LXI总线技术特点及其在分布式测试与诊断系统中的应用
1、引言
自从上世纪70 年代初，惠普公司推出GPIB 通用仪器总线以来，测试仪器的发展经历了GPIB总线、VXI总线和PXI总线等多种形式。采用这些总线技术组建的测试系统被广泛地使用。但是，不管采用哪种技术的军用自动测试系统都存在很多不足。如：GPIB仪器体积和重量大，数据传输速度慢，且要用GPIB 卡和电缆来实现程控，成本较高；VXI 系统虽然有较小的体积和重量，通道数也很多，但是VXI 系统必须采用VXI 机箱、零槽控制器以及1394－PCI 接口卡才可实现程控，构建系统的成本比较高；PXI 仪器虽然比VXI 仪器的体积小，重量轻，成本也低，但PXI 总线仪器的功能覆盖面有限, 仪器品种也远比VXI 仪器少，通道数和电磁兼容性都比VXI 差[1]。另外，目前的军用测试系统所面临的共性问题是：测试设备ATE 与被测对象之间的距离受限制，不能太远，如果两个被测对象离得较远就很难统一到一个测试系统中。尤其在远程分布式测试应用中系统结构很复杂。因此，研发具备网络化测试能力的新一代仪器就成为必然。于是，安捷伦公司和VXI 科技公司共同合作，于2004年9 月14 日提出一种新型仪器接口规范，全称为LAN-based Extensions for Instrumentation(局域网技术在仪器领域的扩展)，简称LXI。它基于著名的工业标准以太网（Ethernet）技术，扩展了仪器需要的语言、命令、协议等内容；它集台式仪器的内置测量科学及PC 标准I/O 连通能力和基于插卡框架系统的模块化和小尺寸于一身，构成了一种适用于自动测试系统的新一代模块化仪器平台标准。本文将介绍LXI 技术的优点，LXI 总线的触发和同步技术的原理及在远程分布式测试系统中的应用。
2、LXI 技术的优点
2.1 提高了系统的吞吐率
GPIB 总线的数据传输速率小于1M 字节/s；1998 年修订的VXI 规范 2.0 版本提供了64 位扩展能力，其背板的数据传输速率可达80Mbps，如果采用IEEE1394 总线连接计算机与VXI 设备，那么目前1394 总线的传站速度可达100Mb/s； LXI 仪器采用标准的以太网接口传递数据，而网络传输速度在过去15 年里从10Mb/s 发展到10Gb/s，而且向后兼容，所以采用LXI 总线技术将提高系统的数据传输速率。
除了网络传输速率快之外，LXI 仪器还提供了两种提升系统吞吐率的方法。第一种方法是软件例程在 LXI 模块内运行，这就有可能在LXI 模块中执行基本分析功能，而航天测控只把结果（而非数据块）送至主 PC。如有必要，高级例程可在通常比大多数LXI 模块有更强计算能力的 PC 中运行。第二种方法是用 LXI 模块间的对等通信协调它们的活动，从而消除因PC 处理所有消息而可能产
生的瓶颈。
2.2 结构形式灵活
LXI 仪器在宽度上有半宽和全宽机架宽度两种，在高度上有1U、2U、3U 和4U 几种。因而能容易地将各种功能的模块混装在机柜中。也可放在夹具中，挂在墙上，或附在某些设备的小型装置上。与VXI 和PXI 受限于特定模块尺寸不同，LXI 的尺寸能完全符合应用的需要。
2.3 提高了系统的灵活性并降低了成本
由于LXI 仪器的核心硬件技术与台式仪器的核心硬件技术相同，所以在研发阶段在台式仪器上使用的测试方法和测试软件同样可以方便地移植到LXI 系统中，从而降低了重新编写测试软件和验证系统性能的费用。在组建测试系统方面，LXI 模块自带了处理器、LAN 连接、电源和触发器输入；并且不需要机箱和零槽控制器，不需要专用接口卡和昂贵的电缆。这一改变为测试系统设计工程师提供了最佳的灵活性并且大大降低了成本，他们能按照需求添加新的LXI模块而不用担心机箱的电源功率是否足够、散热是否充分、或是否需要购买一套更大的机箱、或是否需要更换一个全新测试系统体系。从传输距离来看，点对点的网络传输距离是100m，利用交换机或集线器可以到200m，如果用光纤通讯可以达到几千公里，所以，LXI 系统可以不受节点和距离的限制。
2.4 降低了测试系统的建立时间
LXI仪器采用标准的以太网接口与计算机相连接，并且可以自动识别网线的极性；每个LXI仪器的IP地址可以手动设置，也可以在系统中自动分配，所以这就使得用LXI测试设备组建测试系统的时间大大减小，而且难度也降低了。
3.1 系统的总体结构
对于某武器系统试验基地来讲，整个试验场地一周大约有几十公里，甚至上百公里，试验项目很多，如测速度，测加速度，测冲击力，测功率和频率，地面遥测遥控，环境参数监测如温度、湿度、气压、风力和风向等等，总之，监测点比较多而且又不集中在一起。对于这样的试验环境如果采用集中式的测量控制系统显然是不可能的，因此要考虑分布式的测试系统。
如果采用VXI总线或GPIB总线的程控仪器结构，如图1所示。这种结构要求在每个监测点建立一套独立的测试系统，分别由终端计算机和VXI仪器、PXI仪器或GPIB仪器组成，然后每个终端机和服务器通过网络连接，从而组成分布式测试系统。这种结构中，每个节点都由终端计算机控制，中心服务器不具备远程控制的能力；每个节点，不管监测参数多少，哪怕只监测一个参数，也得一台计算机和一台仪器组成测试系统，系统结构复杂且造成系统资源浪费。
图1 利用传统仪器构建的系统
经过综合考虑，本系统采用了以LXI总线为主，VXI和GPIB等其它总线为辅的混合总线体系结构，如图2所示。在这个系统中，大多数监测点采用LXI仪器来实现测量和控制，各个LXI仪器直接连接到网络上，由于每个LXI设备有自己的处理器，所以监测节点处不需要终端计算机。对于某些试验项目，如导弹地面测试，有相对成熟的VXI或GPIB总线系统，为了节约成本，将这些系统也接入到LXI总线系统中。由于很多仪器供应商提供了GPIB与LAN得转换器，以及支持网络传输的零槽控制器，这就使已有的GPIB、VXI和PXI测试系统可以很容易地接入到整个LXI网络中来。从图2可以看出，采用LXI总线技术即简化了系统配置，节约了系统资源，又增加了系统得灵活性。
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