在測試測量領域，儀器總線技術的發(fā)展歷來是工程師和科學家們最為關心的部分。從上世紀60年代推出的專用于儀器控制的GPIB總線，到現(xiàn)在被廣泛使用的USB、VXI、PXI和最新推出的LXI、PXI Express，不斷涌現(xiàn)的新型總線技術在幫助我們的工程師更快捷高效的完成測量任務的同時，也引起了行業(yè)內(nèi)專家們的廣泛爭論，究竟哪一種總線將會主宰未來的測試測量領域呢？
未來的趨勢——混合總線的測試系統(tǒng)
先讓我們回顧一下歷史，無論是GPIB還是串口，都已經(jīng)在測試行業(yè)應用超過了數(shù)十年，但至今仍有很多的工程師在繼續(xù)使用 或購買相應的儀器。再來看看幾乎已經(jīng)退出PC歷史舞臺的ISA總線，在現(xiàn)在的一些工控機里我們?nèi)耘f可以看到ISA插槽的身影，甚至有不少廠商還在生產(chǎn)基于 ISA總線的數(shù)據(jù)采集卡和GPIB控制卡，滿足一部分客戶的需求。可以說，任何一種總線都有其在行業(yè)內(nèi)獨特的優(yōu)勢，沒有一種總線會完美到可以取代其它任何 的總線。
所謂混合總線的測試系統(tǒng)，就是在一個系統(tǒng)中集成多個自動化測試平臺的不同部件，包括PXI， PCI， GPIB， VXI， USB， LAN和LXI等不同的總線。從工程師的角度來看，當設計一個測試系統(tǒng)時，往往需要平衡多方面的因素。現(xiàn)在的產(chǎn)品變的越來越復雜，對混合信號測試的要求也 就越來越高，這樣就需要利用不同總線測試平臺的優(yōu)勢，搭建一個混合的測試系統(tǒng)來滿足測試的需求。例如您的系統(tǒng)可能需要像PXI和PCI Express等模塊化儀器總線所提供的高吞吐量和優(yōu)良的集成性，同時也可能需要基于USB或者LAN（包括LXI）的分立式儀器，完成一些特定的測試功 能。此外，使用混合的系統(tǒng)，工程師們可以很容易的在現(xiàn)有的系統(tǒng)上進行升級或是添加新的部件，而無需重新設計整個系統(tǒng)。同時，這樣的混合系統(tǒng)對軟件的架構提 出了更高的要求，希望無論是在驅(qū)動服務層還是在應用軟件層都能對不同的總線平臺進行無縫的支持，也就是說，一個統(tǒng)一的軟件架構將成為整個混合測試系統(tǒng)的核 心。（如圖1）
圖1：典型的混合總線測試系統(tǒng)的軟硬件架構
因此我們看到的是這些總線將會長期的共存，未來測試系統(tǒng)的趨勢也將是基于混合總線的測試系統(tǒng)。而同時，軟件會在這樣多廠商、多總線的混合系統(tǒng)中體現(xiàn)其核心的地位。
外部總線 —— GPIB， Serial， IEEE 1394（FireWire）， USB， LAN以及LXI在測試測量行業(yè)，外部總線主要提供傳統(tǒng)分立式儀器與PC之間的互連性，因此我們又通常將這一類總線稱之為分立儀器總線。 每一種總線針對不同的應用都有其獨特的優(yōu)勢，譬如說GPIB作為最成熟的總線技術，擁有最廣泛的可供選擇的儀器種類；使用USB，用戶可以充分利用其即插 即用的特性；而使用LAN/LXI，可以滿足用戶分布式應用和遠距離儀器通訊的需求。根據(jù)對測量功能、帶寬、傳輸延遲、性能和易連接性等的不同需求，用戶 可以自由的選擇適合自己應用的總線連接技術。
GPIB，Serial和Firewire都已經(jīng)是廣大工程師所熟知的總線技術，我們就不一一贅述了。這里要和大家一起討論的是幾種較新的分立儀器總線技術。
USB
Universal Serial Bus （USB） 因為其在PC機上的廣泛使用、即插即用的易用性和USB 2.0高達480Mbits/s的傳輸速率，也逐漸的成為儀器控制的主流總線技術。現(xiàn)在計算機上的USB口越來越多，也使得工程師可以很方便的將基于 USB的測量儀器連接到整個系統(tǒng)中。
但是USB在儀器控制方面亦有一些缺點。比如說USB的排線沒有工業(yè)標準的規(guī)格，在惡劣的環(huán)境下，可能造成數(shù)據(jù)的丟失；此外，USB對排線的距離也有一定的限制。
LAN和LXI
LAN作為一種成熟的技術，在數(shù)年前就已經(jīng)被廣泛的應用于各種測試系統(tǒng)，如遠程的網(wǎng)絡分析儀和數(shù)據(jù)記錄儀等，并特別適用 于分布式的系統(tǒng)和遠程監(jiān)控，填補了傳統(tǒng)儀器原來在這方面的空白。作為VXIbus規(guī)范的一部分，當時的VXI-11規(guī)范就定義了網(wǎng)絡儀器通過TCP/IP 進行控制器和設備之間通訊的一系列標準。
LXI（LAN eXtensions for Instrumentation）總線規(guī)范源于美國軍方應用的需求，它重新定義了一系列基于LAN的儀器類，其中包含基于現(xiàn)成的IEEE 1588技術的定時指標和可選的LXI觸發(fā)總線。但歸根結底，LXI的儀器還是一種基于LAN的分立式儀器，只是將多種現(xiàn)有的技術（如LAN，IEEE 1588等）重新整合成一種新的標準，并沒有太多技術上的革新。此外，LXI目前主要還是針對美國軍方的一些高端測量應用，還沒有在工業(yè)界得到普及，市場 上真正可供選擇的LXI儀器也很有限。
無論是LAN還是LXI，因為都是基于以太網(wǎng)的通訊方式，以太網(wǎng)本身的一些缺陷還是會存在，如需要人工配置IP地址，如何解決IP地址的沖突問題等；此外，數(shù)據(jù)傳遞的實時性、數(shù)據(jù)的完整性和安全性等都是需要進一步探討的問題。
在這里我們還要簡單介紹一下被LXI所采用的新型時間同步協(xié)議：IEEE 1588，它提供了標準的方法用于在網(wǎng)絡上實現(xiàn)亞微秒級的設備同步。協(xié)議將從設備的時鐘和主設備的時鐘進行同步，保證了所有設備中的任何事件和時間標記都 使用同一個時間基準。使用IEEE 1588進行設備同步需要分兩步：（1）根據(jù)最佳主時鐘算法確定哪個設備將提供主時鐘；（2）測量和修正由于時鐘的偏移量（offset）和網(wǎng)絡延遲 （network delay）造成的時間誤差。
在現(xiàn)實的應用中，IEEE 1588時鐘同步的精度還取決于許多的因素。如主從時鐘的時鐘頻率、時鐘的穩(wěn)定性、網(wǎng)絡的拓撲結構等。此外，網(wǎng)絡通訊中許多的變數(shù)都會或多或少的影響到同步的精度。
當我們打開現(xiàn)代PC的機箱，我們會發(fā)現(xiàn)顯卡往往是基于高帶寬的PCI、AGP或是最新的PCI Express x16總線，很少能見到基于USB，Ethernet等外部總線的顯卡；同樣，一臺分立式儀器雖然在外部提供了USB，Ethernet/LAN以及 RS-232等接口用于和PC的通訊，但儀器內(nèi)部還是使用了PCI總線用于內(nèi)部數(shù)據(jù)的傳輸。上面的兩個例子都使用了內(nèi)部總線用于海量數(shù)據(jù)的傳輸，因為像 PCI這樣的內(nèi)部總線，相比于外部總線，能夠提供更高的總線帶寬和更低的傳輸延遲（見圖2）。接下來就讓我們來討論一下一些常見的內(nèi)部總線。
圖2：相比于外部總線，內(nèi)部總線具有較高的總線帶寬和較低的傳輸延遲
內(nèi)部總線 —— VXI， PCI/PXI， PCI Express和PXI Express
內(nèi)部總線，我們也稱之為模塊化儀器總線，它提供了開發(fā)者開放的多廠商聯(lián)合的標準和靈活的軟件來創(chuàng)建用戶自定義的儀器，解 決不同的應用需求。這樣的儀器不僅具有更好的集成性和可擴展性，同時提供更佳的軟件靈活性。如上圖所示，內(nèi)部總線具有的高帶寬特性對于高速流盤和激勵/響 應測試的應用來說至關重要，而低延遲則決定了少量數(shù)據(jù)傳輸時的測試時間，如對數(shù)據(jù)傳輸延遲要求較高的數(shù)字萬用表+開關的掃描測試。常見的內(nèi)部總線包括 VXI， PCI/PXI， PCI Express和PXI Express等。
VXI和PCI/PXI
VXI （VMEbus eXtensions for Instrumentation） 是最早引入模塊化儀器概念的總線，它成功地減小了傳統(tǒng)儀器系統(tǒng)的尺寸并提高了系統(tǒng)集成化的水平，主要用于滿足高端自動化測試應用的需要，并已成功應用于軍 用航空的測試和制造業(yè)的測試等。然而，由于VXI價格昂貴且基于過時的VME總線，而現(xiàn)代計算機又不支持這種總線結構；伴隨著PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）總線的推出，VXI的市場份額逐漸的在減小，而PXI的增長卻勢不可擋，早已在數(shù)年前超過VXI成為模塊化測試測量的主 流技術。PXI因為基于成熟的PCI總線技術，和VXI相比，具有更快的總線傳輸速率（132MB/s vs 40MB/s），更小的體積以及更好的性能價格比。此外，PXI能夠提供納秒級的定時和同步功能以及堅固的工業(yè)特性。最后，得益于軟件的靈活性和不斷更新 的模塊化硬件，用戶可以最少的投資隨時升級整個測試系統(tǒng)。如此優(yōu)良的擴展性，靈活的軟件架構使得基于PXI模塊化儀器平臺的系統(tǒng)集成變得更加的普遍。