LXI：利用以太網(wǎng)改善測試環(huán)境降低測試成本

編者語：在測試行業(yè)中，以太網(wǎng)是一種理想的互聯(lián)技術(shù)，因為它穩(wěn)定可靠、成本低、快捷和無處不在。LXI借用了世界上最流行的通信協(xié)議——標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)。以太網(wǎng)在過去40年中杰出的延續(xù)性和壽命，為測試系統(tǒng)的多年使用提供了堅實的基礎(chǔ)。

　　LXI應(yīng)用日益廣泛

　　測試和測量行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者們共同發(fā)起LXI（利用以太網(wǎng)技術(shù)的測試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)）聯(lián)盟，是因為他們認(rèn)識到以太網(wǎng)所提供的能力是其他測試接口無法企及的。利用以太網(wǎng)能夠開發(fā)出許多全新的產(chǎn)品，而且，測試和系統(tǒng)集成工程師能在測試系統(tǒng)中得心應(yīng)手地使用以太網(wǎng)。LXI建立的宗旨，就是利用以太網(wǎng)簡化系統(tǒng)集成和增強其測試能力，LXI成員公司也承諾為改善測試環(huán)境，提高集成能力和降低成本。
　　LXI是一種連通性體系結(jié)構(gòu)，其中每一類產(chǎn)品都有其特定的需要。數(shù)據(jù)采集界采用LXI，是因為LXI提供沒有限制的節(jié)點數(shù)、距離和帶有時間戳的數(shù)據(jù)，從而可實現(xiàn)分布式的同步測量。功能測試系統(tǒng)集成商，則會充分利用LXI儀器可識別時間的特性以及同步性能及點對點通信、狀態(tài)調(diào)用等能力，簡化系統(tǒng)的集成和提高吞吐率。許多集成商把LXI看成是一種“分布式機箱”，它能讓分布于不同地點的設(shè)備在系統(tǒng)中緊密結(jié)合和同步。LXI所允許的產(chǎn)品范圍從只有幾立方厘米大小，由 PoE供電(以太網(wǎng)供電)的傳感器到全功能的高性能微波分析儀。這些產(chǎn)品可以是帶有顯示器和用戶界面的全功能機箱結(jié)構(gòu)，也可以是無顯示或UI(用戶界面)的LXI1U高度的模塊。因此研發(fā)和測試工程師能在工作臺上利用臺式儀器進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，而生產(chǎn)制造和系統(tǒng)維護(hù)中使用的ATE（自動化測試設(shè)備）系統(tǒng)，則可利用相同功能的緊湊型LXI模塊來構(gòu)建，測試軟件、部件及其他附件可以完全兼容，這在過去是根本不可能實現(xiàn)的。
　　在許多測試應(yīng)用中，包括一些常見的和一些新近利用以太網(wǎng)強大威力的應(yīng)用中都使用著LXI。LXI聯(lián)盟把LXI的應(yīng)用歸納為數(shù)十個類別，這些類別也隨生產(chǎn)LXI產(chǎn)品的公司或選擇LXI的集成商而有所不同。數(shù)據(jù)采集集成商喜歡LXI，是因為它快速，容易配置和設(shè)置，并且不受節(jié)點數(shù)或距離的限制；功能測試集成商喜歡LXI，是因為它的高速度和易于設(shè)置；一些注重文檔的行業(yè)，如醫(yī)療和航天行業(yè)喜歡LXI，是因為聯(lián)網(wǎng)儀器能簡化繁瑣的資產(chǎn)管理任務(wù)，并實現(xiàn)自動化，自動查詢和識別使它很容易在網(wǎng)絡(luò)上跟蹤儀器型號、序列號、固件版本、上次校準(zhǔn)時間、下次校準(zhǔn)時間。
　　LXI價值進(jìn)一步擴(kuò)展
　　由于市場上已擁有500種以上經(jīng)LXI認(rèn)證的產(chǎn)品，系統(tǒng)集成商在建立測試系統(tǒng)時，更多地使用LXI并享受LXI帶來的眾多優(yōu)勢。在目前市場上，大部分LXI儀器是具備了LXI基本功能的C類產(chǎn)品，可取代GPIB。但未來，LXI廠商會陸續(xù)發(fā)布相當(dāng)數(shù)量的B類和A類產(chǎn)品。我們預(yù)期具有這些新能力的LXI儀器將持續(xù)強勁增長。在這之前，廠商已經(jīng)推出的很多橋接器和適配器，包括B級觸發(fā)盒，能使集成者獲得B類儀器的大部分好處。
　　LXI各工作組正著眼于大系統(tǒng)和性能增強，以進(jìn)一步擴(kuò)展LXI的價值。例如，LXI技術(shù)委員會正在制訂資源管理導(dǎo)則，以確保多客戶系統(tǒng)不競爭儀器資源。這保證了一個程序在被一臺儀器訪問時，另一臺儀器不會去訪問該程序，以防止?jié)撛诘腻e誤通信或系統(tǒng)鎖死問題。資源管理也防止了低優(yōu)先權(quán)，如監(jiān)視查詢的應(yīng)用，因為它會中斷像高速生產(chǎn)測試這樣的關(guān)鍵性任務(wù)。Windows任務(wù)沒有優(yōu)先權(quán)，因此將由LXI資源管理協(xié)議確保測試工作不會被多客戶中斷。其他技術(shù)工作組正致力公共狀態(tài)調(diào)用技術(shù)和腳本協(xié)議，以減少I/O（輸入/輸出）流量，提高執(zhí)行速度和儀器反應(yīng)速度。
　　通信工作組正在制訂一個線上(over-the-wire)協(xié)議，該協(xié)議用RESTful接口完成儀器至控制器，或儀器至儀器的通信。協(xié)議的目標(biāo)是對等層通信不再需要驅(qū)動程序，帶來的好處是我們能用熟悉的，類似打印機的嵌入驅(qū)動程序代替那些專門的驅(qū)動程序。每一種儀器和軟件環(huán)境不再需要不同的驅(qū)動程序，這種情況導(dǎo)致今天所謂不完全的驅(qū)動程序，REST-ful接口和mDNS發(fā)現(xiàn)將允許儀器自動向主控計算機報告它們的能力。這不僅能使儀器制造商簡化驅(qū)動程序的開發(fā)，還為系統(tǒng)集成者簡化驅(qū)動程序的使用。當(dāng)然，傳統(tǒng)的SCPI語言和IVI儀器驅(qū)動程序仍會繼續(xù)提供給集成商。
　　中國廠商開始關(guān)注LXI
　　LXI為中國的系統(tǒng)集成商帶來一些獨特優(yōu)勢。例如許多中國企業(yè)在全世界范圍銷售產(chǎn)品。LXI允許工程師在互聯(lián)網(wǎng)上協(xié)作應(yīng)對測試挑戰(zhàn)，當(dāng)客戶或設(shè)計師位于不同工作地點時，這一能力是特別有用的。工程師無需出差，就能在不同地點同時觀看同樣的屏幕圖像。使用以太網(wǎng)和基于IE瀏覽器界面的通信能力，可輕松提供基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)管理和企業(yè)報告能力。公司能在互聯(lián)網(wǎng)上管理和分發(fā)測試數(shù)據(jù)，而無需過多考慮時區(qū)或國界。通過使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，LXI讓這項任務(wù)變得非常容易。
　　從LXI聯(lián)盟在北京舉行中國大會以來，中國已建成許多使用LXI儀器的系統(tǒng)。例如中國航天系統(tǒng)的一個用戶，在復(fù)雜的熱真空測試系統(tǒng)應(yīng)用中用LXI同步和控制數(shù)百臺電源。在該系統(tǒng)中，電源周期性地接通和斷開，以模擬因衛(wèi)星對太陽方向的改變，以及太空中隨時間變化的熱負(fù)載。采用其他測試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，要建造這樣的系統(tǒng)是非常困難，甚至是不可能的，而采用LXI的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)來構(gòu)建這樣的系統(tǒng)則非常容易。LXI也簡化了至數(shù)百臺電源的接線，使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)工具，使查錯、同步和控制變得極為容易。
　　除測試系統(tǒng)外，中國廠商也開始為中國和世界市場制造LXI儀器。例如Rigol最近已推出幾種LXI兼容示波器。我們知道其他幾家中國公司也正在研制LXI兼容測試設(shè)備。中國測試與測量公司已清楚LXI測試設(shè)備的強大能力，我們預(yù)期這一趨勢還將繼續(xù)。
　　短短幾年間，LXI已打下了堅實的基礎(chǔ)。從2005年9月LXI標(biāo)準(zhǔn)的第一個修訂版開始，現(xiàn)在已有超過500種產(chǎn)品完成了LXI一致性認(rèn)證，從而成為歷史上成長最快的測試和測量總線接口。現(xiàn)在，不同行業(yè)的集成者成功地利用LXI提高系統(tǒng)性能，降低成本，消除公共集成的藩籬。LXI技術(shù)工作組正在進(jìn)一步改進(jìn)關(guān)鍵領(lǐng)域，如系統(tǒng)吞吐量和易用性的標(biāo)準(zhǔn)。隨著測試測量行業(yè)領(lǐng)先的系統(tǒng)制造商更多地利用以太網(wǎng)的強大威力，LXI將繼續(xù)發(fā)展，更新的功能強大的系統(tǒng)會陸續(xù)出現(xiàn)，而且更有成本優(yōu)勢。從領(lǐng)先的測試測量公司的采用到被集成者廣泛接受，LXI顯然已奠定了廣泛而堅實的基礎(chǔ)。
　　LXI測試測量三大趨勢
　　幾項重要趨勢引領(lǐng)著測試測量的未來，LXI正幫助系統(tǒng)集成工程師迎接新的挑戰(zhàn)。鑒于成本和市場的壓力，測試系統(tǒng)設(shè)計師必須改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)置時間、速度和吞吐量以及特定的分析要求。LXI通過利用低成本的以太網(wǎng)元件和熟悉的工具，簡化和改進(jìn)設(shè)計師的集成任務(wù)。
　　建立系統(tǒng)時間至關(guān)重要
　　建立系統(tǒng)時間是至關(guān)重要的。無論是研發(fā)人員，或是為物理參數(shù)測試、器件或電路而建立測試系統(tǒng)的研發(fā)工程師，或是優(yōu)化手機高速生產(chǎn)線的測試工程師，或是測試?yán)走_(dá)或制導(dǎo)系統(tǒng)的航天系統(tǒng)集成商，沒人能有充分的時間建立繁瑣的系統(tǒng)。工程師往往供不應(yīng)求，他們大量的時間用在了查錯上，而不是用在最有價值的系統(tǒng)性能改進(jìn)或收集和處理關(guān)鍵的數(shù)據(jù)上。有了LXI，就無需把寶貴的資源用于在PC中安裝專門的I/O卡及適配器，接上昂貴的特種電纜，或配置儀器上。LAN工具更能自動發(fā)現(xiàn)和配置任務(wù)，而且成本低廉，隨時可用。常用的以太網(wǎng)工具，如內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過在設(shè)置期間提供對儀器能力的可視性，以及在程序執(zhí)行期間跟蹤儀器狀態(tài)，將加快系統(tǒng)的建立、程序開發(fā)和調(diào)試。自動查詢功能允許儀器自行配置，從儀器的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器或供應(yīng)商網(wǎng)站獲取必要的信息，分配IP地址，而無需用戶干預(yù)或?qū)ｉT的服務(wù)器。
　　有時間識別功能的LXIA類和B類儀器用時間戳和事件記錄，可獲得對系統(tǒng)定時前所未有的可視能力，從而能更好地完成系統(tǒng)查錯和優(yōu)化。今天，當(dāng)新測試系統(tǒng)未能達(dá)標(biāo)時，我們會有一些查找問題的線索。例如我們不知道開關(guān)是否在錯誤位置，源是否穩(wěn)定，還是DUT不能產(chǎn)生預(yù)期的信號。有時間識別功能的儀器允許測試工程師同步通道，重建時間序列，以幫助查找問題。如果需要并行運行，則能通過鑒別空閑時間、穩(wěn)定時間和延遲來優(yōu)化系統(tǒng)吞吐量。它們也能簡化系統(tǒng)的支持和維護(hù)。比如用一臺更新、更快的儀器代替老儀器，新儀器速度的增加往往會打亂程序的定時序列。有時間識別功能的B類儀器能效仿老儀器的定時行為，用與原來完全相同的時間執(zhí)行任務(wù)，從而保護(hù)測試程序的投資。
　　執(zhí)行速度是關(guān)鍵參數(shù)
　　第二個重要趨勢是速度要求。對建立生產(chǎn)、設(shè)計驗證和多通道數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)的系統(tǒng)集成商來說，執(zhí)行速度是測試系統(tǒng)的一項關(guān)鍵參數(shù)。以太網(wǎng)的速度已經(jīng)可達(dá)1Gbit/s，當(dāng)傳送大的數(shù)據(jù)包時，它的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過GPIB和其他熟悉的測試接口。此外，以太網(wǎng)支持對等通信和分布式處理，從而消除了集中式單處理器系統(tǒng)中儀器至控制器的數(shù)據(jù)流量和處理器瓶頸。
　　事實上，對大多數(shù)測試系統(tǒng)來說，測試系統(tǒng)速度更多地是由儀器測量速度決定，而非I/O速度。系統(tǒng)速度實際很少受到I/O的限制，I/O速度只是問題的一半，但往往會導(dǎo)致不正確的結(jié)論。真正要問的問題是得到經(jīng)校準(zhǔn)的測量結(jié)果需要多長時間。儀器或插卡控制器的測量時間通常比允許的I/O速度低一至兩個數(shù)量級，做原始I/O反應(yīng)時間和吞吐量比較是不切實際的，并有誤導(dǎo)之嫌。LXI儀器屬智能儀器，因此有能力執(zhí)行其他體系結(jié)構(gòu)所不可能完成的許多任務(wù)。
　　由于測量速度更多地由儀器或插卡控制器決定，而非I/O帶寬，因此，分布式并行體系結(jié)構(gòu)就可以提高系統(tǒng)性能。正如計算機行業(yè)不久前為分布式體系結(jié)構(gòu)揚棄了集中式處理，分布式和并行測試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)能夠提高系統(tǒng)的性能。LXI使系統(tǒng)設(shè)計師得以繞過控制器處于每一事務(wù)中間的DUT—控制器—儀器這一瓶頸問題，從而建立起緊密控制的對等子系統(tǒng)。由于將計算機移出關(guān)鍵路徑，將使I/O流量更有效率，系統(tǒng)速度得到改進(jìn)，控制器也能自由地去做那些對數(shù)據(jù)最有價值的事情。儀器相互間能直接通信，避免了中心計算機控制造成的延遲。智能儀器的能力，再加上LXI定義的通信協(xié)議，就構(gòu)成了這些更有效的體系結(jié)構(gòu)。
　　我們了解到測試系統(tǒng)的速度指標(biāo)，但為讓系統(tǒng)工作，測試工程師要使用多少條WAIT語句呢？這些WAIT語句經(jīng)過優(yōu)化嗎？幾乎每一測試系統(tǒng)中都使用WAIT語句處理無規(guī)律性的時序，但WAIT語句常常被人工調(diào)校和優(yōu)化，造成系統(tǒng)難以維護(hù)和支持?？勺R別時間的LXIB類和A類儀器及系統(tǒng)備有事件記錄，它能告訴工程師指定儀器操作到底花費多少時間，從而為查錯和優(yōu)化提供了前所未有的透明度。
　　儀器下載代碼日益普及
　　第三個趨勢是下載代碼至儀器已越來越普遍。LXI的可下載腳本、狀態(tài)調(diào)用和對等通信等特性完全適合應(yīng)用。它允許工程師把代碼直接下載到儀器，因此不需要儀器和控制器間的運行時間和I/O流量。除了讓控制器加載儀器控制任務(wù)外，它還能提高系統(tǒng)速度和簡化系統(tǒng)的軟件設(shè)計。對于系統(tǒng)集成者來說，包括宏、腳本、應(yīng)用程序、主名、對等通信在內(nèi)的能力，可極大提高其實用性和價值。測試工程師可以把定制算法或測試序列直接嵌入測試設(shè)備，通過在儀器內(nèi)進(jìn)行處理而加快系統(tǒng)響應(yīng)速度。LXI對等通信或群播通信及觸發(fā)可在無控制器干預(yù)下進(jìn)行初始化，直接的腳本執(zhí)行使眾多功能更為強大。
　　用離線工具把數(shù)據(jù)直接送到計算機進(jìn)行處理和分析，是以太網(wǎng)和LXI所長。采用LXI，在儀器和執(zhí)行離線分析任務(wù)的高速計算機之間，大數(shù)據(jù)文件傳送要比許多其他接口快得多。
　　相關(guān)鏈接
　　LXI應(yīng)用典型案例
　　LXI的一個典型應(yīng)用是用于衛(wèi)星測試的模擬太陽能電池陣列和熱負(fù)荷的系統(tǒng)。這是由數(shù)十至數(shù)百臺電源構(gòu)成的系統(tǒng)。在使用GPIB（通用接口點線）或卡箱式儀器時，協(xié)調(diào)如此眾多的電源是非常困難的，但LXI卻使其輕而易舉。事實證明，具有時間識別能力的電源陣列能很好地用于隨時間改變的系統(tǒng)，如太陽能電池陣列模擬器。系統(tǒng)集成者用LXI測試系統(tǒng)測試手機的電池充電器所增加的速度和通道數(shù)是其他方案不可能達(dá)到的。
　　有線電視、移動無線通信和輸變電部門的監(jiān)測站，可以在遠(yuǎn)地站點中使用LXI儀器，通過以太網(wǎng)把信息回饋至中央控制中心。LXI甚至可用于監(jiān)視橋梁金屬的腐蝕。由于有無限制的節(jié)點數(shù)和距離，因此能容易和經(jīng)濟(jì)地完成這些常見的應(yīng)用任務(wù)。把數(shù)千測試節(jié)點集中放置在中心位置，就不需要讓技術(shù)人員外出，從而節(jié)省大量的時間和資金。
　　LXI成員公司用LXI協(xié)調(diào)數(shù)千個應(yīng)變計的工作，以測試飛機機身、路面和橋梁。在這些應(yīng)用中，用LXI系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)數(shù)千個應(yīng)變計的工作，而這項任務(wù)采用傳統(tǒng)測試互聯(lián)技術(shù)是不可能完成的。在飛機機身測試系統(tǒng)中，利用LXIA類設(shè)備觸發(fā)和時間戳同步數(shù)以萬計的通道，LXI使這項艱巨的任務(wù)變得容易。在許多這類應(yīng)變計應(yīng)用中，其他儀器互聯(lián)方案都不能達(dá)到要求的距離、精確協(xié)調(diào)和同步。集成商已建造了類似的測試系統(tǒng)，用以測試和監(jiān)測噴氣發(fā)動機的性能，這里必須協(xié)調(diào)數(shù)百甚至數(shù)千通道的工作。采用LXI網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，使這類應(yīng)用變得如此簡單。
　　一家航天承包商在要求用精確系統(tǒng)關(guān)機時序保護(hù)昂貴而敏感的DUT應(yīng)用中，使用了LXI的點對點的通信和有時間識別能力的B類儀器。在該系統(tǒng)中，點對點通信發(fā)起關(guān)機序列，建立起比基于PC時基更快、更精確的系統(tǒng)。LXIB類儀器中的時間同步能力把這一應(yīng)用的速度和時序精度提高了兩個數(shù)量級，同時還簡化了系統(tǒng)軟件。
　　幾家天線制造商在天線測距應(yīng)用中選擇了LXI儀器，用LXI的LAN（局域網(wǎng)）觸發(fā)協(xié)調(diào)相距甚遠(yuǎn)的源和接收器。在這一應(yīng)用中源和接收器相距數(shù)百米，所以集成商在無線LAN上用LXI觸發(fā)協(xié)調(diào)各系統(tǒng)部件，既提高了系統(tǒng)的性能，同時也降低了系統(tǒng)成本和復(fù)雜程度。[安捷倫(中國)系統(tǒng)產(chǎn)品經(jīng)理饒騫編譯]