(fā)不能用于響應(yīng)異步事件，對(duì)于UUT引入的觸發(fā)事件也是很差的選擇。

通過在導(dǎo)線上發(fā)送電信號(hào)，LXI 支持基于LAN 的觸發(fā)，這很像是傳統(tǒng)的硬件觸發(fā)。當(dāng)接收裝置收到信號(hào)時(shí)，就執(zhí)行一個(gè)預(yù)先確定的行動(dòng)。在許多應(yīng)用中，基于LAN的觸發(fā)可去掉雜亂的觸發(fā)電纜，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)集成和實(shí)現(xiàn)流程式的裝置升級(jí)?；贚AN觸發(fā)強(qiáng)于傳統(tǒng)的硬件觸發(fā)，因?yàn)樗軘y帶硬件觸發(fā)不具備的時(shí)戳信息。LXI 儀器提供基于同步系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)戳，給予系統(tǒng)集成者事件何時(shí)發(fā)生或協(xié)調(diào)多個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間記錄。在實(shí)際應(yīng)用中，它提出了一些重要的觸發(fā)模型，如環(huán)形數(shù)據(jù)捕獲緩沖器。此時(shí)可把一個(gè)LXI 裝置編程為捕獲環(huán)形緩沖器中的數(shù)據(jù)，就像邏輯分析儀所做的那樣。當(dāng)LAN觸發(fā)到達(dá)時(shí)，數(shù)字化儀用包含在觸發(fā)中的時(shí)戳“回看”發(fā)生在觸發(fā)信號(hào)接收前的捕獲事件時(shí)間。這項(xiàng)觸發(fā)技術(shù)在過去大多數(shù)儀器中是不可能具備的。

IEEE 1588: 關(guān)鍵的促成技術(shù)

與測(cè)試系統(tǒng)集成商的討論證實(shí)， IEEE 1588 通過提供原來沒有的同步和時(shí)戳機(jī)制，能夠簡(jiǎn)化集成工程師的任務(wù)。從歷史上看，集成工程是通過為系統(tǒng)硬件編寫專門的代碼，以編程方式補(bǔ)償延遲，但在更換硬件或電纜長(zhǎng)度改變時(shí)，原來的代碼就失去作用，而需要投入昂貴的查錯(cuò)和返工費(fèi)用。隨著集成者越來越熟悉 IEEE 1588，我們相信市場(chǎng)需求會(huì)促使它成為測(cè)試和測(cè)量行業(yè)的一項(xiàng)主導(dǎo)產(chǎn)品。對(duì)于許多應(yīng)用來說，系統(tǒng)開發(fā)者不再需要校準(zhǔn)和修正觸發(fā)電纜延遲，并相信定時(shí)特性不會(huì)干擾脆弱的測(cè)試程序。

IEEE 1588 把時(shí)間概念帶入網(wǎng)絡(luò)，提供協(xié)調(diào)跨分布節(jié)點(diǎn)動(dòng)作的機(jī)制。雖然IEEE 1588 定義了如何同步網(wǎng)絡(luò)上的時(shí)鐘，卻沒有說明如何施加這一同步。LXI通過定義如何在測(cè)試環(huán)境中進(jìn)行而擴(kuò)展了IEEE 1588 的基礎(chǔ)。LXI 聯(lián)盟定義了基于LAN和基于時(shí)間的觸發(fā)特性，對(duì)如何施加基于時(shí)間的觸發(fā)作了詳細(xì)的API 描述。一個(gè)統(tǒng)一的LXI 觸發(fā)模型允許測(cè)試程序員容易地在硬件、軟件和時(shí)間感應(yīng)觸發(fā)間轉(zhuǎn)換，通過減少硬件和電纜簡(jiǎn)化集成者的任務(wù)。

LXI 對(duì)等通信

IEEE 1588 和LXI 規(guī)范幫助啟用對(duì)等的或模塊 — 模塊的通信。在LXI 出現(xiàn)前，大多數(shù)測(cè)試和測(cè)量系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)依賴使用中央控制器的主從配置。除承載較快觸發(fā)沿的基本觸發(fā)線外，它們沒有儀器至儀器的通信。每臺(tái)儀器直接與控制器通信，然后把命令發(fā)送到其它儀器。這種在行業(yè)內(nèi)存在多年的方式不能利用分布式計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的多種優(yōu)點(diǎn)。高通道數(shù)系統(tǒng)或基于控制器的測(cè)量應(yīng)用讓中央控制器承受很重的負(fù)擔(dān)，這就造成了處理瓶頸，而難以很好利用高帶寬IO，也達(dá)不到預(yù)期的性能級(jí)。有了LXI，儀器能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于控制器的相互通信。這就能簡(jiǎn)化許多應(yīng)用，如激勵(lì) — 響應(yīng)測(cè)量。LXI允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)者下載可執(zhí)行代碼，它由來自系統(tǒng)中的一臺(tái)或多臺(tái)其它儀器觸發(fā)，讓控制器處理數(shù)據(jù)，而不是執(zhí)行控制任務(wù)。較少的系統(tǒng)管理得到系統(tǒng)響應(yīng)更敏捷的結(jié)果。

也許LXI IEEE 1588 啟用的對(duì)等通信帶來的最大好處是能把測(cè)試軟件與系統(tǒng)硬件脫鉤。每一LXI 裝置都知道自己的響應(yīng)時(shí)間，這意味著它能事先把自己設(shè)置為執(zhí)行命令或腳本，然后等待觸發(fā)。裝置可以多點(diǎn)傳送命令，而不必了解誰在聽取命令，裝置也可聽取命令，而不必了解是誰發(fā)送的命令，并過濾掉除所需命令外的其它內(nèi)容?？刂破骱蜏y(cè)試軟件不需要知道裝置的執(zhí)行時(shí)間，也不必在任何事件前建造設(shè)置或延遲。我們現(xiàn)在擁有的系統(tǒng)允許裝置的行為彼此獨(dú)立或獨(dú)立于控制器，這樣，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者和支持者在改變?cè)O(shè)備時(shí)就可不必改變?nèi)魏螠y(cè)試代碼。其結(jié)果是測(cè)試程序與底層硬件脫鉤，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試程序的透明性。

把LAN 和IEEE 1588 用于測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用

系統(tǒng)集成者發(fā)現(xiàn)IEEE 1558帶來許多優(yōu)點(diǎn)。有些是明顯和容易想到的，例如在長(zhǎng)距離上的同步能力。天線測(cè)試范圍就屬這種情況。但有些卻不甚明顯，如可在某些應(yīng)用中去掉觸發(fā)電纜，或是不需要校準(zhǔn)和修正多條觸發(fā)電纜的延遲。由于改變硬件不影響測(cè)試程序，因此這兩種情況都能簡(jiǎn)化程序員的任務(wù)，使軟件維護(hù)更為容易。在典型測(cè)試系統(tǒng)中，軟件開發(fā)和維護(hù)的成本會(huì)低于硬件購置費(fèi)。

IEEE 1588和LAN觸發(fā)能代替部分，但非全部觸發(fā)電纜。代替電纜的能力取決于測(cè)試系統(tǒng)的速度要求，而往往由被測(cè)裝置決定。某些測(cè)試系統(tǒng)，例如測(cè)量溫度、壓力或機(jī)械激勵(lì)的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用要求毫秒級(jí)或微秒級(jí)的分辨率，這正在今天IEEE 1588 的能力范圍內(nèi)。而有嚴(yán)格時(shí)間要求的應(yīng)用，例如高速雷達(dá)和一些無線應(yīng)用這類射頻應(yīng)用，以及示波器和邏輯分析儀的觸發(fā)，都要求達(dá)到納秒甚至亞納秒的分辨率，這已超出今天IEEE 1588 的能力?；贗EEE 的觸發(fā)也不能很好適用于具有快速異步或設(shè)備感應(yīng)觸發(fā)的應(yīng)用。但這些應(yīng)用也正是改進(jìn)IEEE 1588 速度和分辨率的原動(dòng)力。

用IEEE 1588提供時(shí)戳，儀器提供商和系統(tǒng)集成商就能使用環(huán)形緩沖技術(shù)“回放時(shí)間”和調(diào)查觸發(fā)前的事件。這項(xiàng)技術(shù)已在邏輯分析儀和示波器中運(yùn)用多年，IEEE 1588 使它能用于許多其它儀器和系統(tǒng)。自動(dòng)的數(shù)據(jù)時(shí)戳意味著控制器和應(yīng)用軟件不再需要跟蹤獲取數(shù)據(jù)的時(shí)間，簡(jiǎn)化開發(fā)大型測(cè)試系統(tǒng)中這一繁瑣和易錯(cuò)的環(huán)節(jié)。許多航空航天系統(tǒng)有成百上千條控制和數(shù)據(jù)線，可通過分布式的檢測(cè)測(cè)試系統(tǒng)信號(hào)沿的暫停，從而去掉許多這樣的信號(hào)線。這就簡(jiǎn)化了線纜和儀器至UUT的接口，縮短重配置時(shí)間，克服測(cè)試程序集，即通常稱為TPS的脆弱性。想象一臺(tái)有數(shù)千個(gè)傳感器的儀器，用它來監(jiān)視噴氣引擎的復(fù)雜激勵(lì) — 響應(yīng)通道?；蚩紤]在飛機(jī)機(jī)身上貼有數(shù)千應(yīng)變片的模態(tài)分析系統(tǒng)，在這些應(yīng)用中，嚴(yán)格的定時(shí)關(guān)系是保持相鄰點(diǎn)間相位關(guān)系的關(guān)鍵。使用時(shí)戳和并行執(zhí)行，數(shù)據(jù)翻譯和故障定位變得較為簡(jiǎn)單，測(cè)試能更快速地執(zhí)行，許多困難的通道同步任務(wù)也變得易行。

測(cè)試和測(cè)量歷來用普遍存在的高精度10 MHz 基準(zhǔn)時(shí)鐘協(xié)調(diào)儀器，特別是用于要求嚴(yán)格定時(shí)同步的激勵(lì) — 響應(yīng)測(cè)量，IEEE 1588 目前還達(dá)不到這類應(yīng)用所需要的穩(wěn)定性，它提供的是對(duì)未來的承諾。與其類似，在電信應(yīng)用中，我們開始看到IEEE 1588 同步出現(xiàn)在基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備中，用它來代替或傳播GPS定時(shí)。我們預(yù)期未來的測(cè)試儀器將會(huì)用這一定時(shí)基準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)雜的解調(diào)或延遲傳播的測(cè)量及監(jiān)視，它也可優(yōu)化蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施中所用寬帶線性放大器的數(shù)字預(yù)失真算法。

LXI網(wǎng)絡(luò)接口和Ethernet連通能力促成高度分布的應(yīng)用。最吸引人的能力之一是對(duì)所需要地方的遠(yuǎn)程專業(yè)知識(shí)提供和支持。例如一位在芬蘭Salo 的工程師不離開家，就能與在中國(guó)的同事合作，在同一儀器屏幕上查找問題，或是監(jiān)視一個(gè)流程。這對(duì)于公司在不同地點(diǎn)溝通專業(yè)知識(shí)有深遠(yuǎn)的意義。

如前所述，LXI 的對(duì)等通信模型把測(cè)試程序與底層硬件資產(chǎn)相隔離，在系統(tǒng)增加新儀器時(shí)，它把測(cè)試設(shè)計(jì)師和系統(tǒng)支持人員從繁瑣和昂貴的軟件調(diào)整中解放出來。這對(duì)于系統(tǒng)生命期一般達(dá)到數(shù)十年，其間必須更換硬件資產(chǎn)的宇航_ 國(guó)防這類工業(yè)部門帶來極為巨大的利益。

結(jié)論

2004年由測(cè)試和測(cè)量行業(yè)建立的LXI 聯(lián)盟的目標(biāo)是簡(jiǎn)化測(cè)試集成和降低測(cè)試系統(tǒng)的成本，聯(lián)盟制定的規(guī)則和建議推動(dòng)一致性的、相互兼容的Ethernet 實(shí)現(xiàn)。通過利用Ethernet行業(yè)開發(fā)和用于它自身的技術(shù)，LXI為測(cè)試設(shè)計(jì)師提供前所未有的能力。

IEEE 1588 是LXI 的核心促成技術(shù)，它提供一個(gè)低價(jià)的網(wǎng)絡(luò)中心時(shí)基。通過規(guī)定如何將它用于測(cè)試和測(cè)量環(huán)境，在IEEE 1588規(guī)范上建立起LXI。它為測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了重要價(jià)值，雖然今天IEEE 1588 的速度和分辨率尚不能滿足最苛刻的測(cè)試應(yīng)用，但它仍能滿足許多應(yīng)用，并為未來提供令人振奮的可能性。