LXI：利用以太網改善測試環境降低測試成本

編者語：在測試行業中，以太網是一種理想的互聯技術，因為它穩定可靠、成本低、快捷和無處不在。LXI借用了世界上最流行的通信協議——標準以太網。以太網在過去40年中杰出的延續性和壽命，為測試系統的多年使用提供了堅實的基礎。

　　LXI應用日益廣泛

　　測試和測量行業的領導者們共同發起LXI（利用以太網技術的測試系統體系結構）聯盟，是因為他們認識到以太網所提供的能力是其他測試接口無法企及的。利用以太網能夠開發出許多全新的產品，而且，測試和系統集成工程師能在測試系統中得心應手地使用以太網。LXI建立的宗旨，就是利用以太網簡化系統集成和增強其測試能力，LXI成員公司也承諾為改善測試環境，提高集成能力和降低成本。
　　LXI是一種連通性體系結構，其中每一類產品都有其特定的需要。數據采集界采用LXI，是因為LXI提供沒有限制的節點數、距離和帶有時間戳的數據，從而可實現分布式的同步測量。功能測試系統集成商，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、狀態調用等能力，簡化系統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備在系統中緊密結合和同步。LXI所允許的產品范圍從只有幾立方厘米大小，由 PoE供電(以太網供電)的傳感器到全功能的高性能微波分析儀。這些產品可以是帶有顯示器和用戶界面的全功能機箱結構，也可以是無顯示或UI(用戶界面)的LXI1U高度的模塊。因此研發和測試工程師能在工作臺上利用臺式儀器進行系統開發，而生產制造和系統維護中使用的ATE（自動化測試設備）系統，則可利用相同功能的緊湊型LXI模塊來構建，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的。
　　在許多測試應用中，包括一些常見的和一些新近利用以太網強大威力的應用中都使用著LXI。LXI聯盟把LXI的應用歸納為數十個類別，這些類別也隨生產LXI產品的公司或選擇LXI的集成商而有所不同。數據采集集成商喜歡LXI，是因為它快速，容易配置和設置，并且不受節點數或距離的限制；功能測試集成商喜歡LXI，是因為它的高速度和易于設置；一些注重文檔的行業，如醫療和航天行業喜歡LXI，是因為聯網儀器能簡化繁瑣的資產管理任務，并實現自動化，自動查詢和識別使它很容易在網絡上跟蹤儀器型號、序列號、固件版本、上次校準時間、下次校準時間。
　　LXI價值進一步擴展
　　由于市場上已擁有500種以上經LXI認證的產品，系統集成商在建立測試系統時，更多地使用LXI并享受LXI帶來的眾多優勢。在目前市場上，大部分LXI儀器是具備了LXI基本功能的C類產品，可取代GPIB。但未來，LXI廠商會陸續發布相當數量的B類和A類產品。我們預期具有這些新能力的LXI儀器將持續強勁增長。在這之前，廠商已經推出的很多橋接器和適配器，包括B級觸發盒，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和性能增強，以進一步擴展LXI的價值。例如，LXI技術委員會正在制訂資源管理導則，以確保多客戶系統不競爭儀器資源。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，以防止潛在的錯誤通信或系統鎖死問題。資源管理也防止了低優先權，如監視查詢的應用，因為它會中斷像高速生產測試這樣的關鍵性任務。Windows任務沒有優先權，因此將由LXI資源管理協議確保測試工作不會被多客戶中斷。其他技術工作組正致力公共狀態調用技術和腳本協議，以減少I/O（輸入/輸出）流量，提高執行速度和儀器反應速度。
　　通信工作組正在制訂一個線上(over-the-wire)協議，該協議用RESTful接口完成儀器至控制器，或儀器至儀器的通信。協議的目標是對等層通信不再需要驅動程序，帶來的好處是我們能用熟悉的，類似打印機的嵌入驅動程序代替那些專門的驅動程序。每一種儀器和軟件環境不再需要不同的驅動程序，這種情況導致今天所謂不完全的驅動程序，REST-ful接口和mDNS發現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動程序的開發，還為系統集成者簡化驅動程序的使用。當然，傳統的SCPI語言和IVI儀器驅動程序仍會繼續提供給集成商。
　　中國廠商開始關注LXI
　　LXI為中國的系統集成商帶來一些獨特優勢。例如許多中國企業在全世界范圍銷售產品。LXI允許工程師在互聯網上協作應對測試挑戰，當客戶或設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。使用以太網和基于IE瀏覽器界面的通信能力，可輕松提供基于網絡的數據管理和企業報告能力。公司能在互聯網上管理和分發測試數據，而無需過多考慮時區或國界。通過使用標準以太網，LXI讓這項任務變得非常容易。
　　從LXI聯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。例如中國航天系統的一個用戶，在復雜的熱真空測試系統應用中用LXI同步和控制數百臺電源。在該系統中，電源周期性地接通和斷開，以模擬因衛星對太陽方向的改變，以及太空中隨時間變化的熱負載。采用其他測試系統體系結構，要建造這樣的系統是非常困難，甚至是不可能的，而采用LXI的標準以太網來構建這樣的系統則非常容易。LXI也簡化了至數百臺電源的接線，使用標準以太網工具，使查錯、同步和控制變得極為容易。
　　除測試系統外，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兼容測試設備。中國測試與測量公司已清楚LXI測試設備的強大能力，我們預期這一趨勢還將繼續。
　　短短幾年間，LXI已打下了堅實的基礎。從2005年9月LXI標準的第一個修訂版開始，現在已有超過500種產品完成了LXI一致性認證，從而成為歷史上成長最快的測試和測量總線接口?，F在，不同行業的集成者成功地利用LXI提高系統性能，降低成本，消除公共集成的藩籬。LXI技術工作組正在進一步改進關鍵領域，如系統吞吐量和易用性的標準。隨著測試測量行業領先的系統制造商更多地利用以太網的強大威力，LXI將繼續發展，更新的功能強大的系統會陸續出現，而且更有成本優勢。從領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。
　　LXI測試測量三大趨勢
　　幾項重要趨勢引領著測試測量的未來，LXI正幫助系統集成工程師迎接新的挑戰。鑒于成本和市場的壓力，測試系統設計師必須改進系統設置時間、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元件和熟悉的工具，簡化和改進設計師的集成任務。
　　建立系統時間至關重要
　　建立系統時間是至關重要的。無論是研發人員，或是為物理參數測試、器件或電路而建立測試系統的研發工程師，或是優化手機高速生產線的測試工程師，或是測試雷達或制導系統的航天系統集成商，沒人能有充分的時間建立繁瑣的系統。工程師往往供不應求，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性能改進或收集和處理關鍵的數據上。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工具更能自動發現和配置任務，而且成本低廉，隨時可用。常用的以太網工具，如內置網絡服務器通過在設置期間提供對儀器能力的可視性，以及在程序執行期間跟蹤儀器狀態，將加快系統的建立、程序開發和調試。自動查詢功能允許儀器自行配置，從儀器的網絡服務器或供應商網站獲取必要的信息，分配IP地址，而無需用戶干預或專門的服務器。
　　有時間識別功能的LXIA類和B類儀器用時間戳和事件記錄，可獲得對系統定時前所未有的可視能力，從而能更好地完成系統查錯和優化。今天，當新測試系統未能達標時，我們會有一些查找問題的線索。例如我們不知道開關是否在錯誤位置，源是否穩定，還是DUT不能產生預期的信號。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、穩定時間和延遲來優化系統吞吐量。它們也能簡化系統的支持和維護。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行任務，從而保護測試程序的投資。
　　執行速度是關鍵參數
　　第二個重要趨勢是速度要求。對建立生產、設計驗證和多通道數據采集測試系統的系統集成商來說，執行速度是測試系統的一項關鍵參數。以太網的速度已經可達1Gbit/s，當傳送大的數據包時，它的速度遠遠超過GPIB和其他熟悉的測試接口。此外，以太網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中儀器至控制器的數據流量和處理器瓶頸。
　　事實上，對大多數測試系統來說，測試系統速度更多地是由儀器測量速度決定，而非I/O速度。系統速度實際很少受到I/O的限制，I/O速度只是問題的一半，但往往會導致不正確的結論。真正要問的問題是得到經校準的測量結果需要多長時間。儀器或插卡控制器的測量時間通常比允許的I/O速度低一至兩個數量級，做原始I/O反應時間和吞吐量比較是不切實際的，并有誤導之嫌。LXI儀器屬智能儀器，因此有能力執行其他體系結構所不可能完成的許多任務。
　　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，分布式并行體系結構就可以提高系統性能。正如計算機行業不久前為分布式體系結構揚棄了集中式處理，分布式和并行測試系統體系結構能夠提高系統的性能。LXI使系統設計師得以繞過控制器處于每一事務中間的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。由于將計算機移出關鍵路徑，將使I/O流量更有效率，系統速度得到改進，控制器也能自由地去做那些對數據最有價值的事情。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定義的通信協議，就構成了這些更有效的體系結構。
　　我們了解到測試系統的速度指標，但為讓系統工作，測試工程師要使用多少條WAIT語句呢？這些WAIT語句經過優化嗎？幾乎每一測試系統中都使用WAIT語句處理無規律性的時序，但WAIT語句常常被人工調校和優化，造成系統難以維護和支持。可識別時間的LXIB類和A類儀器及系統備有事件記錄，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、狀態調用和對等通信等特性完全適合應用。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外，它還能提高系統速度和簡化系統的軟件設計。對于系統集成者來說，包括宏、腳本、應用程序、主名、對等通信在內的能力，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備，通過在儀器內進行處理而加快系統響應速度。LXI對等通信或群播通信及觸發可在無控制器干預下進行初始化，直接的腳本執行使眾多功能更為強大。
　　用離線工具把數據直接送到計算機進行處理和分析，是以太網和LXI所長。采用LXI，在儀器和執行離線分析任務的高速計算機之間，大數據文件傳送要比許多其他接口快得多。
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　　LXI應用典型案例
　　LXI的一個典型應用是用于衛星測試的模擬太陽能電池陣列和熱負荷的系統。這是由數十至數百臺電源構成的系統。在使用GPIB（通用接口點線）或卡箱式儀器時，協調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，如太陽能電池陣列模擬器。系統集成者用LXI測試系統測試手機的電池充電器所增加的速度和通道數是其他方案不可能達到的。
　　有線電視、移動無線通信和輸變電部門的監測站，可以在遠地站點中使用LXI儀器，通過以太網把信息回饋至中央控制中心。LXI甚至可用于監視橋梁金屬的腐蝕。由于有無限制的節點數和距離，因此能容易和經濟地完成這些常見的應用任務。把數千測試節點集中放置在中心位置，就不需要讓技術人員外出，從而節省大量的時間和資金。
　　LXI成員公司用LXI協調數千個應變計的工作，以測試飛機機身、路面和橋梁。在這些應用中，用LXI系統體系結構協調數千個應變計的工作，而這項任務采用傳統測試互聯技術是不可能完成的。在飛機機身測試系統中，利用LXIA類設備觸發和時間戳同步數以萬計的通道，LXI使這項艱巨的任務變得容易。在許多這類應變計應用中，其他儀器互聯方案都不能達到要求的距離、精確協調和同步。集成商已建造了類似的測試系統，用以測試和監測噴氣發動機的性能，這里必須協調數百甚至數千通道的工作。采用LXI網絡體系結構，使這類應用變得如此簡單。
　　一家航天承包商在要求用精確系統關機時序保護昂貴而敏感的DUT應用中，使用了LXI的點對點的通信和有時間識別能力的B類儀器。在該系統中，點對點通信發起關機序列，建立起比基于PC時基更快、更精確的系統。LXIB類儀器中的時間同步能力把這一應用的速度和時序精度提高了兩個數量級，同時還簡化了系統軟件。
　　幾家天線制造商在天線測距應用中選擇了LXI儀器，用LXI的LAN（局域網）觸發協調相距甚遠的源和接收器。在這一應用中源和接收器相距數百米，所以集成商在無線LAN上用LXI觸發協調各系統部件，既提高了系統的性能，同時也降低了系統成本和復雜程度。[安捷倫(中國)系統產品經理饒騫編譯]