下一代綜合測試系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(xié)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(tǒng)具有更高的靈活性。利用LAN技術組建測控系統(tǒng)，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(xié)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(tǒng)，并允許擴展為大型卡式虛擬儀器(VXI、PXI)系統(tǒng)。

(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(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的關鍵部分，但綜合測試系統(tǒng)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(tǒng)要求，實現系統(tǒng)功能。如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)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(tǒng)結構模式。目前，本系統(tǒng)已經成功突破了眾多關鍵技術，系統(tǒng)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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