摘要： 本文依據(jù)有關(guān)LXI的一般性報(bào)道及測試技術(shù)和相關(guān)的科學(xué)技術(shù)現(xiàn)狀，分析了推出LXI的思路及該平臺(tái)的特點(diǎn)和應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞： LXIATE自動(dòng)測試系統(tǒng)測試平臺(tái)
Understanding the Ideas of Introducing LXI and the Features of LXI
Gao Ming
Abstract： This paper is an attempt to understand the ideas of introducing LXI,the features of LXI and its application prospect based on the general information about LXI and the current circumstances of test and measurement techniques as well as associated science and technology.
Keywords： LXI，ATE，automatic test system, test and measurement platform.
0、引言
安捷倫科技公司和VXI Technology公司于2004年9月為自動(dòng)測試系統(tǒng)推出一種基于LAN的模塊化測試平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)LXI（LAN eXtensions for Instrumentation）。他們充分利用了測量技術(shù)成果和PC標(biāo)準(zhǔn)I/O能力，組建一個(gè)靈活、可靠、高效、模塊化的測試平臺(tái)。對于LXI，目前只有一些一般性的報(bào)道，還未見到它的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范。
從自動(dòng)測試技術(shù)和微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展情況來看，LXI的提出是開放式標(biāo)準(zhǔn)化測試系統(tǒng)發(fā)展中合乎邏輯的結(jié)果。下面試圖分析一下推出LXI的一些思路以及LXI的特點(diǎn)。
1、自動(dòng)測試系統(tǒng)發(fā)展的基本準(zhǔn)則
一般來說，一個(gè)測試系統(tǒng)主要由兩大部分組成，即傳感器和測量處理系統(tǒng)。傳感器的任務(wù)就是感知表征研究對象的參數(shù)，將所感知的參數(shù)（可稱為被測參數(shù)）轉(zhuǎn)換為可測參數(shù)，再用可測參數(shù)來度量被測參數(shù)。能夠直接測量的參數(shù)是很少的，一般都是用一定的傳感媒質(zhì)和方法將被測參數(shù)轉(zhuǎn)換成可測參數(shù)進(jìn)行測量，利用被測參數(shù)和可測參數(shù)之間的固定函數(shù)關(guān)系來測量被測參數(shù)。傳感器的研究和設(shè)計(jì)是十分重要和復(fù)雜的，研究開發(fā)人員需要具備應(yīng)用領(lǐng)域和測試技術(shù)兩方面的知識(shí)，是測試系統(tǒng)十分重要的一部分。
測試系統(tǒng)的另一大部分是測量處理系統(tǒng)，它的任務(wù)是將傳感器輸出的可測參數(shù)進(jìn)行測量、記錄、分析、修正、處理，然后轉(zhuǎn)換成我們所需要的被測參數(shù)，并以利于理解的方式記錄和顯示。整個(gè)測量處理系統(tǒng)，在分析處理之前，基本上由硬件承擔(dān)，分析處理由軟件承擔(dān)。通常所說的測試系統(tǒng)主要是指這一部分。
測試系統(tǒng)的開發(fā)和組建，影響科研生產(chǎn)的發(fā)展。在科研生產(chǎn)飛速發(fā)展的今天，為加快進(jìn)度，要求測試系統(tǒng)的開發(fā)組建時(shí)間越短越好。特別是現(xiàn)在，新產(chǎn)品投入市場后的生存壽命越來越短。要縮短新產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間，提高市場競爭力，就要求服務(wù)于研發(fā)新產(chǎn)品的測試系統(tǒng)的開發(fā)組建時(shí)間越短越好。一個(gè)測試系統(tǒng)由許多不同的功能部件組成，每一功能部件由兩部分組成，一部分是測量功能，這是測量功能部件的主體，另一部分是輸入輸出部分，將測量信息和控制信息在各功能部件間互相傳送。組建一個(gè)測試系統(tǒng)就是將所需的各種功能部件通過I/O部分將它們連接起來，完成既定的測試任務(wù)。為了縮短測試系統(tǒng)的組建時(shí)間，提高各功能部件的利用率，節(jié)約人力資源和成本，測試系統(tǒng)的開發(fā)一直遵循標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、開放式、可重復(fù)使用的原則，以便能將不同廠商生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化開放式可重復(fù)使用的各種功能模塊迅速地組合在一起，做到即插即用，組建成所需要的測試系統(tǒng)。
2、歷史回顧
測試技術(shù)的發(fā)展受兩方面因素的影響。科研生產(chǎn)的發(fā)展要求更先進(jìn)的測試系統(tǒng)，各種新技術(shù)的應(yīng)用提高了測試系統(tǒng)的性能。科研生產(chǎn)的發(fā)展和測試技術(shù)的發(fā)展是互相促進(jìn)的。簡單回顧一下自動(dòng)測試系統(tǒng)的發(fā)展歷史，對理解LXI的推出思路是很有幫助的。
各種傳感器輸出的參數(shù)多為模擬量。電子管時(shí)代，每一功能部件為一單臺(tái)儀器，將各種功能的單臺(tái)儀器堆疊裝在標(biāo)準(zhǔn)的儀器架上，用電纜和導(dǎo)線將這些功能部件連接起來，采用組合邏輯控制方式組成自動(dòng)測試系統(tǒng)。這時(shí)許多儀器的開發(fā)研制就已遵循標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、開放式的原則。當(dāng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)主要是兩方面，即電氣標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)。電氣標(biāo)準(zhǔn)主要是規(guī)定儀器的輸入/輸出參數(shù)和連接方式，以便能將各種儀器連接在一起。機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定儀器的尺寸，主要為儀器的寬度和高度，以便將各種功能的儀器堆疊安裝在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架上。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架的寬度為19英寸。半導(dǎo)體器件，特別是集成電路出現(xiàn)以后，功能部件的體積大大縮小，單臺(tái)儀器的功能可以縮小成一個(gè)插入式模塊來完成，出現(xiàn)了插卡式儀器系統(tǒng)。一個(gè)19英寸的機(jī)箱上有多個(gè)插槽和插座，由機(jī)箱統(tǒng)一提供電源，每一個(gè)插卡是一個(gè)功能模塊，相互傳遞的信息基本上還是模擬量，在核科學(xué)領(lǐng)域中使用的NIM(Nuclear Instrument Module)系統(tǒng)是其代表。隨著模數(shù)變換技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，許多測量信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字量形式，在各功能模塊間傳送。上世紀(jì)60年代末70年代初出現(xiàn)了HPIB（后演變?yōu)镚PIB、IEEE488）和CAMAC系統(tǒng)，將各功能模塊組合在一起形成系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)控制下運(yùn)行。前者由惠普公司推出，功能部件為臺(tái)式儀器，裝有IEEE488接口，通過IEEE488接口，將各種功能的臺(tái)式儀器連接起來形成系統(tǒng)。各臺(tái)式儀器帶有電源，可單獨(dú)使用。后者由歐洲核電子學(xué)標(biāo)準(zhǔn)（ESONE）委員會(huì)推出，其功部件則為插卡式模塊，各模塊通過機(jī)箱背板總線連接起來，所需電源也由機(jī)箱統(tǒng)一提供。微機(jī)出現(xiàn)以后，利用微機(jī)的擴(kuò)展槽，將功能模塊做成插卡，形成PC儀器。若微機(jī)擴(kuò)展槽不夠，也可將多個(gè)功能插卡模塊插在一個(gè)機(jī)箱中。微機(jī)和儀器設(shè)備的連接方式采用RS232或IEEE488。插卡的接口隨著PC機(jī)的發(fā)展而改變。早期為ISA插卡，后來發(fā)展為PCI插卡。VXI和PXI是插卡式系統(tǒng)的代表，它們的接口都是在微機(jī)接口的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。以太網(wǎng)、USB總線出現(xiàn)以后，許多測量功能模塊又裝備了以太網(wǎng)接口、USB接口作為I/O接口與計(jì)算機(jī)相連。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，功能部分在較小的空間中功能愈來愈強(qiáng)。I/O部分的數(shù)據(jù)傳輸率愈來愈快，這也是科研生產(chǎn)發(fā)展的需要。目前的情況是在一塊功能插卡中可集成有放大器、濾波器、多路復(fù)用器、A/D變換器、數(shù)字I/O、D/A變換器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器、存貯器等，相當(dāng)于一臺(tái)功能強(qiáng)大的儀器。許多單臺(tái)儀器中裝有內(nèi)嵌式處理器，既可控制本儀器運(yùn)行，又可控制外接功能模塊。以太網(wǎng)的傳輸率已達(dá)1Gbps，并向10Gbps發(fā)展。
3、LXI的推出思路
到目前為止，利用測量功能部件組建自動(dòng)測試系統(tǒng)主要有兩種方式。一種是獨(dú)立儀器方式，以IEEE488為代表，它的特點(diǎn)是自帶電源，對測量功能部分不做什么限制，可以單獨(dú)作為一臺(tái)儀器使用，也可通過I/O接口與其他儀器組合成一個(gè)系統(tǒng)，缺點(diǎn)是體積較大。另一種方式是模塊插卡式，以VXI、PXI為代表，電源由機(jī)箱提供，必須插在機(jī)箱中才能使用，信息傳遞部分的安排設(shè)計(jì)必須符合機(jī)箱背板總線的規(guī)定，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小。安捷倫公司和VXI Technology公司選擇了獨(dú)立儀器方式，I/O接口選用了以太網(wǎng)接口，這樣選擇有很多優(yōu)點(diǎn)。回顧一下歷史，IEEE488從推出到現(xiàn)在已經(jīng)有30年，至今使用還比較普遍，生命期較長。除了價(jià)格低廉以外，性能要求嚴(yán)格的功能部件多采用臺(tái)式儀器形式。這種功能部件都自帶電源，可單獨(dú)使用，也可組成系統(tǒng)，適應(yīng)性較強(qiáng)，保護(hù)了既往的投資，這也是它至今還在普遍使用的原因。至于體積較大的缺點(diǎn)，由于微電子技術(shù)的發(fā)展，ASIC的使用，使其體積大大縮小。由于沒有背板總線插頭的限制，空間的限制不那么嚴(yán)格。功能部分內(nèi)部的各種子功能部件的安排限制較少，比較靈活，有利于保留使用已開發(fā)的核心技術(shù)，性能改進(jìn)時(shí)，許多老的技術(shù)和子部件都可沿用，既加快了更新?lián)Q代的速度，又節(jié)約了成本。在通風(fēng)散熱、電磁兼容等方面的設(shè)計(jì)也比較簡單。
LXI模塊自帶處理器、LAN連接、電源和觸發(fā)輸入，不像VXI和PXI模塊那樣，需要一個(gè)昂貴的帶有電源、背板、控制器及MXI卡的機(jī)箱和電纜。LXI模塊的信號(hào)輸入和輸出位于前面板上，LAN連接器、AC電源位于后面板上。LXI模塊的高度可采用一個(gè)或兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架單位高度，寬度可采用半機(jī)架或全機(jī)架寬度。這樣的設(shè)計(jì)使LXI模塊可以方便地安裝在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架上，既有模塊化的優(yōu)點(diǎn)，可方便地集成到既往的各種系統(tǒng)中使用，又可作為單獨(dú)儀器使用。它的發(fā)展不受I/O接口發(fā)展的限制，新的I/O接口技術(shù)出現(xiàn)以后，模塊只需要更換I/O接口部分，測試功能部分可以完全不動(dòng)。不像ISA、PCI插卡，盡管當(dāng)前開發(fā)出的PCI儀器插卡的功能很強(qiáng)，可包括數(shù)據(jù)采集功能的全部，然而，一旦計(jì)算機(jī)采用新的接口總線，不再支持PCI，或者縮減其擴(kuò)展插槽的數(shù)量，現(xiàn)有的PCI插卡投資就將受到損失。
至于I/O接口為什么選用以太網(wǎng)接口，也是和以太網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展前景及其功能有關(guān)。以太網(wǎng)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用，被普遍接受，幾乎每臺(tái)計(jì)算機(jī)都內(nèi)置有以太網(wǎng)接口。以太網(wǎng)的速度快、頻帶寬，并在不斷發(fā)展，從以太網(wǎng)到10BaseT,100BaseT，它們是100%向后兼容，使用10/100/1000以太網(wǎng)開關(guān)，即可轉(zhuǎn)換，有關(guān)的設(shè)備和相關(guān)的集成電路非常普遍，價(jià)格低廉，很容易獲得，對以太網(wǎng)技術(shù)熟悉了解的人比較多。局域網(wǎng)連接使模塊可以裝在世界上的任何地方，可以從世界上任何地方訪問。LAN提供其他點(diǎn)到點(diǎn)接口，標(biāo)準(zhǔn)中沒有提供對等通信（peertopeer），即計(jì)算機(jī)之間可作為伙伴對等連接，共同處理數(shù)據(jù)和控制程序，可相互存取文件，訪問外圍設(shè)備。選用了以太網(wǎng)這種比較成熟的技術(shù)作為I/O接口，以太網(wǎng)的各種功能LXI都可以享受。
LXI模塊由計(jì)算機(jī)控制，不像傳統(tǒng)儀器那樣需要顯示裝置、按鍵和旋鈕，利用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器查找問題，IVI-COM驅(qū)動(dòng)器通信，簡化了系統(tǒng)的集成。LXI不受帶寬、軟件或計(jì)算機(jī)背板結(jié)構(gòu)的限制，利用以太網(wǎng)日益增長的吞吐量，為測試工程師所面臨的下一代自動(dòng)測試系統(tǒng)的挑戰(zhàn)提供理想的解決方案。LXI平臺(tái)的這種結(jié)構(gòu)方式使它的生命期較長，用戶投資能得到保護(hù)。LXI測試平臺(tái)的推出是測試系統(tǒng)合乎邏輯的發(fā)展結(jié)果。它的推出使得測試設(shè)備的研究開發(fā)工程師不必再為I/O接口問題過度費(fèi)心，可以把他們的主要精力集中在測試功能的開發(fā)和改進(jìn)上。
4、LXI的特點(diǎn)及應(yīng)用
LXI平臺(tái)有下列一些特點(diǎn)：
· LXI模塊既能單獨(dú)使用，又有模塊化特點(diǎn)，可組成功能強(qiáng)大復(fù)雜的測試系統(tǒng)。
· LXI模塊有利于保留使用已開發(fā)的核心技術(shù)，功能改進(jìn)升級(jí)比較方便。
· LXI模塊可以與老的平臺(tái)集成在一起，安裝在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架上。
· LXI模塊可以方便地取代老系統(tǒng)的一些落后的模塊。
· LXI模塊可以分布在世界任何地方，從任何地方訪問。
· LXI規(guī)模可大可小，小到一個(gè)模塊，大到分布到世界各地，十分靈活。
· LXI平臺(tái)提供對等連接。
· 測試項(xiàng)目改變時(shí)，LXI在LAN上的連接不必改變，從而縮短了測試系統(tǒng)的組建時(shí)間。
· 連在LAN上的LXI模塊可以采取分時(shí)方式工作，同時(shí)服務(wù)于不同的測試項(xiàng)目。
· 那些功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴的LXI模塊，可供多個(gè)測試項(xiàng)目共享，提高這類模塊的利用率，降低成本。
· 提供分布式測試方式，可充分發(fā)揮測試系統(tǒng)中各模塊的特點(diǎn)和優(yōu)勢。
· LXI模塊的通風(fēng)散熱、電磁兼容等方面的設(shè)計(jì)比較簡單。
· LXI平臺(tái)的生命周期長，用戶投資有保證。用戶可以長期獲得開發(fā)生產(chǎn)部門的技術(shù)支持，不致?lián)募夹g(shù)過時(shí)而被淘汰。
· 采用LXI平臺(tái)后，測試系統(tǒng)開發(fā)工程師可以把他們的主要精力集中在測試功能的開發(fā)和改進(jìn)上。
基于上述特點(diǎn)，LXI有著廣闊的發(fā)展前景和競爭潛力，適合于各種規(guī)模的用戶，既可用于小用戶，又可用于規(guī)模龐大復(fù)雜的用戶，滿足各方面科研開發(fā)、生產(chǎn)的需要，尤其適用于分布在世界各地的研發(fā)機(jī)構(gòu)和多個(gè)單位合作研究開發(fā)生產(chǎn)的項(xiàng)目，例如，航天航空、國防軍事、能源、汽車、化工等各種工業(yè)項(xiàng)目、各領(lǐng)域的科學(xué)研究、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)保、氣象以至消費(fèi)電子等項(xiàng)目。