一种准LXI总线结构的远程分布式测试系统方案设计

一种准LXI总线结构的远程分布式测试系统方案设计
杜国兴;盛文;王盛超
【摘要】某型雷达由若干个站组成,各站之间距离较远,通过光纤传输网络来传输信号；为实现某型雷达的分布式测试需求,利用现有的PXI仪器,构建了一种准LXI总线结构的远程分布式测试系统；该测试系统以LAN网络结构为基础扩展而成,以PXI仪器完成各站的测试数据采集,并通过DataSocket技术实现网络内的远程数据传输；利用现有的光纤传输网络,给出了系统的同步方案,并提出同步触发的校准方法；最后,以PXI-5122模块采集方波信号为例,验证了远程测试数据传输的功能.【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2013(021)006
【总页数】4页(P1418-1420,1445)
【关键词】远程分布式测试;LXI;PXI;光纤传输;同步触发
【作者】杜国兴;盛文;王盛超
【作者单位】空军预警学院,武汉430019;空军预警学院,武汉430019;94005部队,甘肃酒泉735000
【正文语种】中文
【中图分类】TP274
0 引言
某型雷达装备是一个复杂的大型电子系统，由若干个站组成，各站之间距离较远，
通过光纤传输网络来传输信号。

其设备量庞大且分布范围广，加上各站测试仪器资源不足，维修人员水平有限，给装备保障带来了一定的困难。

如果利用此装备现有光纤传输网络，组建一个远程测试系统［1］，将各站雷达设备的测试数据第一时间共享给远方的专家，通过专家远程指导测试与维修过程，将极大提高其检测维修的效率。

目前，国内传统的雷达测试系统主要是RS232、GPIB和VXI总线系统［2］。

RS232、GPIB总线系统体积大，数据传输速率低，VXI （VME Bus Extension
for Instrumentation）仪器构建测试系统时，成本较高，且这些系统都无法实现
异地测试仪器之间的同步。

而该型雷达各站之间距离远，且雷达信号的相干性对测试系统有同步要求，因此使用传统的测试总线系统难以实现对雷达整机的同步测试。

LXI （LAN eXtension for Instrumentation）总线是新一代基于LAN（以太网）的模块化平台标准，基于工业标准以太网是其最显著的特点，它扩展了仪器需要的语言、命令、协议等内容，集台式仪器的内置测量技术和PC标准I／O连通能力
及基于插卡框架系统的模块化于一体，且系统本身提供了同步触发机制［3］，因此LXI总线是一种组建某型雷达远程测试系统的理想平台。

1 准LXI总线结构设计
LXI总线继承了LAN网络的优点，基于TCP／IP的LXI网络是一种标准的开放式
的网络，兼容性好，能便捷地访问共享远程数据，具有很好的系统灵活性，分布性和数据传输的实时性。

在LXI总线标准中，LXI仪器自身带有处理器、LAN连接、电源和触发输入等［4］。

每一台LXI仪器都是一个独立的网络设备，从Web接
口的角度看，LXI仪器就像是一台服务器，控制计算机可以像访问站点一样访问LXI仪器，甚至通过Web网页对仪器进行控制。

由于手头LXI仪器模块种类较少，总体上来说性能指标不高，不能满足本测试系统的要求，采用现有的PXI（PCI Bus Extension for Instrumentation）仪器来组建
一个准 LXI总线结构的测试系统，可以在满足测试要求的情况下大大降低系统成本。

相对于LXI仪器来说，PXI仪器的优势在于：机箱体积小，且成本较低。

PXI仪器的核心是PCI结构与Microsoft Windows软件，使得PCI的优越性能和PC技术直接应用到测试系统中。

其背板上除了PCI总线外，还补充了系统参考时钟、触
发总线、本地总线和星型触发线，规定了把一个10 MHz系统参考时钟分配给系
统中所有外围设备的方法，还规定了用于同步不同PXI模块的公共触发线［5］。

PXI设备一般是嵌入在机箱中的，各测试功能模块由嵌入式控制器或者外置控制器来进行统一的管理，当控制器上的网络接口接入LAN网络时，带有控制器、测试模块的PXI机箱从整体上就可以看成是一个独立的网络设备，控制计算机可以通
过LAN网络对它进行远程控制，从结构上看，它实际上就是一个部分遵循LXI总
线标准的结构，即准LXI总线结构。

因此，将PXI控制器接入LAN网络，由PXI
机箱、控制器和测试功能模块可以构成一个准LXI总线结构。

2 基于准LXI总线的远程分布式测试系统方案设计
某型雷达采用光纤传输网络连接各个站，其分布如图1所示。

光纤传输网络主要
用来在各站之间进行数据或控制信号的传输，其特点是传输损耗小、效率高，并且可靠性好。

利用该型雷达装备现有的光纤传输网络，可以构建一个星形拓扑网络结构的远程分布式测试系统。

这种网络结构的优势在于扩充简单方便、网络内资源实时共享，利用中央节点可方便地提供网络连接和重新配置，且单个连接点的故障只影响一个设备，不会影响全网，使远程分布式测试系统更具实用性和稳定性。

图1 某型雷达光纤传输网络分布
2.1 系统硬件设计
图2为某型雷达分布式测试系统总体结构，它是一个LAN网络［6］扩展的分布
式测试网络。

其中PXI仪器由PXI机箱、控制器和相应的测试功能模块（包括示
波器模块、频率计模块、万用表模块等）组成，另外还为统一检测设备外部接口特
性设计了各被测对象的接口适配器；各站都设置一台网络交换机（以下简称交换机），交换机用于连接不同计算机构成LAN网络，并找到网络中数据传输最合适的路径；客户机主要设置在中心控制站、修理所、大修厂和雷达生产厂家，通过连接LAN网络，可对各站的测试设备进行远程控制，并将测试数据显示出来。

系统工作流程如下：整个测试系统的核心是PXI仪器，现场测试人员通过计算机
软件控制PXI仪器，采集经过接口适配器的测试信号，然后通过交换机传送给远
方的客户机；中心控制站、雷达修理所或雷达生产厂家的专家通过客户机连接
LAN网络后，将控制数据传给指定PXI仪器对应的计算机，并实时显示各个站的
测试数据，从而实现雷达的远程测试与维修。

2.2 系统软件设计
2.2.1 程序结构设计
图2 某型雷达分布式测试系统总体结构
根据装备分布特点，程序结构选择Client／Server（客户端／服务器端，简写为C ／S）模型，这种模式有着交互性强、安全性高、网络通信负荷小、速度快等优点，便于多个远程客户端实时控制多个服务器端采集测试数据，并将其显示出来。

系统软件由服务器端程序和客户端程序组成，服务器端程序是整个系统软件的基础，主要负责数据初始化采集、参数设置和数据显示，现场测试人员可用服务器端程序进行参数设置以获得所需的测试数据，然后通过写数据将测试数据传输给客户端程序；客户端程序在远方专家使用的客户机上运行，当与服务器端程序建立连接后，传输控制数据以实现对服务器的远程控制，并将测试数据实时显示出来。

程序流程如图3所示。

图3 程序流程图
服务器端程序和客户端程序都采用事件驱动循环结构，这种结构主要由两部分组成，默认执行部分和事件驱动执行部分，其中默认执行部分在本服务器端程序中是非常
重要的组成部分。

事件驱动循环结构的执行过程为：在没有事件发生时先执行默认部分；默认部分执行过程中若发生了相应的事件，则在下一个循环进入相应的事件驱动执行部分；然后再进入下一个循环，按照条件执行相应的部分。

服务器端程序的默认执行部分主要实现数据的初始化采集和数据显示；事件驱动执行部分主要执行参数设置和写测试数据；客户端程序默认执行部分主要实现与服务器的连接、测试数据的读取和显示；事件驱动部分主要执行写控制数据。

2.2.2 远程数据传输方法
本文的数据传输采用DataSocket技术。

DataSocket技术通过类似于Web中的统一资源定位器（URL）来访问数据源地址和定位数据传输的目的地址，在URL 中标明了数据传输的协议、网络计算机标识和数据缓冲区变量。

URL的不同前缀表示不同的数据传输方法，主要有file、http、ftp、dstp等，这里的远程数据采用dstp （DataSocket Transfer Protocol）方法传输。

DataSocket网络传输模型如图4所示。

首先在服务器端启动DataSocket Server （简称DS Server）程序，服务器端将采集的数据写入DS Server，并以广播的方式发布到LAN网络上，客户端通过接入LAN网络接收从服务器端传来的测试数据。

本文的URL格式为“dstp：／／IP地址／wave”，在客户端只需输入服务器端对应的URL就可与DS Server建立连接，当连接成功时，客户端会自动连续接收DS Server的测试数据。

图4 DataSocket网络传输模型
3 系统的同步触发方案
由于雷达各类信号在时间上的相干性，需要在分布式测试系统的不同测试设备之间进行同步，同步是基于在若干个设备之间规定一个共同的时间参考；对于系统中的PXI仪器来说，其信号同步严格依赖于时钟同步，如PXI机箱的AD、DA模块，需要通过时钟同步来保证其信号同步性，如何达到系统同步触发，最基本的要求就
是不同模块间要有相同的同步信号。

对于这样一个分布式系统来说，如何实现同步是相当关键的问题。

3.1 系统的同步
在光纤传输网络问世之前，远程分布式测试系统通常采用GPS（全球卫星定位系统）进行时间同步［7］，GPS时间的精度高，守时能力强，长期稳定性好，但由于GPS信号以电磁波方式传送，易受外界干扰，短期稳定性较差。

利用某型雷达现有的光纤传输网络实现分布式测试系统的同步，具有优良的稳定性和抗干扰性。

某型雷达自身产生同步信号，通过光纤传输网络传到各站，以保证整机的同步协调工作。

结合选用的PXI仪器都有外部的同步信号输入端口，同步的解决方案是将雷达传到各站的同步信号引入到各个PXI仪器中，以此在测试设备间共享同一个同步信号，系统同步示意图如图5。

3.2 同步触发的校准
在实际测试中，由于雷达的同步信号到各站的光纤传输线存在质地、长度等各方面差异，造成同步信号的传输时延不同，从而导致同步信号到达各个PXI仪器存在先后顺序，不能保证各个测试模块同步触发，给系统的最终同步带来了影响。

为解决这个问题，可以采用事前校准的方法：使各站的雷达同步信号先通过脉冲延迟器［8］，再引入各个PXI仪器，然后通过调节各路脉冲延迟器的延迟时间，调整同步信号到达各PXI仪器的传输延时差到最小值。

图5 系统同步示意图
4 试验验证与分析
利用校园网模拟系统LAN网络环境，分别在连接PXI机箱的计算机和校园网内另一台计算机上运行服务端程序和客户端程序，以PXI－5122数据采集卡作为测试功能模块，方波信号作为测试数据，操作过程如下：
运行服务器端程序，启动DS Server，DS Server运行界面如图6所示，在服务器
端采集到方波信号如图7所示。

运行客户端程序，输入服务器端的计算机IP地址，与服务器端成功连接后显示与此服务器端同一方波信号，客户端显示波形如图8
所示。

以上实验结果证明，系统能够成功进行测试数据的远程传输，并能够对任意接入网络服务器的测试设备进行实时监控和现场测试，可实现远程分布式测试的功能。

图8 客户端界面
5 结束语
本文利用某型雷达现有的光纤传输网络，构建了局域网环境，实现了一种准LXI总线结构的远程分布式测试系统。

在软件设计上，采用C／S模型，结合DataSocket技术，实现测试数据的远程传输。

利用雷达自身同步信号，结合PXI
仪器的外同步端口，制定了系统的同步触发方案，保证远程分布式测试系统对雷达整机的同步测试，具有广阔的应用前景。

【相关文献】
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