LXI标准之软件架构概述

LXI标准之软件架构概述

摘要：LXI技术是基于广泛使用的工业以太网标准和成熟通用的PC技术发展起来的新型测试技术，利用它可以实现快速、高效、低成本的测试系统，LXI标准也随之成为测量仪器的新一代开放总线标准，它已成为测试行业的发展趋势。本文着重分析了基于LXI标准规范的软件架构，并对LXI发展和应用前景进行了展望。

1 综述

随着以太网、标准PC技术的成熟，传统的GPIB技术已经不能满足现代测试行业的要求。2005年9月由众多领先的测试和测量仪器供应商和用户组成的联盟（LXI Consortium）发布了一项性标准LXI。LXI 利用现有的Ethernet标准、Internet工具、LAN协议、IEC物理尺寸和IVI驱动程序的各方面优点，从而使测试系统的互联平台转向更高速的PC标准IO。LXI不同于PXI、VXI的一大优点是无需昂贵的机箱、电缆和0槽控制器，并可使用标准PC软件，这对简化结构降低成本有很大的好处。

LXI按照同步和触发的精度不同分为三个等级，每个等级对应的功能如图1所示。

在仪器间的同步与触发方面，LXI 具有灵活的触发方式和很高的触发精度。LXI 引入了用于分布式仪器间定时和同步的IEEE 1588精密时间同步协议(PTP)，利用IEEE 1588的亚微秒同步精度，可使仪器实现精确的同步。IEEE 1588是为克服以太网实时性不足而规定的一种对时机制。它的主要原理是由一个精确的时间源周期性地对网络中所有节点的时钟进行校正同步。IEEE 1588可对标准以太网等分布式总线系统中的设备时钟进行亚微秒级同步。对于需要传统硬件线触发低抖动特性的应用，LXI 还定义了M-LVDS硬件触发总线，它能提供类似于VXI仪器高精度、低时延的纳秒级触发[1]。

图1 LXI不同等级的性能区别

在编程控制方面，LXI仪器使用IVI-COM驱动程序，它支持所有现代编程环境，可利用面向对象编程技术及分层的API，给编程人员带来方便的同时，也实现了仪器的互换性[2]。而且LXI仪器采用Web作为控制界面，使得对仪器的控制也更加方便。

LXI集合了四种总线的优点：GPIB的高性能，VXI、PXI的小尺寸和LAN的高速特性，加上仪器的功能（定时，触发，冷却和电磁兼容性），并提供以下特性：

●开放的工业标准

●向下兼容性

●廉价的LXI仪器开发

●互操作性

可升级性和易于与其它新技术的融合

2 LXI仪器的软件架构

LXI标准规定了LXI仪器的软件架构，包括同步与触发机制、仪器间通信规范、驱动程序、网络配置和Web接口等几个方面。下面主要侧重于的介绍：

2.1同步与触发机制

LXI标准对LXI产品的同步与触发机制作了明确的规定，相关标准有：IEEE 1588，M-LVDS硬件连接线标准。

LXI有5种触发模式：

(1) 基于驱动程序命令触发模式：利用控制计算机上驱动程序接口直接将命令传递给模块。该模式常见于现在控制测量领域，适用于仪器近距离对实时性要求不高的情况。

(2) 直接LAN消息触发模式：通过LAN直接从一个模块向另一个模块发送包含触发信息(包括时标)的数据包。该模式用于仪器相隔较远、不能配置单独的硬件触发电缆、触发信息中需要带有时戳的数据等情况。

(3) 基于时间的事件触发模式：在模块内设置并执行基于IEEE1588时间的触发。该模式用于仪器启动动作基于时间、仪器相隔较远但需要较低延时等情况。

(4) 基于LXI触发总线触发模式：利用LXI触发总线(M-LVDS)上的电压触发一个模块执行某个功能。该模式用于仪器距离较近且需要低时延、低抖动的情形。

(5) 可选用的供应商特定的硬件触发模式：除非以上方式不能满足要求，一般不采用此方式。

直接LAN消息触发是将网络技术应用于测试领域的产物，它通过软件实现更为灵活的触发，不需专用的触发总线，脱离了网络内的控制计算机，特别适用于远程分布系统。另外，LXI设备可将硬件触发信号和LAN触发事件同样对待，简化了编程工作和系统集成[3]。

2.2设备间的通信模式

LXI 模块间的通信有3种：

(1) 经LAN的由控制器到模块发送的驱动程序命令；

(2) 通过LAN传送的直接模块至模块的消息；

(3) 模块间的硬件触发信号线。

直接模块至模块的消息是LXI 仪器所特有的，它可以是点对点的通信(通过TCP 连接传送数据包)，也可以是一点到多点的广播式通信(通过UDP广播方式发送数据包)。这种通信模式提供了传统主从模式所不具备的灵活性，而且不必经过控制器简化系统结构。

随着总线技术的发展，出现了基于以上三种通讯模式的混合系统，既包括基于GPIB 仪器和机架的堆栈式系统，也有VXI、LXI、PXI的系统，或它们的组合[4]。图2为LXI仪器混合测试系统示意图。

图2 LXI 与现有仪器组成混合系统

2.3 驱动程序接口

所有LXI 设备都必须提供符合IVI 规范的驱动程序，并支持VISA 资源名，A 类和B 类仪器还要符合LXISync 接口规范。

IVI 是在VPP(VXI plug &play) 规范的基础上发展而来的一项技术，主要研究仪器驱动程序的互换性、测试性能、开发灵活性及测试品质保证。IVI 规范实现不同厂商仪器间的互相替换功能，可用于VXI/ PXI 、GPIB 、高速串行总线控制仪器(如USB 、1394 仪器) 等，它为各种虚拟仪器测试系统建立了一种可互换的仪器驱动程序框架结构。

IVI 通过类驱动程序和IVI 配置库实现应用程序与驱动程序的无关性，从而达到驱动程序改变时不改变应用程序代码的目的。类驱动程序不是具体的驱动程序，它是符合某个IVI 类规范的仪器类的API 的集合(函数、属性、属性值等) ，可以理解为一种抽象的、具有过渡性质的驱动程序。IVI 类驱动程序为应用程序与具体仪器特定驱动程序提供了统一的接口，而IVI 配置库中储存了这些接口的逻辑名与具体驱动程序间的映射关系。当仪器或驱动程序发生改变时，用户只需更改IVI 配置库的信息，不需要对应用程序代码进行修改。

IVI 仪器驱动程序根据API 分类的方式可分为IVI-C 和IVI-COM ，它们分别是ANSI-C 和COM 技术与虚拟仪器结合的产物。IVI-COM 驱动程序与所有现代程序语言（如Microsoft Suite ）一道工作，而IVI-C 驱动程序则与在Labwindows CVI 中支持的较老ANSI-C 语言一道工作。为想要获得互换性的用户提供了极好的工具，LXI 标准推荐使用IVI-COM 驱动程序。

VISA/IVI-COM 支持模块

作为一个通用的开发平台，VISA/IVI-COM （交互式虚拟仪器）支持模块非常重要。它是一个通用仪器驱动设计标准，提供一个公共的类库来保证系统的可靠性和兼容性。此外，它保存了开发时间和简化了驱动设计。基本的结构如图3所示。

LXI 器件

路由器

GPIB 器件 PXI 器件 VXI 器件