摘要： 最新的LXI标准可以为测验与丈量的通讯技能带来革命性的革新。经过LXI可以使依据LAN的测验仪器完结更杂乱的测验功用。当与最新一代的测验仪器结合运用时，依据LXI的体系可以完结高档的测验功用，这些功用关于非LXI测验体系而言是很难完结的。本文将经过一个测验体系样机来阐明：具有嵌入式测验脚本处理功用的测验触发技能是怎么构成功用强大、结构灵敏的依据LXI的测验丈量东西的。
关键词： LXI；接口；以太网；测验丈量
LXI 测验与丈量体系
LXI(LAN Extensions for Instrumentation)联盟是为制定并推进测验丈量设备经过LAN互联的标准而建立的一个安排，该联盟的方针是消除当时测验标准中的许多约束要素。LXI联盟并不是环绕某种特定的架构制定一种标准，其要点方针是制定一个可以兼容各种测验丈量设备(从简略模块与归纳东西到杂乱的高功用仪器体系)，利于体系集成与仪器互操作性的可扩展性结构。
LXI从几个方面协助测验工程师战胜惯例测验丈量体系架构的局限性。首要，LXI体系运用以太局域网作为设备的互联通路，消除了互联设备数量上的约束。其次，简直一切的电脑上都带有以太网接口，因而运用已有的以太网根底架构进行设备互联可以防止添加接口适配卡所带来的昂扬本钱。别的，以太网接口还具有杰出的扩展性，以太网也可以轻松支持物理上散布的体系。完结一个兼容LXI标准的最简以太网接口的本钱很低，假如用户需求还可以完结高功用的以太网接口，使得低速和高速设备可以完结无缝的体系集成。运用以太网互连技能，不需求将设备和其操控器严密放置在一起，然后减少了大型体系中的操控器数量，可是假如选用机架式体系或依据GPIB/USB/串口的互连结构来完结，那么有必要要将设备和其操控器严密放置在一起。
丈量体系的架构
单操控器测验丈量体系
在依据单操控器的架构中，操控器可以经过多种办法与测验设备进行衔接，选用IEEE-488(GPIB)标准是当时最盛行的做法，可是也可以经过串口、USB和其他接口来完结。一般的运用只用PC机来搜集和存储丈量数据，比较杂乱的运用运用PC机来完结数据搜集、处理、剖析，并将成果提交给用户等一系列的处理过程。操控器也具有搜集、剖析大数据集并提交成果等额定的处理功用。因为操控器与一切的仪器相连，因而可以完结比较杂乱的和穿插的测验序列。
在必要的时分，操控器可以向测验仪器发送操控指令，然后动态修正丈量操作及其履行的次序，以呼应某些实时事情(例如前一次丈量的成果)。操控器可以拜访丈量仪器的数据，可以对数据进行兼并、处理和剖析等操作，以得到更有意义的丈量成果。
图1 依据单个PC机的架构
可是，这种架构关于较大和较杂乱的运用而言却具有一些局限性。这种体系中的仪器或通道的数量受限于操控器的物理容量。因为一切的数据和指令都要流过操控器的通讯通道，因而最大的数据容量和数据速率就会受限于体系带宽。终究，因为互连带宽的约束，在选用GPIB、USB和其他专用通讯接口的体系中，一切的设备在物理上有必要严密放置在一起。在机架式体系中这种互连的局限性就更强了。
在规划较小、功用简略的体系中选用这种单操控器的架构存在许多缺点。只是为了履行一个简略的测验序列，就在体系中添加一台PC机或作业站以协同几台测验仪器，好像有些小题大做。为PC机开发软件还会添加体系本钱，然后使得这种架构损失对小规划简略体系的吸引力。
多操控器的测验丈量体系
关于规划较大、物理上涣散散布、或许需求处理大数据集和/或高数据速率的体系而言，添加更多的处理器是防止单操控器架构问题的一种常用办法。添加处理器可以添加体系中的通道数量，增大操控与数据的带宽。将体系划分红多个子体系下降了软件的杂乱性和开发本钱，因为每个子体系只需求考虑本身的一部分体系功用而不用将它们严密放置在一起。这种多操控器的体系消除了单操控器体系存在的许多约束。
多操控器结构也存在某些局限性和缺乏，这与其架构关系不大，而是受限于当时测验丈量的完结办法。完结丈量子体系有两种首要办法：选用一台PC机或作业站，顺便一些选用GPIB/串口/USB衔接的测验仪器；或许选用PXI、VXI和其他依据模块仪器的解决计划。有时分，假如最小的子体系关于运用而言过于巨大的话，那么上述两种完结办法都是不合适的，它们完结的体系难以向下缩短。
图2 多操控器体系完结
探究LXI的高档功用
咱们可以选用LXI设备来完结现有的丈量架构，与其它选用GPIB接口进行设备互连的测验体系不同的是，LXI并不需求一个隐含的或显式的惯例操控器作为测验体系的一部分。从网络互连的视点来看，LXI设备都是对等的，恣意一台LXI设备都可以直接向其他LXI设备发送音讯，不需求装备传统意义上的操控器。
LXI选用对等的通讯形式来完结A级和B级LXI设备所需的局域网触发功用(C级设备可选)。一台LXI设备可以经过局域网向恣意一台或多台LXI设备发送触发指令。这就供给了一种与惯例仪器中硬连线触发办法相似的同步机制，可是却消除了硬连线信号在物理间隔上的局限性。局域网触发器也可以用于那些对时序要求不是很严厉的非散布式体系中。此刻，局域网触发器的功用是可以承受的，并且比较硬连线触发办法下降了体系本钱和开支。
LXI标准主张：各个设备应该完结一致的触发模型，以进步局域网触发器(和一切其他触发器)的可用性，下降体系集成的开支。在一致的触发模型下，咱们可以经过多个不同触发事情中的一个来发动某次仪器操作。
关于具有脚本处理功用的设备，在LXI局域网触发音讯中添加一些负载信息可以完结更大的灵敏性。这种负载信息可所以一段较短的测验脚本，即一段可履行代码，在收到触发音讯时履行。也可所以某个现已预先载入方针设备的较长测验脚本的称号，然后在收到触发音讯时履行。
新的架构类型
因为LXI不需求在测验体系中装备传统的操控器，并且界说了对等的音讯发送和触发功用，因而用户就可以构建出新的测验体系架构。
图3给出了一个简略的测验体系，其间包含两个可编程的LXI仪器和一个DUT(待测设备)。其间的LXI仪器是可编程的，载入了运用程序。这些仪器可以运用局域网触发机制来协同它们的操作(别的，假如它们是A级或B级设备，则应运用IEEE-1588同步时钟和/或依据时标的触发机制)。处理成果可以显现在用户接口的面板上或网页上，或许经过局域网传给别的一个体系。
图3 简略的LXI体系完结
图4给出了图2中测验体系的一个修正版别，将其间一个子体系替换成图3中的简略测验体系。图4阐明晰具有脚本处理功用的LXI仪器去掉了每个子体系所需的独立操控器，进步体系的扩展性。
图4 选用LXI完结的多操控器体系
运用实例
本文经过几个体系实例来阐明LXI新架构的优势。
出产测验体系
该体系由两台与测验夹具相连的测验仪器组成。测验夹具装有一个机械设备，可以快速地运送器材流经过夹具进行测验。待测的器材有多种类型，随机混合在一起。每种类型的器材需求两台测验仪器履行不同的测验过程和测验参数。
惯例的测验体系需求给两台测验仪、测验夹具和机械设备添加一个操控器。在测验开端的时分，操控器向第一台仪器宣布指令，辨认待测器材并读回成果。然后，操控器向两台仪器宣布恰当的指令流，依据器材类型操控相应的测验操作。发给两台仪器的指令流有必要正确地交织宣布，并要由操控器进行同步和谐。
相反，选用具有脚本处理功用的测验仪和依据LXI的测验体系不需求操控器。每台测验仪带有自己的身份编号，可以像智能仪器那样，不依靠外部操控器的指令而作业。每台仪器都可以保存变量，处理条件事情，发动外部事情。用户可以依据运用的特定需求界说仪器的功用。假如需求的话，也可以运用其他的局域网触发机制进行同步。
比较传统的规划计划，LXI体系的运转速度快得多。因为在等候操控指令从操控器发送到测验仪的时分不会发生推迟，因而LXI仪器可以运转在最大速度形式下。别的，整个体系的本钱也大大下降了，所需的编程作业也比较简略和简单，因为整个体系完结被切割成了多个小规划的、相对独立的子体系。
科学实验体系
该科学实验是用来勘探世界粒子的，也十分合适选用依据LXI的体系来完结。整个体系中安装在一个大容器内，装备了几百个互相独立的勘探器，每个勘探器衔接到一台具有脚本处理功用的LXI仪器上。其间任何一个勘探器都可以检测到偶发粒子，经过剖析勘探器的信号就加以辨认。当某次事情出现时，体系有必要记载下刚好从该事情发生前到发生后几秒时段内一切传感器的丈量成果。每个传感器有必要以每秒100,000次丈量的速度进行采样。测验仪器经过网络衔接到一个中心操控器上。
在依据LXI的完结计划中，一旦实验开端，每台测验仪就会依照所需的速率开端采样传感器，将读数存储在一个循环缓冲器内，最老的读数在30秒后就会被掩盖。每个读数都带有IEEE-1588同步时钟的时刻戳。运转在测验仪上的脚本可以近乎实时地剖析采样数据，判别是否勘探到粒子。当某台测验仪勘探到粒子时，它马上发送一条局域网触发信息给一切其他测验仪，其间包含了指示本次事情起始点的时刻戳。
在收到局域网触发信息后，每台测验仪都将在该事情时刻点加上5秒的时分中止采样传感器，然后冻住其缓冲器内所需的数据。中心操控器也会收到勘探出该事情的仪器宣布的局域网触发信息，然后开端搜集一切测验仪的相关数据。搜集完结后，操控器告诉一切的测验仪重新开端测验作业，科学实验体系具有很高的功率。
依据LXI的测验计划选用局域网触发机制来进行同步和操控操作，IEEE-1588同步时钟供给了记载一次事情时在操控器内重新排列数据所需的准确时刻戳。假如勘探器的数量十分多，数据量很大，数据率很高，那么传统完结计划的功率就很低，并且浪费资源。
脚本处理的LXI原型机
咱们经过一个测验体系原型机来阐明的LXI高档传输功用。该原型机的硬件体系是一块商用的开发板，其间装备了Intel PXA255微处理器，运转Windows CE 4.20。一段选用Windows sockets编程的简略C言语程序担任履行测验作业并记载测验成果。该原型机还完结了一种商用的嵌入式脚本言语。体系的操控器一端由一台Windows XP的笔记本电脑(Pentium M，1.4GHz)来模仿。别的一段简略的C程序履行操控器一端的测验作业。一切的同步时序都经过外部的局域网剖析仪进行了验证。
LXI局域网的触发功用
咱们丈量了各种状况下一条局域网触发报文从操控器传输到原型体系所需的时刻。表1给出了所测验的组合状况与丈量成果。
表1的成果是100次实验的均匀值，在繁忙网络测验中操控器与原型体系衔接到一个繁忙企业网络的两个不同区段中，在独立网络的测验中，它们仅经过集线器相互衔接在一起，数据包巨细包含43字节的LXI局域网触发报文头数据。
测验成果标明，该原型机传输一条带有最小数据负载的局域网触发报文所需的时刻均匀略小于0.6ms。不同的网络流量、网络速度和协议类型对成果的影响不大。当报文巨细添加到512字节时，这些改变的要素就发生了较大的影响，最显着的是增大了网络流量。
人们一般以为，运用以太网完结测验丈量体系一般具有很大的延时。这儿，延时指的是从一个节点宣布一条音讯到方针节点收到该音讯之间的时刻推迟。表1标明，以太网具有较大的首字节延时。尽管这种延时对某些运用存在问题，可是经过恰当的体系装备和测验规划可以处理这种延时。别的，表1中的数据表明的不是低延时功用的水平，而是中等功用硬件的非优化水平。表1不光给出了因为首字节延时而发生的推迟，并且也阐明晰选用具有脚本处理功用的仪器是怎么减轻延时影响的。在传统的测验体系中，操控器发送很多的短音讯给测验仪。关于具有脚本处理功用的测验仪，操控器就可以运用较少但较长的音讯传送整个脚本，然后发动该脚本操作。
脚本传输功用
如表2的成果所示，比较每次传输一条指令，将脚本一次性传输到测验仪上所需的传输时刻大大减少了。这意味着即便脚本有必要在测验过程中进行传输而不是提早加载，LXI以太网体系中具有脚本处理功用的测验仪也具有大幅度的功用提高。
时刻的单位是毫秒，表2的成果是100次实验的均匀值，一切的测验都在100 Base T独立网络中进行，一次性发送脚本需求三个数据包，每次发送一条指令需求150个数据包。数据包巨细约束为最大512字节。
结语
咱们引荐的LXI标准界说了丰厚的功用，使得依据局域网互连的测验仪可以完结杂乱的测验与丈量功用。比如局域网触发、一致的触发模型、对等的音讯传递和IEEE-1588时钟同步等特性，为测验丈量体系的规划者供给了全新的手法，为规划者和用户带来了实实在在的优点。
