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

圖2 分布式測試與故障診斷系統結構

3.2 同步測試的實(shí)現策略

在分布式測試與故障診斷系統中，同步測試、同步試驗是一個(gè)非常普遍的需求。VXI儀器可以通過(guò)背板總線(xiàn)觸發(fā)實(shí)現同步測試，但是這種方法對于同一機箱內的模塊之間是可行的，對于不同機箱之間就難以實(shí)現同步。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(shí)鐘同步觸發(fā)和觸發(fā)總線(xiàn)。下面將分析這三種機制的實(shí)現機理并提出遠程測試與故障診斷系統的同步實(shí)現策略。

3.2.1 網(wǎng)絡(luò )消息觸發(fā)

實(shí)現網(wǎng)絡(luò )消息觸發(fā)的系統結構如圖3所示，多個(gè)LXI設備之間通過(guò)交換機或集線(xiàn)器連接在一起，網(wǎng)絡(luò )觸發(fā)消息可以由計算機發(fā)給所有設備，或者由其中一個(gè)設備發(fā)給其它所有設備，這樣就可以實(shí)現一點(diǎn)對多點(diǎn)的觸發(fā)應用，因為觸發(fā)消息在網(wǎng)絡(luò )間的傳遞是采用標準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(shí)比采用TCP/IP協(xié)議時(shí)小的多；另外，觸發(fā)消息也可以由其中一個(gè)設備發(fā)給同一網(wǎng)段中的另一個(gè)設備，這是點(diǎn)對點(diǎn)的觸發(fā)方式。采用網(wǎng)絡(luò )消息觸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)是：

1) 比通過(guò)軟件觸發(fā)有更大的靈活性

2) 不需要專(zhuān)門(mén)的觸發(fā)線(xiàn)

3) 沒(méi)有距離的限制

4) LXI模塊之間可以相互協(xié)調，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(shí)

圖3 網(wǎng)絡(luò )消息觸發(fā)的系統結構圖

3.2.2 IEEE-1588 時(shí)鐘同步觸發(fā)

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

圖4 IEEE-1588網(wǎng)絡(luò )時(shí)鐘同步結構圖

主時(shí)鐘向所有從時(shí)鐘發(fā)出一個(gè)同步信息包（簡(jiǎn)稱(chēng)SyncMessage 信息），而且這個(gè)信息包中包含有信息發(fā)出的精確時(shí)間，假設主時(shí)鐘發(fā)出信息包的精確時(shí)間為T(mén)1。

從時(shí)鐘接收同步信息包，假設從時(shí)鐘接收到信息包的時(shí)間為T(mén)2。T2=T1-offset＋delay1，delay1為網(wǎng)絡(luò )延時(shí)。

然后，從時(shí)鐘在T3時(shí)刻發(fā)出延時(shí)請求信息包（簡(jiǎn)稱(chēng)DelayMessage）,主時(shí)鐘在T4時(shí)刻收到這個(gè)信息包。T3=t4-offsetdelay2。delay2為網(wǎng)絡(luò )延時(shí)。

主時(shí)鐘最后給從時(shí)鐘發(fā)送一個(gè)延時(shí)響應信息包（簡(jiǎn)稱(chēng)DelayResp）這個(gè)信息包中含有T4這個(gè)時(shí)間。

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

Delay=(delay1+delay2)/2

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

Offset=T1-T2＋delay

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

圖5 1588時(shí)鐘同步的原理圖

測試系統利用1588時(shí)鐘同步時(shí)，觸發(fā)信號是告訴各個(gè)器件何時(shí)啟動(dòng)輸出它的信號,因為每個(gè)器件根據指定的時(shí)間啟動(dòng)，而不是根據何時(shí)接收到以太網(wǎng)發(fā)出的命令來(lái)啟動(dòng)，所以以太網(wǎng)的開(kāi)銷(xiāo)或延遲時(shí)間對被觸發(fā)器件沒(méi)有影響。所以1588網(wǎng)絡(luò )時(shí)鐘同步觸發(fā)方式特別適用于分布式遠距離同步數據采集等測試任務(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(xiàn)

LXI 觸發(fā)總線(xiàn)配置在A(yíng) 級模塊,它是8線(xiàn)的多點(diǎn)低壓差分系統(M2LVDS) 總線(xiàn),可將LXI 模塊配置成為觸發(fā)信號源或接收器,觸發(fā)總線(xiàn)接口亦可設置成“線(xiàn)或”邏輯。每個(gè)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(xiàn)與VXI 和PXI的背板總線(xiàn)十分相似,它們可配置成串行總線(xiàn)或星形總線(xiàn)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(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，同步精度很高，主要取決于觸發(fā)總線(xiàn)的長(cháng)度，大約是5ns/米。適用于測試儀器相互靠得很近的應用系統。

圖6 LXI觸發(fā)總線(xiàn)使用方法

綜上所述，網(wǎng)絡(luò )消息觸發(fā)、IEEE-1588時(shí)鐘同步觸發(fā)和觸發(fā)總線(xiàn)三種方式的同步精度依次遞增。1588網(wǎng)絡(luò )時(shí)鐘同步精度小于100ns，觸發(fā)總線(xiàn)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(shí)的影響，同步誤差在毫秒級，所以在本系統中采用1588時(shí)鐘同步和觸發(fā)總線(xiàn)兩種方式相結合來(lái)實(shí)現同步測試。如果對于某個(gè)監測點(diǎn)需要采集多個(gè)信號，而且具有同步要求，可以將LXI模塊采用觸發(fā)總線(xiàn)連接起來(lái)，控制計算機只要通過(guò)網(wǎng)絡(luò )啟動(dòng)其中一臺儀器工作，其它儀器都可以實(shí)現同步工作；在不同監測點(diǎn)之間可以通過(guò)IEEE-1588網(wǎng)絡(luò )時(shí)鐘同步協(xié)議來(lái)實(shí)現整個(gè)系統得同步。

3.3 減小網(wǎng)絡(luò )延時(shí)的方法

LXI儀器采用網(wǎng)線(xiàn)與測試計算機相連接，所以數據傳輸距離要比GPIB儀器和VXI儀器遠的多，可以說(shuō)不受距離的限制。但是，隨之而來(lái)的問(wèn)題是測試延時(shí)的問(wèn)題，通常從計算機發(fā)出一個(gè)測試命令，到LXI儀器返回數據大約需要70us的時(shí)間，最長(cháng)可達1ms，主要取決于網(wǎng)絡(luò )握手的速度。對于實(shí)時(shí)性要求高的測試系統來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)下面這些手段來(lái)減小網(wǎng)絡(luò )傳輸延時(shí)對測試的影響。

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