建立使用PXI、VXI和LXI的混合型测试系统
发布时间：2011-5-13 15:46
发布者：eechina
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文章出处: 安捷伦科技 产品生命期内的更好延续 产品生命期的不同阶段往往使用不同类型的仪器。例如在研发中通常使用台式仪器，因为它能提供对测量的互动控制和快速反馈。而当产品投入制造时，为减小自动测试系统的体积，有时会采用PXI或VXI的模块化解决方案。 可惜在从台式仪器转到模块化仪器时，硬件、软件和测试策略往往因没有延续性而造成时间和资金的浪费。LXI解决方案则通过提供具有不同外形尺寸的仪器，如台式仪器、模块化仪器、合成仪器的相关和同一产品，有可能改变这种状况，从而在产品整个生命期更容易地沿用已有的测试策略和系统软件。 建立使用PXI、VXI和LXI的混合型测试系统是本系列应用指南中的第四篇，它帮助您处理从GPIB、PXI或VXI转到LXI的过程。这篇应用指南把PXI 、VXI与LXI作比较，勾画融入现有测试设备和软件的混合系统体系结构，描述未来转向全套基于LXI系统的可能。 评估模块化系统 PXI和VXI包括若干离散部件，如主机、插卡、I/O、PC、软件，以实现一台独立仪器，甚至是全套堆叠仪器集成系统的功能(图1)。为实现相同的测量和分析能力，在主机(或背板)、插卡和主控PC间有大量的数据传送。最终用户或系统集成者要提供一定数量的程序，以实现所要达到的功能水平。生成的软件应用程序提供用户界面、大部份(非全部)测量能力、数据显示，以及数据分析例程。 用可接受的性能进行所有这些工作通常需要用强大的PC处理和分析测量数据、控制硬件和提供用户界面。当把一台外部PC作系统主控机使用时，无论I/O是使用MXI还是GPIB，都需要配置和安装接口卡。在使用嵌入式控制器时，可能需要有能容纳控制器和各种插卡的更大主机。虽然这种方法不需要至外部PC的接口，但仍需要接至外部PC的监视器、键盘和鼠标。 尽管这种较为复杂的方法在某些特定应用中已相当流行，但并不是万能的解决方案 — 我们需要仔细考察它的优点和缺点。 PXI和VXI的优点 与堆叠仪器集成系统相比，PXI和VXI在硬件、连通能力和程序方面有许多优点。 硬件: 一项主要优点是开关密度，它可把源和测量能力压入到一台主机中。PXI和VXI通常要比类似功能的堆叠仪器集成系统小。由于它们有高速背板和触发能力，因此在触发和同步方面也优于堆叠仪器集成系统。 连通能力: PXI和VXI提供众多备选I/O方案: MXI，GPIB，Ethernet，USB，Firewire和串行接口。因此您能更好兼顾性能和方便性。 编程: 系统建造者可使用基于图形的或文本的开发环境建立需要的测量和分析功能。虽然可能难以与寄存器基PXI和VXI插卡一道工作，但设备驱动程序的使用将极大简化通信和编程(见旁注)。所产生的测量解决方案会比用台式GPIB仪器构成的等效堆叠仪器集成系统更小，也更快。 编程寄存器设备 由于PXI和VXI利用了计算机总线(如VME、PCI、cPCI)，它们的插卡通常要依赖基于寄存器的操作读取或设置属性、初始化测量、加载或卸载数据等。用这种类型的低级程序实现对各模块的详尽计算机控制，不过它可能是相当复杂和费时的。 一种流行的解决方案是采用仪器驱动程序，它处理低级别的细节，而让程序处于较高的级别。最适合驱动程序的选择取决于所使用硬件或软件类型。例如 National Instruments的LabView使用IVI-G驱动程序，LabWindows使用IVI-C驱动程序。虽然许多安捷伦仪器也能使用IVI-C和 IVI-G，但安捷伦和更多的公司提供了IVI-COM驱动程序。它是中性的语言和平台，一个版本就可工作于所有Microsoft* COM (和兼容)环境，和由Microsoft Excel使用。它不仅提供更高的灵活性，您可在熟悉的开发环境中工作，还能通过诸IntelliSense弹出菜单这类新特性提高您的工效，该弹出菜单为您提供屏上的命令完成帮助。 
图1. 典型VXI系统 PXI和VXI的缺点 PXI和VXI的缺点会影响到您建立充分满足测试系统预算、技术和生命期规范要求的能力。 系统控制主机: 与典型堆叠仪器集成系统不同，基于PXI或VXI的系统强烈依赖主控PC的性能 — 但性能越高，售价也越高。此外，这种与PC相关的方法不能很好适应大而复杂的系统: 越多的模块越频繁地传送更多的数据，使PC成为处理过程的瓶颈，导致系统总体性能变慢。 嵌入式控制器有与身具有的不足。由于生产量有限，因此其售价是同档台式PC的3到8倍。其性能和能力也往往滞后于最新技术进步。 硬件: 除了PXI和VXI的高入门费外，如果打算允许未来的系统扩展，您可能需要购买有比实际需要更多插槽的主机，一旦主机插满模块，即使系统只需再增加一块插卡，您也得再增加另一台主机的费用。 如果在模块化仪器中没有所需要的功能，就必须在系统中增加台式仪器。这样的例子包括许多射频测量和高功率电源。台式仪器的加入会增加系统集成和编程的复杂程度。甚至完全抵消VXI或PXI在体积小方面的优势。 连通能力: 用MXI或GPIB作接口会增加硬件成本和至外部主控PC的配置复杂程度。 编程: 由于大多数PXI和VXI设备缺少的用户界面，即使控制最为简单的设备，也需要购置、安装和配置某种类型的软件，作为虚拟前面板或基于浏览器的用户界面。还可能需要用另外的程序执行测量、管理数据和分析结果。此外，提供这些能力的专用测试和测量软件要比来自Microsoft和其它厂商的商业编程环境贵得多。 探索基于LAN的混合型系统 LAN已经成为自动测试系统的标准接口。虽然最早的配备LAN的仪器就能提供一致性的接口，但现在的LXI标准更可确保用一致性的规范使用来自多家厂商符合标准的仪器1。 在多数情况下，可用比较直接的方式建立包括LXI、GPIB、PXI和VXI硬件的混合型系统。混合型结构可发挥单一系统内每种体系结构的优点。除了通过保护测试资产中的已有投资而节省资金外，由于您能继续使用熟悉的硬件、接口和软件，因此还能帮助您节省时间。 典型LXI系统从主控PC及其内置LAN端口开始，通过可从市场上购置的LAN交换机或路由器，该内置LAN端口提供至本地和远程LXI标准设备的连接。这也是混合配置LXI设备及与它一道工作的VXI或PXI主机的开始点。目前有四种切实可行的可能方案。 方案1: VXI和GPIB 如果VXI主机中包括GPIB 0槽卡，就能通过增加如Agilent E5810A LAN/GPIB这样的接口转换器经LAN连接到PC (图2)。在VXI主机(GPIB) 和路由器 (LAN) 间接入网关，任何在PC上运行的应用就能与作为GPIB设备的VXI硬件畅通通信。 优点: 这种混合型结构不需要在PC中安装GPIB卡。使用网关保持地址不变，因此也不需要任何软件改变。 缺点: 如果网关跟不上VXI主机中安装的任何高性能测量插卡的要求，系统性能可能降低。 
图2. 用路由器加LAN/GPIB网关建立系统 
图3. 在VXI主机中增加LAN 0槽插卡，建立基于LAN的混合型VXI/LXI系统 方案2: VXI和LAN 当VXI主机配有LAN 0槽插卡时，把它加入系统网络就像把它接到LAN路由器上一样简单 (图3)。即使配有LAN的VXI系统不具备LXI符合性，它仍可在网络上与任何VXI设备共存。 优点: 系统中的每台LXI或VXI仪器都能利用LAN的I/O速度。如果系统软件已编程为通过LAN与VXI硬件通信，地址将保持不变，因此软件只需很少，甚至不需要改变。任何必要的软件改变都不太复杂，即使是用LAN 0槽插卡代替MXI或 Fireware 0 槽卡2。 缺点: 根据安装设备情况，这种配置的性能有可能低于纯基于背板的系统 (使用MXI接口的系统)，但它要比方案1描述的LAN/GPIB配置快。 方案3: 嵌入式控制器 如果基于PXI或VXI系统使用主机内的嵌入式控制器，就可通过其内置的LAN端口把该控制器接到测试系统网络。系统内的PXI或VXI部分仍由在嵌入式 PC上运行的已有软件控制。为简化系统总体结构，可通过修改已有软件控制LXI设备，而不再需要仅用于控制LXI设备的外部PC (图4)。 优点: 这种简明方法使基于PXI或VXI的系统也拥有LXI的优点。如果某种模块化LXI设备可提供PXI或VXI不具备的功能性，那么以这种方式建造的系统将比使用GPIB的系统更简单，也更紧凑。 缺点: 通过修改已有软件的方法控制LXI设备有可能影响系统性能，因为它增加了嵌入式PC的负担; 它也对大多数LXI设备的内置智能有一定影响。这样的系统结构还要求另增LAN路由器，从而稍微增加了系统成本和复杂性。 方案4: LXI标准的主机 一些基于PXI仪器制造商积极支持LX标准。为便于从PXI转向LXI，至少有一家厂商推出了支持众多开关模块的LXI Class C标准主机3。采用这种方法，您只需在配有PXI 0槽接口的LXI标准主机中安装开关卡，并把该接口卡接到 (通过它的LAN)端口系统路由器(图5)。 优点: 这一解决方案提供现有PXI开关卡的种种优点 — 高密度、众多能力 — 在基于LXI的系统中。对于新系统来说，这种方法的成本也往往低于使用嵌入式控制器或PC-PXI接口的全PXI解决方案。 缺点: 当前对这种方法的支持仅有PXI开关卡。未来发展有可能支持寄存器基PXI测量卡的要求。 所有这四种方案都能通过保护您在系统硬件和软件上的已有投资而实现高效、低成本的转变。 这些混合型结构的不足之处将会在未来以LAN为中心的全LXI系统体系结构中容易地补救。 
图4. 带有LAN端口的嵌入式PC作为混合型VXI/LXI或PXI/LXI系统中的系统控制器 1. 为更多了解LXI和LXI联盟的情况，请访问: www.lxistandard.org。 2. 一个例子是VXI Technology EX2500 LXI-VXI Gigabit Ethernet 0槽接口。 3. Pickering Interfaces 60-100和60-101是支持各种3U PXI模块的7槽主机。 
图 5. 符合LXI标准的主机带来从PXI转向混合型PXI/LXI系统的优势 
图6. 用多台路由器实现本地和远程LXI设备至PC LAN端口的容易连接 从混合型迈向全LXI 作为PXI或VXI的替代，LXI没有专用系统背板复杂性和开发投入。当您用台式仪器和模块化LXI仪器建造系统时，应具有与使用GPIB仪器同样的观念: 各设备都包含内置的测量功能和智能，并提供规定的测量精度。但LXI增加了超过GPIB的触发和同步能力，并能匹敌甚至超过PXI和VXI。通过LXI的这些能力，您的编程工作就可集中于测试管理，以及对测试结果的分析、管理和生成报告4。 随着更多LXI标准产品的推出，系统就有可能演进到全LAN结构。这些系统将仪器数量以及本地和远程LXI仪器的需要，配置一个或多个LAN路由器 (图6)。每一台仪器都可使用标准网络电缆而享受到LAN的速度。各LXI仪器内置基于浏览器的界面有助于加快和简化仪器或系统的配置和调试。LAN的久性和来自IEEE 1588精密时间同步协议 (PTP) 将能实现多种新的能力和应用。 用LXI建立新的可能 LXI标准仪器开辟了许多新的可能，而使用传统台式仪器堆叠集成或卡箱式仪器是难以、甚至是不可能实现的。下面仅是有可能用LXI实现的5个例子。 伴随产品整个生命期的持续性解决方案 系统开发者可在研发阶段使用LXI标准的台式仪器，用仪器的按键、旋钮和显示快速访问各种测量和分析能力。在生产制造中，系统包含具有同样性能的无前面板模块化仪器，它可使用在台式仪器上开发的同样软件和程序。除了硬件和软件的持续利用外，您还无需为有限的空间牺牲功能、精度和技术性能。 远程工作 通过LAN接口，能把LXI仪器放在远离PC和其它仪器的地方。例如把仪器放在靠近监视和控制的装置或处理器处，然后把仪器接到测试实验室或生产线5的LAN端口。LXI设备甚至能放在测试夹具中，从而能以最少的接线得到更好的测量结果。 分布式测试 当前一代系统采用以PC为中心的方法，由计算机控制各种基础仪器和机箱中的插卡。作为下一代系统，LXI有可能利用内置于各仪器中的智能，建立分布式的测试系统。大多数分析和同步在测量硬件中执行，而只向PC发送分析结果，从而减少了数据流，为PC卸载很多的工作量。。LXI B类和A类设备能在规定时间，或在接到来自其它仪器的信息时开始活动，从而简化了定时设置。仪器也能使用对等和一对多的方式交换信息。这种体系结构中的 PC和I/O速度一般不会成为大型复杂系统的速度瓶颈。 对等触发 由于一台仪器或设备可向另一设备通过 LAN或触发总线发送触发和信息，因此LXI能让PC执行其它更高级的任务。对等触发有助于免除向系统中各仪器发布精确触发的实时控制。系统软件中可以很少使用等待状态和状态查询，从而缩短了总测试时间。现在，智能仪器间能容易地通过LAN或硬件触发进行彼此间的通信，使计算机轮询和等待状态减到最少，也就简化了编程和加快了测试计划的执行。 基于时间的触发 采用IEEE 1588 PTP，就为同步系统内和仪器间的测量提出了革命性的方法。例如这种方法不再需要会限制仪器间距离的专用外触发电缆。所有测量数据都附有时间标签，因此能更早、更有效地进行深入的后测试分析。 迈向测试的明天 LXI解决了像您这样的系统开发者所面临的各种主要问题: 降低成本、缩小系统尺寸、简化集成、提高吞吐率，以及为硬件和软件的重复利用提供更多机会。这些好处使LXI成为适应当前和未来的测试体系结构。 为帮助您充分认识这些好处，我们把LXI作为Agilent Open概念的组成部分。Agilent Open之所长远不止是仪器 — 它是我们帮助您简化使用PC标准I/O和开放软件工具简化整个测试过程的方法 (图4)。随着技术的发展，我们相信广泛使用的标准将能容易地延长系统寿命和融入新的技术进步，例如LXI。 用PC标准I/O简化系统通信和连通能力 系统I/O不再意味着专用的昂贵接口和电缆。您能选择适合当前需要的I/O连接: 大多数Agilent Open仪器都配有GPIB、LAN和USB端口。这样的灵活性使您能选择最适合目前系统的接口，而未来再转换到另一种接口。我们还提供各种接口网关和转换器，因此您能容易地把GPIB仪器融入基于LAN和USB的系统中。 用系统就绪仪器建立通用的测量解决方案 您能容易地为测试系统选择Agilent Open仪器，它们有高吞吐率，能容易地集成到您的测试软件和系统机柜中。无论您选择的是传统仪器、模块化仪器，还是功能模块，都能用我们的IO Libraries Suite快速和正确地连接。在几分钟内，就完成自动安装Agilent Connection Expert，配置接口，查找来自众多制造商的已连接仪器，以及验证通信。 用开放软件工具实现高效的开发 您不必仅仅为测试编程花大量时间恶补不熟悉的程序语言。Agilent Open让您在熟悉的测试软件开发环境中工作。在这里使用的是像标准仪器驱动程序这样的开放软件工具，以及至Microsoft Excel，或至流行程序语言，如Visual Basic，C，LabVIEW，Agilent VEE Pro，Visual Basic.NET，Visual C++，Visual C#等的链接。在您熟悉的环境中工作，您集中关注的是您的产品，而非测试产品所需要的代码。 通过Agilent Open和LXI的组合能力，Agilent帮助您和您的团队开启简化系统建立之门，并创造测试中新的可能。 
图7. 通过Agilent Open和LXI，LAN成为能容易融入当前和未来测试资产的测试系统主干 |
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