LXI測試系統中IEEE1588 的應用
源于IEEE 的基于時間的觸發并非適應所有測試應用的靈丹妙藥,它只是提供另一種觸發機制。基于時間的觸發要求事先排出儀器動作的時間表,但這并非永遠可行。例如基于時間的觸發不能用于響應異步事件,對于UUT引入的觸發事件也是很差的選擇。
通過在導線上發送電信號,LXI 支持基于LAN 的觸發,這很像是傳統的硬件觸發。當接收裝置收到信號時,就執行一個預先確定的行動。在許多應用中,基于LAN的觸發可去掉雜亂的觸發電纜,從而簡化系統集成和實現流程式的裝置升級。基于LAN觸發強于傳統的硬件觸發,因為它能攜帶硬件觸發不具備的時戳信息。LXI 儀器提供基于同步系統時鐘的時戳,給予系統集成者事件何時發生或協調多個事件發生的時間記錄。在實際應用中,它提出了一些重要的觸發模型,如環形數據捕獲緩沖器。此時可把一個LXI 裝置編程為捕獲環形緩沖器中的數據,就像邏輯分析儀所做的那樣。當LAN觸發到達時,數字化儀用包含在觸發中的時戳“回看”發生在觸發信號接收前的捕獲事件時間。這項觸發技術在過去大多數儀器中是不可能具備的。
IEEE 1588: 關鍵的促成技術
與測試系統集成商的討論證實, IEEE 1588 通過提供原來沒有的同步和時戳機制,能夠簡化集成工程師的任務。從歷史上看,集成工程是通過為系統硬件編寫專門的代碼,以編程方式補償延遲,但在更換硬件或電纜長度改變時,原來的代碼就失去作用,而需要投入昂貴的查錯和返工費用。隨著集成者越來越熟悉 IEEE 1588,我們相信市場需求會促使它成為測試和測量行業的一項主導產品。對于許多應用來說,系統開發者不再需要校準和修正觸發電纜延遲,并相信定時特性不會干擾脆弱的測試程序。
IEEE 1588 把時間概念帶入網絡,提供協調跨分布節點動作的機制。雖然IEEE 1588 定義了如何同步網絡上的時鐘,卻沒有說明如何施加這一同步。LXI通過定義如何在測試環境中進行而擴展了IEEE 1588 的基礎。LXI 聯盟定義了基于LAN和基于時間的觸發特性,對如何施加基于時間的觸發作了詳細的API 描述。一個統一的LXI 觸發模型允許測試程序員容易地在硬件、軟件和時間感應觸發間轉換,通過減少硬件和電纜簡化集成者的任務。
LXI 對等通信
IEEE 1588 和LXI 規范幫助啟用對等的或模塊 — 模塊的通信。在LXI 出現前,大多數測試和測量系統體系結構依賴使用中央控制器的主從配置。除承載較快觸發沿的基本觸發線外,它們沒有儀器至儀器的通信。每臺儀器直接與控制器通信,然后把命令發送到其它儀器。這種在行業內存在多年的方式不能利用分布式計算機體系結構的多種優點。高通道數系統或基于控制器的測量應用讓中央控制器承受很重的負擔,這就造成了處理瓶頸,而難以很好利用高帶寬IO,也達不到預期的性能級。有了LXI,儀器能實現獨立于控制器的相互通信。這就能簡化許多應用,如激勵 — 響應測量。LXI允許系統設計者下載可執行代碼,它由來自系統中的一臺或多臺其它儀器觸發,讓控制器處理數據,而不是執行控制任務。較少的系統管理得到系統響應更敏捷的結果。
也許LXI IEEE 1588 啟用的對等通信帶來的最大好處是能把測試軟件與系統硬件脫鉤。每一LXI 裝置都知道自己的響應時間,這意味著它能事先把自己設置為執行命令或腳本,然后等待觸發。裝置可以多點傳送命令,而不必了解誰在聽取命令,裝置也可聽取命令,而不必了解是誰發送的命令,并過濾掉除所需命令外的其它內容。控制器和測試軟件不需要知道裝置的執行時間,也不必在任何事件前建造設置或延遲。我們現在擁有的系統允許裝置的行為彼此獨立或獨立于控制器,這樣,系統設計者和支持者在改變設備時就可不必改變任何測試代碼。其結果是測試程序與底層硬件脫鉤,實現了測試程序的透明性。
把LAN 和IEEE 1588 用于測試和測量應用
系統集成者發現IEEE 1558帶來許多優點。有些是明顯和容易想到的,例如在長距離上的同步能力。天線測試范圍就屬這種情況。但有些卻不甚明顯,如可在某些應用中去掉觸發電纜,或是不需要校準和修正多條觸發電纜的延遲。由于改變硬件不影響測試程序,因此這兩種情況都能簡化程序員的任務,使軟件維護更為容易。在典型測試系統中,軟件開發和維護的成本會低于硬件購置費。
IEEE 1588和LAN觸發能代替部分,但非全部觸發電纜。代替電纜的能力取決于測試系統的速度要求,而往往由被測裝置決定。某些測試系統,例如測量溫度、壓力或機械激勵的數據采集應用要求毫秒級或微秒級的分辨率,這正在今天IEEE 1588 的能力范圍內。而有嚴格時間要求的應用,例如高速雷達和一些無線應用這類射頻應用,以及示波器和邏輯分析儀的觸發,都要求達到納秒甚至亞納秒的分辨率,這已超出今天IEEE 1588 的能力。基于IEEE 的觸發也不能很好適用于具有快速異步或設備感應觸發的應用。但這些應用也正是改進IEEE 1588 速度和分辨率的原動力。
用IEEE 1588提供時戳,儀器提供商和系統集成商就能使用環形緩沖技術“回放時間”和調查觸發前的事件。這項技術已在邏輯分析儀和示波器中運用多年,IEEE 1588 使它能用于許多其它儀器和系統。自動的數據時戳意味著控制器和應用軟件不再需要跟蹤獲取數據的時間,簡化開發大型測試系統中這一繁瑣和易錯的環節。許多航空航天系統有成百上千條控制和數據線,可通過分布式的檢測測試系統信號沿的暫停,從而去掉許多這樣的信號線。這就簡化了線纜和儀器至UUT的接口,縮短重配置時間,克服測試程序集,即通常稱為TPS的脆弱性。想象一臺有數千個傳感器的儀器,用它來監視噴氣引擎的復雜激勵 — 響應通道。或考慮在飛機機身上貼有數千應變片的模態分析系統,在這些應用中,嚴格的定時關系是保持相鄰點間相位關系的關鍵。使用時戳和并行執行,數據翻譯和故障定位變得較為簡單,測試能更快速地執行,許多困難的通道同步任務也變得易行。
測試和測量歷來用普遍存在的高精度10 MHz 基準時鐘協調儀器,特別是用于要求嚴格定時同步的激勵 — 響應測量,IEEE 1588 目前還達不到這類應用所需要的穩定性,它提供的是對未來的承諾。與其類似,在電信應用中,我們開始看到IEEE 1588 同步出現在基礎設施設備中,用它來代替或傳播GPS定時。我們預期未來的測試儀器將會用這一定時基準進行復雜的解調或延遲傳播的測量及監視,它也可優化蜂窩基礎設施中所用寬帶線性放大器的數字預失真算法。
LXI網絡接口和Ethernet連通能力促成高度分布的應用。最吸引人的能力之一是對所需要地方的遠程專業知識提供和支持。例如一位在芬蘭Salo 的工程師不離開家,就能與在中國的同事合作,在同一儀器屏幕上查找問題,或是監視一個流程。這對于公司在不同地點溝通專業知識有深遠的意義。
如前所述,LXI 的對等通信模型把測試程序與底層硬件資產相隔離,在系統增加新儀器時,它把測試設計師和系統支持人員從繁瑣和昂貴的軟件調整中解放出來。這對于系統生命期一般達到數十年,其間必須更換硬件資產的宇航_ 國防這類工業部門帶來極為巨大的利益。
結論
2004年由測試和測量行業建立的LXI 聯盟的目標是簡化測試集成和降低測試系統的成本,聯盟制定的規則和建議推動一致性的、相互兼容的Ethernet 實現。通過利用Ethernet行業開發和用于它自身的技術,LXI為測試設計師提供前所未有的能力。
IEEE 1588 是LXI 的核心促成技術,它提供一個低價的網絡中心時基。通過規定如何將它用于測試和測量環境,在IEEE 1588規范上建立起LXI。它為測試系統設計提供了重要價值,雖然今天IEEE 1588 的速度和分辨率尚不能滿足最苛刻的測試應用,但它仍能滿足許多應用,并為未來提供令人振奮的可能性。










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