下一代綜合測試系統的研究與實現

楊 蘇，劉亞軍

(重慶大學軟件學院，重慶400030)

1 引言

電子測量儀器業(yè)自上世紀60年代開始一直追求更快、更可靠、更簡便的儀器總線，采用智能儀器構建大型測試系統的關鍵技術就是總線技術。隨著以太網、標準PC技術的成熟，傳統的總線技術已經不能滿足現代測試行業(yè)的要求。2004年Agilent公司和VXI科技公司結合GPIB和VXI的優(yōu)點，開發(fā)了新一代模塊化儀器總線——LXI。LXI是基于工業(yè)標準以太網技術，由中小型總線模塊組成的新型儀器平臺。LXI儀器是嚴格基于IEEE802.3、TCP/IP、網絡總線、網絡瀏覽器、IVI－COM驅動程序、時鐘同步協議(IEEE1588)和標準模塊尺寸的新型儀器。LXI儀器采用IVI－COM驅動進行通信，能夠充分利用軟件已有的資源，使系統具有更高的靈活性。利用LAN技術組建測控系統，可以解決航空航天、軍事國防、信息通信、醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)應用、消費電子等領域的需要。

2 LXI總線標準簡述

LXI標準由LXI國際聯盟(LXI Consortium)負責管理，LXI聯盟主要是由測試測量公司組成的非營利機構，其目的是開發(fā)、支持和推廣LXI標準。自從LXI聯盟發(fā)布LXI標準1.0以來，不斷有相關的產品推出，目前對標準1.0版本進行了部分修改，已更新至1.3版本。

LXI按照同步和觸發(fā)的精度不同分為三個基本類型:A、B、C類。C類最簡單，是基本類，也是一致性的LAN實現，對觸發(fā)沒有特殊要求。B類包括C類的全部功能，且增加了一種新的觸發(fā)類型，用IEEE1588時間同步協議(需要 TCP/UDP，Multi Cast的支持)實現觸發(fā)功能。A類在包括B類和C類的全部功能外，又增加了另一種觸發(fā)方式，通過總線實現觸發(fā)。每個等級對應的功能如圖1所示。

圖1 LXI不同等級的性能區(qū)別

LXI總線具有以下5大優(yōu)點:

(1)開放式工業(yè)標準

LAN是眾多儀器生產廠商支持的行業(yè)標準，測試開發(fā)快速、簡單，能保證兼容性和測試壽命。LAN是業(yè)界最穩(wěn)定、生命周期最長的開放式局域網絡工業(yè)標準，開發(fā)成本低廉，使得儀器生產廠商很容易將現有的儀器產品移植到LXI儀器平臺上來。

(2)向后兼容性

LXI模塊只占1/2的標準機柜寬度，體積比VXI、PXI等可擴展式儀器更小，不需重新配置即可升級現有的測試系統，并允許擴展為大型卡式虛擬儀器(VXI、PXI)系統。

(3)成本低廉

在滿足軍用和民用客戶要求的同時，保留了現有臺式儀器的核心技術，結合最新科技，使得LXI模塊的成本明顯低于相應的臺式儀器和VXI、PXI儀器。

(4)互操作性

LXI測量功能模塊可以方便快捷的組成合成儀器，可高效、靈活地組合成面向目標服務的各種測試單元，大大降低了測試系統的體積，提高了系統的機動靈活性。

(5)新技術及時方便的引入

LXI測量功能模塊具備完備的I/O定義文檔，因而模塊和系統升級時只需核實新技術是否涵蓋其替代產品的全部功能即可。

3 IVI儀器驅動器

儀器驅動器是完成對某一特定儀器控制與通信的軟件程序集，是應用程序實現儀器控制的橋梁。1998年美國NI公司最先提出一種新的基于狀態(tài)管理的儀器驅動器體系結構，即可互換儀器驅動器(Interchangeable Virtual Instrument，IVI)模型和規(guī)范，并開發(fā)了基于虛擬儀器軟件平臺的IVI驅動程序庫。NI公司設計的IVI體系結構如圖2所示。

圖2 IVI通用結構

IVI主要研究儀器驅動的可互換性、測試能力、開發(fā)靈活性。目前，IVI基金會共制定了五類儀器規(guī)范:①示波器/數字化儀(IVIScope);②數字萬用表(IVIDmm);③任意波形發(fā)生器/函數發(fā)生器(IVIFGen);④開關/多路復用器/矩陣(IVISwitch);⑤電源(IVIPower)。

與VPP儀器驅動器相比，新的IVI儀器驅動器具有以下特點:①在不犧牲易用性的基礎上改善了儀器驅動器的運行效率;②提高了采用儀器驅動器編程的靈活性;③提供多線程安全運行和儀器仿真功能;④IVI儀器驅動器與接口總線無關。

4 LXI儀器軟面板設計

LXI標準規(guī)定了兩種界面的使用方法:①使用標準的W3C網絡瀏覽器的交互方法;②使用IVI驅動程序的編程方法。下面重點介紹如何設計基于IVI驅動的軟面板:

目前國際上應用最廣泛的虛擬儀器軟面板開發(fā)環(huán)境之一:LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench.實驗室虛擬儀器工作平臺)，是美國NI公司推出的一種基于G語言的具有革命性的、圖形化虛擬儀器開發(fā)環(huán)境，主要應用于儀器控制、數據采集、數據分析、數據顯示等領域。

LabVIEW采用圖形模式的結構框圖構建程序代碼，LabVIEW程序又稱為虛擬儀器(簡稱:Ⅵ)。VI是由圖標、連線以及框圖構成的應用程序，由前面板窗口和程序框圖窗口兩部分組成。前面板窗口是圖形用戶界面，也就是VI的虛擬儀器面板，相當于實際儀器的控制面板，是人機交互的窗口。主要有用戶輸入和顯示輸出兩類對象，具體表現有開關、旋鈕、圖形等。程序框圖窗口是VI的核心，提供VI的圖形化源程序，相當于實際儀器箱內的東西，主要包括前面板上控件的連線端子，以及一些前面板上沒有的，但編程中必須用到的各種節(jié)點對象及節(jié)點連線等。

IVI規(guī)范定義了兩種儀器驅動程序，即IVI－C和IVI－COM，IVI－C驅動程序基于現有的VPP規(guī)范和標準的ANSIC編程模型。IVI－COM驅動程序基于Microsoft標準的COM(組建對象模型)技術。在LabVIEW中既可以調用IVI－C驅動，也能調用IVI－COM驅動。

(1)調用IVI－C驅動:選擇LabVIEW程序框圖的函數→編程→儀器I/O→儀器驅動程序→Agilent 34401;分別對儀器進行初始化→配置→操作→讀取→顯示→關閉等操作;

(2)調用IVI－COM驅動:選擇LabVIEW程序框圖的函數→互連接口→ActiveX;根據需要分別選擇控件:打開自動化、屬性節(jié)點、調用節(jié)點、關閉引用等;右鍵選擇相應的類型庫，其最簡單的操作過程如圖3所示(以Agilent 34401為例)。

圖3 調用IVI－COM儀器驅動

完成調用IVI驅動是開發(fā)整個綜合測試系統的關鍵部分，但綜合測試系統也離不了與用戶的溝通，這就要在LabVIEW的前面板上進行人機接口部分的設計:在前面板上添加相應的旋鈕、下拉列表、復選框、XY圖等控件，以滿足系統要求，實現系統功能。如圖4所示。

圖4 系統前面板

5 結束語

自LXI聯盟推出LXI標準以來，已經得到多方的認可和支持，近年來又發(fā)展了以LXI模塊單元為核心的LXI合成儀器系統結構模式。目前，本系統已經成功突破了眾多關鍵技術，系統已見雛形，但仍有需要完善的部分。LXI聯盟在2007年9月公布LXI全球的市場年銷售額已經超過2億美元，而這是LXI推出僅僅兩年時間達到的數額，可見LXI必將成為下一代測試產品的發(fā)展方向。

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