LXI測試系統(tǒng)中IEEE1588 的應用

本文將概要說明與IEEE 1588 相關的LXI 規(guī)范，以及如何在基于LXI 測試和測量系統(tǒng)中用IEEE 1588 建立時基。

引言:

測試和測量行業(yè)于2004 年形成了LXI(LAN eXtensions for Instrumentation)聯(lián)盟，聯(lián)盟致力于簡化測試系統(tǒng)的集成和降低與測試系統(tǒng)設計及維護相關的成本。通過高速Ethernet和IEEE 1588 這些成熟技術，行業(yè)規(guī)定了保證廠商間兼容性的規(guī)則和建議。利用Ethernet 行業(yè)的成熟技術，LXI 提供許多超過當前點對點和卡箱式解決方案的優(yōu)點，以簡化集成和支持任務，降低成本，并提供新的使用模型和能力。

LXI聯(lián)盟得到測試和測量行業(yè)所有領先公司的大力支持。所提出的規(guī)范通過利用自動發(fā)現(xiàn)和尋址，網絡和資產管理和對等通信這些技術簡化系統(tǒng)集成，它的統(tǒng)一觸發(fā)模型和IEEE 1588應用使集成者能在許多應用中用軟件觸發(fā)代替電纜，從而簡化系統(tǒng)組裝，解決困難的同步任務，它也為系統(tǒng)建造者提供以前沒有的選擇方案。LXI 還為合成儀器提供理想平臺，當測試需要變化時能實現(xiàn)較小占用面積和易于重新配置，以及硬件 — 軟件獨立。由于接納了普遍存在的Ethernet 技術LXI 也因不需要專門的電纜、插卡、主機而降低了成本。

LXI 綜述

LXI 聯(lián)盟綜合了近年來的多方發(fā)展成果。首先，研究報告表明我們測試和測量行業(yè)已經為基于LAN 儀器準備就緒。Ethernet 基礎設施是普遍存在的，其設備價格按測試和測量標準來看是很低的，測試工程師也越來越醉心這項技術。其次，高速LAN的廣泛適應性，它開放的IO接口符合測試和測量的需要。再次， IEEE 1588 把確定性的定時帶入網絡。最后，尋求更低測試系統(tǒng)支持成本的宇航/國防工業(yè)推動了合成儀器的發(fā)展。

在 LXI 聯(lián)盟之前，測試和測量行業(yè)依靠特殊的點對點IO，如GPIB 和MXI，或是卡箱式背板實現(xiàn)，如VXI 和PXI。由于它們均由TM行業(yè)開發(fā)，因此不能得到計算機行業(yè)的簡單使用方法，而且還需要昂貴的接口卡，電纜和主機。LXI 聯(lián)盟知道每天在Ethernet 上工作的工程師數(shù)量遠遠超過整個TM行業(yè)，我們完全可以利用他們的工作成果，得到復雜的對等和網絡管理能力，就像在計算機和外設上那樣。Ethernet是到處都有而且價格低廉; 由于今天售出的計算機上都配有LAN 適配器，用戶不需要專門的接口卡。Ethernet 支持多種傳輸媒介 — 銅纜、光纖、無線 — 它也是對稱的，因此您不必像USB 那樣擔心是主裝置還是從裝置。

早期的Ethernet 使能儀器已很好地被客戶接受，但大多數(shù)前期實現(xiàn)因反應時間、速度和非確定性定時的不確定性而遇到支持方面的問題。通過IEEE 1588 和Gigabit Ethernet 這些關鍵促成技術，LXI把Ethernet提升到測試系統(tǒng)的核心地位。100 base T 和Gigabit Ethernet 的廣泛適應性突破了多數(shù)實際測試系統(tǒng)的速度瓶頸，而IEEE 1588給與Ethernet確定性的定時，從而能夠滿足測試和測量行業(yè)苛刻的定時要求。

LXI 聯(lián)盟

隨著LAN 的發(fā)展而成為GPIB 和MXI 的可行替代方案，一些測試和測量公司開始使用LAN，并把它看作是主要的互連。但我們認為如果每家儀器公司都獨立建立各自的Ethernet 連接標準，來自不同廠商儀器能將很難實現(xiàn)相互之間的兼容。最好的情況是有一個各公司都支持的標準。應此，需要有一個行業(yè)聯(lián)盟來致力于標準的建立，也保證兼容性。安捷倫公司在2004 年提議，并成為LXI 聯(lián)盟的聯(lián)合創(chuàng)建者。聯(lián)盟最優(yōu)先的任務是通過推薦統(tǒng)一的基于Ethernet的儀器標準，實現(xiàn)保證相互之間的兼容性。LXI聯(lián)盟宗旨在于顯著簡化系統(tǒng)集成者的工作、降低成本、提高產能，同時利用成熟的商業(yè)技術，而不是建立某些獨特技術。LXI標準實際上是推薦如何實現(xiàn)已存在的開放工業(yè)標準。

LXI 聯(lián)盟的主要目標是建立和采用基于LAN 的儀器規(guī)范，以保證跨廠商的相互兼容。LXI 聯(lián)盟已舉行過5 次全會，3 次專門會議和無數(shù)次的工作組會議。今天我們已有40 多位會員，代表所有主要TM供應商，此外還有許多用戶和系統(tǒng)集成商。我們的每一次全會上都有獨立的系統(tǒng)集成商或潛在用戶的會議，他們討論測試環(huán)境，以及對LXI 優(yōu)缺點的評價。在宣布我們意向的12 個月后，就于9 月26 日頒布了最初的LXI 規(guī)范1.0 版。

LXI 觸發(fā)

LXI設備被定義為3種類型，按觸發(fā)能力的不同分為A類、B類和C類。C類是基本類，它沒有基于時間的觸發(fā)能力，A類和B 類設備融入IEEE 1588，它允許測試系統(tǒng)內的不同設備自主地執(zhí)行復雜的事件序列，而無需系統(tǒng)控制器的干預。B類在C 類上增加IEEE 1588，A 類除增加IEEE 1588 外，還加上8 路的LVDS 高速觸發(fā)總線。

LXI 規(guī)范的一個主要特點是統(tǒng)一的觸發(fā)模型，以及以同樣方式處理所有觸發(fā)源的API。通過定義LAN觸發(fā)和硬件觸發(fā)同一的程序調用，程序師就能用一套API 調用，并容易地在觸發(fā)類型間切換。例如如果用被命名為“Arb”的驅動程序編程一臺任意波形發(fā)生器，而程序員要把LXI 觸發(fā)總線2 作為觸發(fā)信號源，這一行代碼就可寫為: Arb.Trigger.Source ="LXI2"，而如果他希望切換到使用相同ID 的LAN觸發(fā)，只需把命令變?yōu)? Arb.Trigger.Source = "LAN2"。LXI規(guī)范推薦LXI設備應能使用任何可行手段觸發(fā)任何可得動作，雖然并非所有情況時都能實現(xiàn)。如果一項測量可由傳統(tǒng)的硬件觸發(fā)線觸發(fā)，那么它也應可由LXI 觸發(fā)總線，或裝置支持的任何其它觸發(fā)輸入觸發(fā)。測試開發(fā)者可把裝置配置為接收相應觸發(fā)源，并接到所要采取的動作。

IEEE 1588基于時間觸發(fā)API 允許程序員在任何規(guī)定時間執(zhí)行規(guī)定的動作，把“報警時鐘”設置為“行動”，從而能讓程序員和系統(tǒng)集成者以幾乎完美的方式執(zhí)行復雜的測試序列。例如把一個數(shù)字化儀編程為在規(guī)定時間開始測量，1秒后結束，等待100 msec，再開始另一次測量。把同一測試系統(tǒng)中的接收設備編程為在數(shù)字化儀100 msec 工作暫停期間改變它的頻率。通過IEEE 1588 基時鐘同步，就能執(zhí)行這樣的操作，得到近乎完美的定時，而不需要儀器與LAN之外的其它控制器連接。

對于基于時間的觸發(fā)，必須了解如果系統(tǒng)內所有時鐘嚴格同步，就不存在反應時間。但真實世界中的時鐘同步并非完美; 時鐘精度僅為50-100 nsec，從而引入新類型的觸發(fā)不確定度 — 抖動。在IEEE 1588 時鐘同步算法調整系統(tǒng)時鐘時，某些引入的不確定度會掩蓋掉任何基于時間觸發(fā)的精度。工程師必須懂得反應時間和抖動的不同，使用最適合其應用的觸發(fā)類型。

有些應用對觸發(fā)抖動不敏感，或觸發(fā)抖動帶來的問題比反應時間輕。例如考慮雷達測試范圍的情況，此時儀器間的距離可能相當大。IEEE 1588 時鐘同步算法將把系統(tǒng)時鐘排齊，而無論這些儀器相距多遠。硬件觸發(fā)反應時間始終約為1 nsec/英尺。如果儀器相距甚遠，那么基于時間觸發(fā)的抖動將小于硬件信號的反應時間。這對于某些應用可能變成一種關鍵的促成技術。