LXI測試系統中IEEE1588 的應用

本文將概要說(shuō)明與IEEE 1588 相關(guān)的LXI 規范，以及如何在基于LXI 測試和測量系統中用IEEE 1588 建立時(shí)基。

引言:

測試和測量行業(yè)于2004 年形成了LXI(LAN eXtensions for Instrumentation)聯(lián)盟，聯(lián)盟致力于簡(jiǎn)化測試系統的集成和降低與測試系統設計及維護相關(guān)的成本。通過(guò)高速Ethernet和IEEE 1588 這些成熟技術(shù)，行業(yè)規定了保證廠(chǎng)商間兼容性的規則和建議。利用Ethernet 行業(yè)的成熟技術(shù)，LXI 提供許多超過(guò)當前點(diǎn)對點(diǎn)和卡箱式解決方案的優(yōu)點(diǎn)，以簡(jiǎn)化集成和支持任務(wù)，降低成本，并提供新的使用模型和能力。

LXI聯(lián)盟得到測試和測量行業(yè)所有領(lǐng)先公司的大力支持。所提出的規范通過(guò)利用自動(dòng)發(fā)現和尋址，網(wǎng)絡(luò )和資產(chǎn)管理和對等通信這些技術(shù)簡(jiǎn)化系統集成，它的統一觸發(fā)模型和IEEE 1588應用使集成者能在許多應用中用軟件觸發(fā)代替電纜，從而簡(jiǎn)化系統組裝，解決困難的同步任務(wù)，它也為系統建造者提供以前沒(méi)有的選擇方案。LXI 還為合成儀器提供理想平臺，當測試需要變化時(shí)能實(shí)現較小占用面積和易于重新配置，以及硬件 — 軟件獨立。由于接納了普遍存在的Ethernet 技術(shù)LXI 也因不需要專(zhuān)門(mén)的電纜、插卡、主機而降低了成本。

LXI 綜述

LXI 聯(lián)盟綜合了近年來(lái)的多方發(fā)展成果。首先，研究報告表明我們測試和測量行業(yè)已經(jīng)為基于LAN 儀器準備就緒。Ethernet 基礎設施是普遍存在的，其設備價(jià)格按測試和測量標準來(lái)看是很低的，測試工程師也越來(lái)越醉心這項技術(shù)。其次，高速LAN的廣泛適應性，它開(kāi)放的IO接口符合測試和測量的需要。再次， IEEE 1588 把確定性的定時(shí)帶入網(wǎng)絡(luò )。最后，尋求更低測試系統支持成本的宇航/國防工業(yè)推動(dòng)了合成儀器的發(fā)展。

在 LXI 聯(lián)盟之前，測試和測量行業(yè)依靠特殊的點(diǎn)對點(diǎn)IO，如GPIB 和MXI，或是卡箱式背板實(shí)現，如VXI 和PXI。由于它們均由TM行業(yè)開(kāi)發(fā)，因此不能得到計算機行業(yè)的簡(jiǎn)單使用方法，而且還需要昂貴的接口卡，電纜和主機。LXI 聯(lián)盟知道每天在Ethernet 上工作的工程師數量遠遠超過(guò)整個(gè)TM行業(yè)，我們完全可以利用他們的工作成果，得到復雜的對等和網(wǎng)絡(luò )管理能力，就像在計算機和外設上那樣。Ethernet是到處都有而且價(jià)格低廉; 由于今天售出的計算機上都配有LAN 適配器，用戶(hù)不需要專(zhuān)門(mén)的接口卡。Ethernet 支持多種傳輸媒介 — 銅纜、光纖、無(wú)線(xiàn) — 它也是對稱(chēng)的，因此您不必像USB 那樣擔心是主裝置還是從裝置。

早期的Ethernet 使能儀器已很好地被客戶(hù)接受，但大多數前期實(shí)現因反應時(shí)間、速度和非確定性定時(shí)的不確定性而遇到支持方面的問(wèn)題。通過(guò)IEEE 1588 和Gigabit Ethernet 這些關(guān)鍵促成技術(shù)，LXI把Ethernet提升到測試系統的核心地位。100 base T 和Gigabit Ethernet 的廣泛適應性突破了多數實(shí)際測試系統的速度瓶頸，而IEEE 1588給與Ethernet確定性的定時(shí)，從而能夠滿(mǎn)足測試和測量行業(yè)苛刻的定時(shí)要求。

LXI 聯(lián)盟

隨著(zhù)LAN 的發(fā)展而成為GPIB 和MXI 的可行替代方案，一些測試和測量公司開(kāi)始使用LAN，并把它看作是主要的互連。但我們認為如果每家儀器公司都獨立建立各自的Ethernet 連接標準，來(lái)自不同廠(chǎng)商儀器能將很難實(shí)現相互之間的兼容。最好的情況是有一個(gè)各公司都支持的標準。應此，需要有一個(gè)行業(yè)聯(lián)盟來(lái)致力于標準的建立，也保證兼容性。安捷倫公司在2004 年提議，并成為L(cháng)XI 聯(lián)盟的聯(lián)合創(chuàng )建者。聯(lián)盟最優(yōu)先的任務(wù)是通過(guò)推薦統一的基于Ethernet的儀器標準，實(shí)現保證相互之間的兼容性。LXI聯(lián)盟宗旨在于顯著(zhù)簡(jiǎn)化系統集成者的工作、降低成本、提高產(chǎn)能，同時(shí)利用成熟的商業(yè)技術(shù)，而不是建立某些獨特技術(shù)。LXI標準實(shí)際上是推薦如何實(shí)現已存在的開(kāi)放工業(yè)標準。

LXI 聯(lián)盟的主要目標是建立和采用基于LAN 的儀器規范，以保證跨廠(chǎng)商的相互兼容。LXI 聯(lián)盟已舉行過(guò)5 次全會(huì )，3 次專(zhuān)門(mén)會(huì )議和無(wú)數次的工作組會(huì )議。今天我們已有40 多位會(huì )員，代表所有主要TM供應商，此外還有許多用戶(hù)和系統集成商。我們的每一次全會(huì )上都有獨立的系統集成商或潛在用戶(hù)的會(huì )議，他們討論測試環(huán)境，以及對LXI 優(yōu)缺點(diǎn)的評價(jià)。在宣布我們意向的12 個(gè)月后，就于9 月26 日頒布了最初的LXI 規范1.0 版。

LXI 觸發(fā)

LXI設備被定義為3種類(lèi)型，按觸發(fā)能力的不同分為A類(lèi)、B類(lèi)和C類(lèi)。C類(lèi)是基本類(lèi)，它沒(méi)有基于時(shí)間的觸發(fā)能力，A類(lèi)和B 類(lèi)設備融入IEEE 1588，它允許測試系統內的不同設備自主地執行復雜的事件序列，而無(wú)需系統控制器的干預。B類(lèi)在C 類(lèi)上增加IEEE 1588，A 類(lèi)除增加IEEE 1588 外，還加上8 路的LVDS 高速觸發(fā)總線(xiàn)。

LXI 規范的一個(gè)主要特點(diǎn)是統一的觸發(fā)模型，以及以同樣方式處理所有觸發(fā)源的API。通過(guò)定義LAN觸發(fā)和硬件觸發(fā)同一的程序調用，程序師就能用一套API 調用，并容易地在觸發(fā)類(lèi)型間切換。例如如果用被命名為“Arb”的驅動(dòng)程序編程一臺任意波形發(fā)生器，而程序員要把LXI 觸發(fā)總線(xiàn)2 作為觸發(fā)信號源，這一行代碼就可寫(xiě)為: Arb.Trigger.Source ="LXI2"，而如果他希望切換到使用相同ID 的LAN觸發(fā)，只需把命令變?yōu)? Arb.Trigger.Source = "LAN2"。LXI規范推薦LXI設備應能使用任何可行手段觸發(fā)任何可得動(dòng)作，雖然并非所有情況時(shí)都能實(shí)現。如果一項測量可由傳統的硬件觸發(fā)線(xiàn)觸發(fā)，那么它也應可由LXI 觸發(fā)總線(xiàn)，或裝置支持的任何其它觸發(fā)輸入觸發(fā)。測試開(kāi)發(fā)者可把裝置配置為接收相應觸發(fā)源，并接到所要采取的動(dòng)作。

IEEE 1588基于時(shí)間觸發(fā)API 允許程序員在任何規定時(shí)間執行規定的動(dòng)作，把“報警時(shí)鐘”設置為“行動(dòng)”，從而能讓程序員和系統集成者以幾乎完美的方式執行復雜的測試序列。例如把一個(gè)數字化儀編程為在規定時(shí)間開(kāi)始測量，1秒后結束，等待100 msec，再開(kāi)始另一次測量。把同一測試系統中的接收設備編程為在數字化儀100 msec 工作暫停期間改變它的頻率。通過(guò)IEEE 1588 基時(shí)鐘同步，就能執行這樣的操作，得到近乎完美的定時(shí)，而不需要儀器與LAN之外的其它控制器連接。

對于基于時(shí)間的觸發(fā)，必須了解如果系統內所有時(shí)鐘嚴格同步，就不存在反應時(shí)間。但真實(shí)世界中的時(shí)鐘同步并非完美; 時(shí)鐘精度僅為50-100 nsec，從而引入新類(lèi)型的觸發(fā)不確定度 — 抖動(dòng)。在IEEE 1588 時(shí)鐘同步算法調整系統時(shí)鐘時(shí)，某些引入的不確定度會(huì )掩蓋掉任何基于時(shí)間觸發(fā)的精度。工程師必須懂得反應時(shí)間和抖動(dòng)的不同，使用最適合其應用的觸發(fā)類(lèi)型。

有些應用對觸發(fā)抖動(dòng)不敏感，或觸發(fā)抖動(dòng)帶來(lái)的問(wèn)題比反應時(shí)間輕。例如考慮雷達測試范圍的情況，此時(shí)儀器間的距離可能相當大。IEEE 1588 時(shí)鐘同步算法將把系統時(shí)鐘排齊，而無(wú)論這些儀器相距多遠。硬件觸發(fā)反應時(shí)間始終約為1 nsec/英尺。如果儀器相距甚遠，那么基于時(shí)間觸發(fā)的抖動(dòng)將小于硬件信號的反應時(shí)間。這對于某些應用可能變成一種關(guān)鍵的促成技術(shù)。