集成傳統測試儀器與模塊化儀器

硬件標準包括VXI，PXI和AXIe模塊。LXI標準定義的以太網(wǎng)通訊標準，為傳統測試儀器廣泛采用，IVI標準定義的是儀器軟件。本文將介紹如何使用這些標準，集成模塊化儀器和傳統測試儀器，成為一個(gè)測試系統，重點(diǎn)是控制器接口和所需軟件。

過(guò)多的標準好像增加了系統復雜度，從某些方面，這些標準實(shí)際上融合為兩類(lèi)主要接口：LAN和PCIe，盡管GPIB仍在廣泛使用并將持續，傳統臺式儀器已經(jīng)開(kāi)始轉移到LAN，采用LXI協(xié)議傳輸命令和數據。同時(shí)，三種模塊標準VXI，PXI和AXIe正在融合到基于PCIe作為其控制器和儀器之間的主要接口：VXI總線(xiàn)聯(lián)盟最近采納了VXI 4.0規范，允許基于PCIe的通訊，PXI已經(jīng)升級到PXIe很多年，AXIe也采用PCIe作為其主要接口。從控制和軟件角度，采用PCIe與這三種模塊化儀器的通信非常相似，而對于系統控制器來(lái)講幾乎是透明的。

第三類(lèi)產(chǎn)品--某一個(gè)廠(chǎng)商專(zhuān)賣(mài)的模塊化系統--不遵從于這三種模塊化規范。雖然形式是模塊化，這種系統的典型表現更像采用LXI接口的傳統儀器。本文中，把它們歸于其他傳統儀器一類(lèi)。

如果決定采用哪種：傳統儀器，還是模塊化儀器，抑或兩者結合時(shí)，工程師們必須考慮幾個(gè)因素。傳統儀器的關(guān)鍵優(yōu)勢在于，幾乎任何類(lèi)型的產(chǎn)品都有，編程接口易用，可以作為手動(dòng)操作的臺式儀器使用。開(kāi)放的模塊化系統通常尺寸更小，靈活性更大，速度更快。符合VXI，PXI和AXIe標準的開(kāi)放系統可以在同一塊機架上集成不同廠(chǎng)商的模塊化產(chǎn)品。

例如，假定某用戶(hù)選擇在基于PCIe模塊機架上，PXI或AXIe，集成兩種傳統LXI儀器。

上圖所示，一臺控制器用LAN與傳統儀器連接，用PCIe與模塊機架連接。這是邏輯模型，不需要物理模型。在模塊化系統中，控制器可以被安裝在機架上。為了軟件繼承，我通常先考慮外部接口模型，以后再回到嵌入式控制器的特例。

兩種接口的回顧

LXI是基于標準以太網(wǎng)的一系列協(xié)議。LXI儀器有一個(gè)標準RJ-45連接器并提供10Mbps,100Mbps,1Gbps以太網(wǎng)速度?？紤]到8比特是1字節，以及因以太網(wǎng)協(xié)議損失的一些帶寬，相應的速率約為1Mbyte/s,10Mbyte/s和100Mbyte/s，盡管儀器上的接口使用與計算機LAN口相同的以太網(wǎng)規范，儀器很少不用中間路由器或交換機而直連。

PCIe是計算機擴展總線(xiàn)，主要設計用于嵌入式計算機外設和擴展槽（筆記本/臺式機/安裝在機架上的控制器）。其本質(zhì)上是一個(gè)高速串行總線(xiàn)，代替舊的PCI和PCI-X總線(xiàn)，對所有外設采用共享地址和數據傳輸線(xiàn)。一個(gè)PCIe鏈接范圍從1到32路。4路鏈接是模塊化儀器系統中常用的，盡管一些儀器插槽可以支持更多。典型4路鏈接在Gen-1（Generation 1）提供1Gbyte/s傳輸速率，在Gen-2上速率翻倍。為了連接到外部，PCIe必須通過(guò)專(zhuān)用接口卡緩沖。

早期PXI使用外設PCI總線(xiàn)進(jìn)行數據通信。隨著(zhù)PCIe的演進(jìn)，PXI標準也隨之更新，利用更高速率和獨立路徑的優(yōu)勢。PXI規范使用了更聰明的架構，使得早期PXI模塊和新PXI Express模塊能集成在同一個(gè)系統中。所有AXIe系統都采用PCIe作為其數據結構。本文后面將PXIe,AXIe和VXI 4.0的產(chǎn)品都稱(chēng)為基于PCIe的產(chǎn)品，因為它們邏輯上很相似。

基于消息和基于寄存器的儀器

PCIe比LXI提供更高帶寬，重要的是理解每個(gè)接口通用協(xié)議導致的真實(shí)速率差別?；谙⒌膬x器和基于寄存器的儀器的差別導致了在易用性和速率之間的重要的折中。

基于消息的儀器通信是通過(guò)高層，類(lèi)似英語(yǔ)的命令，以串行方式從控制器發(fā)給儀器。最廣泛使用的命令語(yǔ)言是SCPI，采用文本方式發(fā)送命令給儀器并接受響應。IVI底層管理SCPI，設計同類(lèi)功能，由不同廠(chǎng)商不同儀器采用相同的命令語(yǔ)法來(lái)執行。

基于寄存器的儀器完全不同。儀器被視為一系列寄存器位于控制器的共享內存空間。向這些地址里讀取或寫(xiě)入使得儀器執行特定功能。通常是很復雜的操作，包括很多內存讀寫(xiě)，并且通常使用位映射寄存器和二進(jìn)制數據。這些復雜操作等同于基于消息的儀器接收SCPI命令后執行的操作。因為這一復雜性，基于寄存器的儀器通常帶有軟件驅動(dòng)可以執行儀器功能。

幾乎沒(méi)有例外，LXI和GPIB儀器是基于消息的設備，采用SCPI命令，而PXI和AXIe儀器是基于寄存器的設備，需要軟件驅動(dòng)。VXI儀器可能是基于消息的，也可能是基于寄存器的。實(shí)際上，基于消息和基于寄存器的定義最早出現在VXI規范中。本文中，假定所用PCIe儀器都是基于寄存器的。