測試測量儀器技術(shù)進(jìn)入2.0時代

測試測量儀器市場最近發(fā)生的一些事情似乎暗示著該行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入一個新的階段。首先要提到的是安捷倫科技，盡管該公司一度認(rèn)為PXI并非測試測量技術(shù)的未來趨勢，但卻在06年底發(fā)起了針對該項技術(shù)方案供應(yīng)商的兩起收購（Acqiris和PXIT），并于2007年3月底宣布加入PXI聯(lián)盟。

值得注意的還有泰克公司，在NI公司的協(xié)助下，這家示波器領(lǐng)導(dǎo)廠商在其TDS1000B、TDS2000B和DPO4000系列數(shù)字存儲示波器中采用了由NI提供的交互式測量軟件，幫助工程師可以輕松地在PC上連接并控制泰克儀器。此外，測試儀器供應(yīng)商吉時力也順應(yīng)潮流，在2006年12月推出了符合PXI標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品線。

上述案例表明，以軟件為中心并配合模塊化I/O硬件的方式已經(jīng)漸漸成為測試測量儀器行業(yè)的一個趨勢，而這正是NI一直以來就在大力推廣的虛擬儀器技術(shù)（VI）。“這彰顯了30年來NI所堅持的道路的正確性。”NI中國市場經(jīng)理朱君女士不久前在上海與業(yè)界媒體見面時表示，“在NI提出‘虛擬儀器技術(shù)’這一概念的時候，許多人都認(rèn)為它不可能成為主流技術(shù)。而今天我們看到的卻是，VI不但成為了測試測量行業(yè)的發(fā)展方向，而且很顯然，測試測量行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入儀器技術(shù)2.0（Instrumentation2.0）的時代。”Instrumenation2.0借用了最近非常紅火的web2.0的概念，都突出了用戶對數(shù)據(jù)的掌控和對自定義的強(qiáng)烈需求。

以軟件為中心，模塊化硬件相結(jié)合

在最短時間內(nèi)為產(chǎn)品增加盡可能多的新功能，這似乎已經(jīng)成為電子系統(tǒng)設(shè)計工程師們目前所面臨的最大挑戰(zhàn)。測試系統(tǒng)必須緊跟待測產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展，但是待測系統(tǒng)復(fù)雜度的提高和對測試時間的要求使得傳統(tǒng)測試技術(shù)在滿足“過分的”測試需求方面越來越顯得力不從心。在傳統(tǒng)測量儀器技術(shù)下，工程師們只有兩個選擇：要么為該產(chǎn)品開發(fā)專用的測試解決方案，要么使用通用的測試儀器。但是，專用系統(tǒng)的價格昂貴，而通用儀器卻很難達(dá)到測試要求。

“兼容以上兩種方案的優(yōu)勢，以軟件為中心的系統(tǒng)開啟了一個新的時代。這種方式能為設(shè)計和測試工程師提供效率最快、性價比最高的途徑來創(chuàng)建他們自定義的儀器系統(tǒng)。”朱君表示，“它就是儀器技術(shù)2.0。”

簡單來說，儀器技術(shù)2.0是相對于完全依靠硬件來實現(xiàn)測試測量的1.0時代而言的：在后一種方式下，硬件本身和其具備的分析功能都是由儀器供應(yīng)商來定義，用戶要實現(xiàn)自定義只能是天方夜譚——即使將儀器連接到PC，傳輸?shù)男畔⒁彩菑S商定義后的測試結(jié)果，用戶無法獲得測量的原始數(shù)據(jù)來進(jìn)行自定義分析。而2.0方式卻完全不同，在獲得實時的原始數(shù)據(jù)后，工程師可以利用軟件來設(shè)計自己的用戶界面并自定義測量任務(wù)，獲得所需的分析結(jié)果。

以軟件為核心并不代表硬件已經(jīng)無足輕重，只有對數(shù)據(jù)進(jìn)行高質(zhì)量的數(shù)字化和快速傳輸才能在軟件平臺上真正實現(xiàn)精確分析的能力。模塊化的I/O硬件技術(shù)的飛速發(fā)展為數(shù)據(jù)采集提供了可靠保證，工程師們可以采用通用的模塊化硬件來構(gòu)建測試系統(tǒng)。“相比傳統(tǒng)儀器技術(shù)，儀器技術(shù)2.0賦予了他們更大的自主權(quán)和靈活性——在一個強(qiáng)大的應(yīng)用軟件平臺上，選擇符合需求的硬件，即可實現(xiàn)更多可擴(kuò)展的測試功能。”朱君說。

朱君表示，儀器技術(shù)2.0的包括以下幾項必備要素：自定義測試、實時數(shù)據(jù)傳輸、自定義界面、模塊化硬件以及儀器同PC之間的連接性。

“這些要素已經(jīng)非常普遍。”她指出，這也是本文開頭中所述的其他廠商之所以開始涉足軟件和PXI等技術(shù)的原因。

F1：儀器技術(shù)1.0與儀器技術(shù)2.0比較

組成部分與必備要素

虛擬儀器技術(shù)的概念已經(jīng)在市場上獲得了廣泛認(rèn)同和采用，同時驅(qū)動其進(jìn)步的因素仍在不斷發(fā)展中。

因此，理所當(dāng)然的，虛擬儀器技術(shù)仍將不斷獲得新的飛躍：硬件方面，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、數(shù)據(jù)總線/總線架構(gòu)以及處理器技術(shù)功不可沒；軟件方面，LabVIEW圖形化編程環(huán)境已經(jīng)日益成為最普遍的應(yīng)用工具。

首先來看ADC。過去工程師需要自己設(shè)計專用ASIC或者現(xiàn)成的高性能ADC。但是很顯然，對于出貨量相對較少的測試測量行業(yè)而言，ASIC方案的成本較高。隨著ADC不斷進(jìn)入更多的應(yīng)用領(lǐng)域，半導(dǎo)體供應(yīng)商們在該項技術(shù)獲得了極大的發(fā)展。今天，ADC不僅能夠提供足夠的性能，還由于大規(guī)模量產(chǎn)獲得了低成本優(yōu)勢。

其次是總線技術(shù)。事實上，許多總線技術(shù)都存在著“雙高問題”——在提供高帶寬的同時，延遲時間也居高不下。但不幸的是，大多數(shù)情況下常常被忽略的延遲會對某些測試應(yīng)用產(chǎn)生直接作用，影響指令在總線節(jié)點之間的傳輸速度。另外，各種各樣的總線還存在著五花八門的要求。例如，千兆級以太網(wǎng)傳輸速度很高，但是每次改變都需要重新編寫軟件；GPIB沒有這種麻煩，但卻需要購買控制器……諸如此類不一而足。“這使得在帶寬和延遲兩方面性能都出色的PCI/PXI總線能夠輕松勝出——被PC行業(yè)的廣泛采用已經(jīng)說明了該項技術(shù)的優(yōu)越性。”朱君說。

多核處理器技術(shù)也是儀器技術(shù)發(fā)展的助推劑。作為應(yīng)用軟件的運(yùn)算載體，處理器已經(jīng)成為下一代儀器技術(shù)的核心器件。AMD和Intel兩大處理器供應(yīng)商的競爭使得處理器性能依然沿著摩爾定律的步伐穩(wěn)步前進(jìn)。Intel公司更宣布將在2011年推出80核處理器的計劃，屆時將能夠提供萬億8進(jìn)制的計算性能。很顯然，處理器的未來就是多核。

朱君指出，與1.0方式相比，儀器技術(shù)2.0方式對于軟件具有非常高的要求。為了充分融合以上硬件技術(shù)，一個強(qiáng)大的應(yīng)用軟件必須要滿足以下要求：提供強(qiáng)大的分析能力——包括內(nèi)置分析庫核與第三方軟件工具之間的開發(fā)連接性；讓用戶可以自由選擇最適合需求的總線——支持各種總線技術(shù)；為了能夠充分利用多核處理器的優(yōu)勢——支持工程師對多核處理器進(jìn)行高效編程，需要開發(fā)全新的編譯器來解決并行架構(gòu)的開發(fā)挑戰(zhàn)。

LabVIEW已經(jīng)具有上述能力。與PLC組態(tài)軟件、C文本語言的特性不同，這是一款圖形化的編程軟件平臺。自1986年推出以來，LabVIEW不斷增加即拖即用的分析函數(shù)，現(xiàn)已包含500多個內(nèi)置的數(shù)學(xué)、信號處理和分析函數(shù)，并為階次分析、調(diào)制、頻譜分析、高級信號處理等要求提供附加的工具包。此外，通過MathScript提供的m-file文本語法功能，工程師們可以選擇更高效的句法。該軟件不僅支持所有總線技術(shù)和各種操作系統(tǒng)，還已經(jīng)在今年4月推出的8.2.1版本中支持Vista操作系統(tǒng)（LabVIEW可在底層進(jìn)行系統(tǒng)配置）。此外，在去年的NIDays上，NI還就將并行的兩個程序自動配置到雙核處理器中進(jìn)行了相關(guān)演示。

朱君指出，幾乎所有的編程軟件都是串行架構(gòu)，而LabVIEW一開始就是一款并行架構(gòu)的編程軟件。“如果程序里有多個并行循環(huán)，LabVIEW會自動在多核間分配任務(wù)。”她說，“從單核升級到多核，用戶無需改變代碼即可享受到多核技術(shù)帶來的好處。”
    
“盡管不同的行業(yè)有不同的發(fā)展道路，但共同的一點卻是用戶對自定義的要求愈加普遍。”朱君總結(jié)道，“儀器技術(shù)2.0已經(jīng)成為測試測量行業(yè)勢在必行的趨勢，以軟件為核心、結(jié)合模塊化硬件的解決方案將為工程師實現(xiàn)他們所需的自定義和最優(yōu)化結(jié)果。”