LXI測試系統中IEEE1588 的應用

源于IEEE 的基于時(shí)間的觸發(fā)并非適應所有測試應用的靈丹妙藥，它只是提供另一種觸發(fā)機制?；跁r(shí)間的觸發(fā)要求事先排出儀器動(dòng)作的時(shí)間表，但這并非永遠可行。例如基于時(shí)間的觸發(fā)不能用于響應異步事件，對于UUT引入的觸發(fā)事件也是很差的選擇。

通過(guò)在導線(xiàn)上發(fā)送電信號，LXI 支持基于LAN 的觸發(fā)，這很像是傳統的硬件觸發(fā)。當接收裝置收到信號時(shí)，就執行一個(gè)預先確定的行動(dòng)。在許多應用中，基于LAN的觸發(fā)可去掉雜亂的觸發(fā)電纜，從而簡(jiǎn)化系統集成和實(shí)現流程式的裝置升級?；贚AN觸發(fā)強于傳統的硬件觸發(fā)，因為它能攜帶硬件觸發(fā)不具備的時(shí)戳信息。LXI 儀器提供基于同步系統時(shí)鐘的時(shí)戳，給予系統集成者事件何時(shí)發(fā)生或協(xié)調多個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間記錄。在實(shí)際應用中，它提出了一些重要的觸發(fā)模型，如環(huán)形數據捕獲緩沖器。此時(shí)可把一個(gè)LXI 裝置編程為捕獲環(huán)形緩沖器中的數據，就像邏輯分析儀所做的那樣。當LAN觸發(fā)到達時(shí)，數字化儀用包含在觸發(fā)中的時(shí)戳“回看”發(fā)生在觸發(fā)信號接收前的捕獲事件時(shí)間。這項觸發(fā)技術(shù)在過(guò)去大多數儀器中是不可能具備的。

IEEE 1588: 關(guān)鍵的促成技術(shù)

與測試系統集成商的討論證實(shí)， IEEE 1588 通過(guò)提供原來(lái)沒(méi)有的同步和時(shí)戳機制，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(guò)為系統硬件編寫(xiě)專(zhuān)門(mén)的代碼，以編程方式補償延遲，但在更換硬件或電纜長(cháng)度改變時(shí)，原來(lái)的代碼就失去作用，而需要投入昂貴的查錯和返工費用。隨著(zhù)集成者越來(lái)越熟悉 IEEE 1588，我們相信市場(chǎng)需求會(huì )促使它成為測試和測量行業(yè)的一項主導產(chǎn)品。對于許多應用來(lái)說(shuō)，系統開(kāi)發(fā)者不再需要校準和修正觸發(fā)電纜延遲，并相信定時(shí)特性不會(huì )干擾脆弱的測試程序。

IEEE 1588 把時(shí)間概念帶入網(wǎng)絡(luò )，提供協(xié)調跨分布節點(diǎn)動(dòng)作的機制。雖然IEEE 1588 定義了如何同步網(wǎng)絡(luò )上的時(shí)鐘，卻沒(méi)有說(shuō)明如何施加這一同步。LXI通過(guò)定義如何在測試環(huán)境中進(jìn)行而擴展了IEEE 1588 的基礎。LXI 聯(lián)盟定義了基于LAN和基于時(shí)間的觸發(fā)特性，對如何施加基于時(shí)間的觸發(fā)作了詳細的API 描述。一個(gè)統一的LXI 觸發(fā)模型允許測試程序員容易地在硬件、軟件和時(shí)間感應觸發(fā)間轉換，通過(guò)減少硬件和電纜簡(jiǎn)化集成者的任務(wù)。

LXI 對等通信

IEEE 1588 和LXI 規范幫助啟用對等的或模塊 — 模塊的通信。在LXI 出現前，大多數測試和測量系統體系結構依賴(lài)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(xiàn)外，它們沒(méi)有儀器至儀器的通信。每臺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)內存在多年的方式不能利用分布式計算機體系結構的多種優(yōu)點(diǎn)。高通道數系統或基于控制器的測量應用讓中央控制器承受很重的負擔，這就造成了處理瓶頸，而難以很好利用高帶寬IO，也達不到預期的性能級。有了LXI，儀器能實(shí)現獨立于控制器的相互通信。這就能簡(jiǎn)化許多應用，如激勵 — 響應測量。LXI允許系統設計者下載可執行代碼，它由來(lái)自系統中的一臺或多臺其它儀器觸發(fā)，讓控制器處理數據，而不是執行控制任務(wù)。較少的系統管理得到系統響應更敏捷的結果。

也許LXI IEEE 1588 啟用的對等通信帶來(lái)的最大好處是能把測試軟件與系統硬件脫鉤。每一LXI 裝置都知道自己的響應時(shí)間，這意味著(zhù)它能事先把自己設置為執行命令或腳本，然后等待觸發(fā)。裝置可以多點(diǎn)傳送命令，而不必了解誰(shuí)在聽(tīng)取命令，裝置也可聽(tīng)取命令，而不必了解是誰(shuí)發(fā)送的命令，并過(guò)濾掉除所需命令外的其它內容?？刂破骱蜏y試軟件不需要知道裝置的執行時(shí)間，也不必在任何事件前建造設置或延遲。我們現在擁有的系統允許裝置的行為彼此獨立或獨立于控制器，這樣，系統設計者和支持者在改變設備時(shí)就可不必改變任何測試代碼。其結果是測試程序與底層硬件脫鉤，實(shí)現了測試程序的透明性。

把LAN 和IEEE 1588 用于測試和測量應用

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

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試系統的速度要求，而往往由被測裝置決定。某些測試系統，例如測量溫度、壓力或機械激勵的數據采集應用要求毫秒級或微秒級的分辨率，這正在今天IEEE 1588 的能力范圍內。而有嚴格時(shí)間要求的應用，例如高速雷達和一些無(wú)線(xiàn)應用這類(lèi)射頻應用，以及示波器和邏輯分析儀的觸發(fā)，都要求達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備感應觸發(fā)的應用。但這些應用也正是改進(jìn)IEEE 1588 速度和分辨率的原動(dòng)力。

用IEEE 1588提供時(shí)戳，儀器提供商和系統集成商就能使用環(huán)形緩沖技術(shù)“回放時(shí)間”和調查觸發(fā)前的事件。這項技術(shù)已在邏輯分析儀和示波器中運用多年，IEEE 1588 使它能用于許多其它儀器和系統。自動(dòng)的數據時(shí)戳意味著(zhù)控制器和應用軟件不再需要跟蹤獲取數據的時(shí)間，簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)大型測試系統中這一繁瑣和易錯的環(huán)節。許多航空航天系統有成百上千條控制和數據線(xiàn)，可通過(guò)分布式的檢測測試系統信號沿的暫停，從而去掉許多這樣的信號線(xiàn)。這就簡(jiǎn)化了線(xiàn)纜和儀器至UUT的接口，縮短重配置時(shí)間，克服測試程序集，即通常稱(chēng)為T(mén)PS的脆弱性。想象一臺有數千個(gè)傳感器的儀器，用它來(lái)監視噴氣引擎的復雜激勵 — 響應通道?；蚩紤]在飛機機身上貼有數千應變片的模態(tài)分析系統，在這些應用中，嚴格的定時(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)戳和并行執行，數據翻譯和故障定位變得較為簡(jiǎn)單，測試能更快速地執行，許多困難的通道同步任務(wù)也變得易行。

測試和測量歷來(lái)用普遍存在的高精度10 MHz 基準時(shí)鐘協(xié)調儀器，特別是用于要求嚴格定時(shí)同步的激勵 — 響應測量，IEEE 1588 目前還達不到這類(lèi)應用所需要的穩定性，它提供的是對未來(lái)的承諾。與其類(lèi)似，在電信應用中，我們開(kāi)始看到IEEE 1588 同步出現在基礎設施設備中，用它來(lái)代替或傳播GPS定時(shí)。我們預期未來(lái)的測試儀器將會(huì )用這一定時(shí)基準進(jìn)行復雜的解調或延遲傳播的測量及監視，它也可優(yōu)化蜂窩基礎設施中所用寬帶線(xiàn)性放大器的數字預失真算法。

LXI網(wǎng)絡(luò )接口和Ethernet連通能力促成高度分布的應用。最吸引人的能力之一是對所需要地方的遠程專(zhuān)業(yè)知識提供和支持。例如一位在芬蘭Salo 的工程師不離開(kāi)家，就能與在中國的同事合作，在同一儀器屏幕上查找問(wèn)題，或是監視一個(gè)流程。這對于公司在不同地點(diǎn)溝通專(zhuān)業(yè)知識有深遠的意義。

如前所述，LXI 的對等通信模型把測試程序與底層硬件資產(chǎn)相隔離，在系統增加新儀器時(shí)，它把測試設計師和系統支持人員從繁瑣和昂貴的軟件調整中解放出來(lái)。這對于系統生命期一般達到數十年，其間必須更換硬件資產(chǎn)的宇航_ 國防這類(lèi)工業(yè)部門(mén)帶來(lái)極為巨大的利益。

結論

2004年由測試和測量行業(yè)建立的LXI 聯(lián)盟的目標是簡(jiǎn)化測試集成和降低測試系統的成本，聯(lián)盟制定的規則和建議推動(dòng)一致性的、相互兼容的Ethernet 實(shí)現。通過(guò)利用Ethernet行業(yè)開(kāi)發(fā)和用于它自身的技術(shù)，LXI為測試設計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(guò)規定如何將它用于測試和測量環(huán)境，在IEEE 1588規范上建立起LXI。它為測試系統設計提供了重要價(jià)值，雖然今天IEEE 1588 的速度和分辨率尚不能滿(mǎn)足最苛刻的測試應用，但它仍能滿(mǎn)足許多應用，并為未來(lái)提供令人振奮的可能性。