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

摘要：將LXI 技術(shù)應用到遠程分布式測試與故障診斷系統中可以很好地解決分布式測試和異構測試系統的融合問(wèn)題。本文從測試總線(xiàn)的發(fā)展著(zhù)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中的應用方法。

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

1、引言

自從上世紀70 年代初，惠普公司推出GPIB 通用儀器總線(xiàn)以來(lái)，測試儀器的發(fā)展經(jīng)歷了GPIB總線(xiàn)、VXI總線(xiàn)和PXI總線(xiàn)等多種形式。采用這些總線(xiàn)技術(shù)組建的測試系統被廣泛地使用。但是，不管采用哪種技術(shù)的軍用自動(dòng)測試系統都存在很多不足。如：GPIB儀器體積和重量大，數據傳輸速度慢，且要用GPIB 卡和電纜來(lái)實(shí)現程控，成本較高；VXI 系統雖然有較小的體積和重量，通道數也很多，但是VXI 系統必須采用VXI 機箱、零槽控制器以及1394－PCI 接口卡才可實(shí)現程控，構建系統的成本比較高；PXI 儀器雖然比VXI 儀器的體積小，重量輕，成本也低，但PXI 總線(xiàn)儀器的功能覆蓋面有限, 儀器品種也遠比VXI 儀器少，通道數和電磁兼容性都比VXI 差[1]。另外，目前的軍用測試系統所面臨的共性問(wèn)題是：測試設備ATE 與被測對象之間的距離受限制，不能太遠，如果兩個(gè)被測對象離得較遠就很難統一到一個(gè)測試系統中。尤其在遠程分布式測試應用中系統結構很復雜。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范，全稱(chēng)為L(cháng)AN-based Extensions for Instrumentation(局域網(wǎng)技術(shù)在儀器領(lǐng)域的擴展)，簡(jiǎn)稱(chēng)LXI。它基于著(zhù)名的工業(yè)標準以太網(wǎng)（Ethernet）技術(shù)，擴展了儀器需要的語(yǔ)言、命令、協(xié)議等內容；它集臺式儀器的內置測量科學(xué)及PC 標準I/O 連通能力和基于插卡框架系統的模塊化和小尺寸于一身，構成了一種適用于自動(dòng)測試系統的新一代模塊化儀器平臺標準。本文將介紹LXI 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，LXI 總線(xiàn)的觸發(fā)和同步技術(shù)的原理及在遠程分布式測試系統中的應用。

2、LXI 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 提高了系統的吞吐率

GPIB 總線(xiàn)的數據傳輸速率小于1M 字節/s；1998 年修訂的VXI 規范 2.0 版本提供了64 位擴展能力，其背板的數據傳輸速率可達80Mbps，如果采用IEEE1394 總線(xiàn)連接計算機與VXI 設備，那么目前1394 總線(xiàn)的傳站速度可達100Mb/s； LXI 儀器采用標準的以太網(wǎng)接口傳遞數據，而網(wǎng)絡(luò )傳輸速度在過(guò)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(xiàn)技術(shù)將提高系統的數據傳輸速率。

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吞吐率的方法。第一種方法是軟件例程在 LXI 模塊內運行，這就有可能在LXI 模塊中執行基本分析功能，而航天測控只把結果（而非數據塊）送至主 PC。如有必要，高級例程可在通常比大多數LXI 模塊有更強計算能力的 PC 中運行。第二種方法是用 LXI 模塊間的對等通信協(xié)調它們的活動(dòng)，從而消除因PC 處理所有消息而可能產(chǎn)
生的瓶頸。

2.2 結構形式靈活

LXI 儀器在寬度上有半寬和全寬機架寬度兩種，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柜中。也可放在夾具中，掛在墻上，或附在某些設備的小型裝置上。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用的需要。

2.3 提高了系統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 系統中，從而降低了重新編寫(xiě)測試軟件和驗證系統性能的費用。在組建測試系統方面，LXI 模塊自帶了處理器、LAN 連接、電源和觸發(fā)器輸入；并且不需要機箱和零槽控制器，不需要專(zhuān)用接口卡和昂貴的電纜。這一改變?yōu)闇y試系統設計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模塊而不用擔心機箱的電源功率是否足夠、散熱是否充分、或是否需要購買(mǎi)一套更大的機箱、或是否需要更換一個(gè)全新測試系統體系。從傳輸距離來(lái)看，點(diǎn)對點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )傳輸距離是100m，利用交換機或集線(xiàn)器可以到200m，如果用光纖通訊可以達到幾千公里，所以，LXI 系統可以不受節點(diǎn)和距離的限制。

2.4 降低了測試系統的建立時(shí)間

LXI儀器采用標準的以太網(wǎng)接口與計算機相連接，并且可以自動(dòng)識別網(wǎng)線(xiàn)的極性；每個(gè)LXI儀器的IP地址可以手動(dòng)設置，也可以在系統中自動(dòng)分配，所以這就使得用LXI測試設備組建測試系統的時(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中的應用

3.1 系統的總體結構

對于某武器系統試驗基地來(lái)講，整個(gè)試驗場(chǎng)地一周大約有幾十公里，甚至上百公里，試驗項目很多，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)境參數監測如溫度、濕度、氣壓、風(fēng)力和風(fēng)向等等，總之，監測點(diǎn)比較多而且又不集中在一起。對于這樣的試驗環(huán)境如果采用集中式的測量控制系統顯然是不可能的，因此要考慮分布式的測試系統。

如果采用VXI總線(xiàn)或GPIB總線(xiàn)的程控儀器結構，如圖1所示。這種結構要求在每個(gè)監測點(diǎn)建立一套獨立的測試系統，分別由終端計算機和VXI儀器、PXI儀器或GPIB儀器組成，然后每個(gè)終端機和服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接，從而組成分布式測試系統。這種結構中，每個(gè)節點(diǎn)都由終端計算機控制，中心服務(wù)器不具備遠程控制的能力；每個(gè)節點(diǎn)，不管監測參數多少，哪怕只監測一個(gè)參數，也得一臺計算機和一臺儀器組成測試系統，系統結構復雜且造成系統資源浪費。

圖1 利用傳統儀器構建的系統

經(jīng)過(guò)綜合考慮，本系統采用了以L(fǎng)XI總線(xiàn)為主，VXI和GPIB等其它總線(xiàn)為輔的混合總線(xiàn)體系結構，如圖2所示。在這個(gè)系統中，大多數監測點(diǎn)采用LXI儀器來(lái)實(shí)現測量和控制，各個(gè)LXI儀器直接連接到網(wǎng)絡(luò )上，由于每個(gè)LXI設備有自己的處理器，所以監測節點(diǎn)處不需要終端計算機。對于某些試驗項目，如導彈地面測試，有相對成熟的VXI或GPIB總線(xiàn)系統，為了節約成本，將這些系統也接入到LXI總線(xiàn)系統中。由于很多儀器供應商提供了GPIB與LAN得轉換器，以及支持網(wǎng)絡(luò )傳輸的零槽控制器，這就使已有的GPIB、VXI和PXI測試系統可以很容易地接入到整個(gè)LXI網(wǎng)絡(luò )中來(lái)。從圖2可以看出，采用LXI總線(xiàn)技術(shù)即簡(jiǎn)化了系統配置，節約了系統資源，又增加了系統得靈活性。