VXI总线与虚拟仪器技术

摘要：虚拟仪器技术和VXI总线是当前测试控制领域的热门话题，也是仪器发展和设计的研究前沿。本文回顾了VXI总线和虚拟仪器技术的发展过程，详细介绍了VXI总线规范并阐述了当前虚拟仪器技术的最新发展。

关键词：VXI总线　虚拟仪器　虚拟硬件

虚拟仪器是以一种全新的理念来设计和发展的仪器。和传统仪器不同，虚拟仪器本质上是一个开放式的结构，用户能够根据自己的需要定义仪器的功能。VXI总线测试平台是公认的21世纪仪器总线系统和自动测试系统的优秀平台。VXI总线模块仪器的优点是易于集成为不同用途的自动测试系统。具有优良的交互操作性，数据传输速率高，可靠性高。体积小、重量轻、功耗低、可移动性好、易维修，价格与传统自动测试系统相比具有巨大的潜力。它的出现为虚拟仪器的发展提供了新的动力，进一步增强了虚拟仪器的功能。

1 VXI总线与虚拟仪器技术的发展过程

20世纪80年代后期，仪器制造商发现GPIB总线和VME总线产品无法再满足军用测控系统的需求了。在这种情况下， HP、Tektronix等五家国际著名的仪器公司成立了VXIbus[1]联合体，并于1987年发布了VXI规范的第一个版本。几经修改和完善，于1992年被IEEE接纳为IEEE-1155-1992标准。

VXIbus规范是一个开放的体系结构标准，其主要目标是使VXIbus器件之间、VXIbus器件与其它标准的器件(计算机)之间能够以明确的方式开放地通信；使系统体积更小；通过使用高带宽的仪器间通信通道和专用的协议来为测试系统提供更高的吞吐量，为开发者提供高性能的测试设备；采用通用的接口来实现相似的仪器功能，使系统集成软件成本进一步降低。

VXIbus规范发布后，由于军方对测控系统的大量需求，许多仪器生产厂商都加入到VXIbus产品生产中，使VXIbus得到了迅速推广。

为了提高VXI系统使用的方便性和多厂商VXI设备的互换性，1993年成立了VXIplug&play(VXI即插即用)联盟。联盟是VXIbus联合体的固有补充机构。联盟通过规定连接器的统一方法、UUT接口和测试夹具、共享存储器通信的仪器协议、可选VXI特性的统一使用方法以及统一文件的编制方法来增加硬件的兼容性，并开发一种统一的校准方法。联盟还通过规定和推广标准系统软件框架来实现系统软件的"plug&play"互换性。

虚拟仪器(Virtual Instrumentation, VI)[2]最早是为适应PC卡式仪器于1986年由NI公司提出的。所谓虚拟仪器，简单地说就是一组完成传统仪器功能的硬件和软件部件。VI通过软件将通用计算机与仪器硬件结合起来，用户可以通过友好的图形界面(通常称为虚拟面板)操作这台计算机，就象在操作自己定义、自己设计的一台单个传统仪器一样。VI透明地将计算机资源和仪器硬件(如A/D、D/A、数字I/O、定时器和信号调理器件等)的测试、控制能力结合在一起，通过软件实现对数据的分析处理和表达，从而能更迅捷、更经济、更灵活地解决测试问题，并有效地降低了系统组建成本。

2 VXI总线系统规范简介[3]

VXI总线系统或者其子系统由一个VXIbus主机箱、若干VXIbus器件、一个VXIbus零槽模块、VXIbus资源管理器和主控制器组成。零槽模块完成系统背板管理，包括提供时钟源和背板总线仲裁等，当然它也可以同时具有其它的仪器功能。资源管理器在系统上电或者复位时对系统进行配置，以使系统用户能够从一个确定的状态开始系统操作。在系统正常工作后，资源管理器就不再起作用。主机箱容纳VXIbus仪器，并为其提供通信背板、供电和冷却。

VXIbus不是设计来替代现存标准的，其目的只是为提高测试和数据采集系统的总体性能提供一个更先进的平台。因此，VXIbus规范定义了几种通信方法，以方便VXIbus系统与现存的VMEbus产品、GPIB仪器以及串口仪器的混合集成。

2.1 VXI总线系统机械结构

VXIbus规范定义了四种尺寸的VXI模块。较小的尺寸A和B是VMEbus模块定义的尺寸，并且从任何意义上来说，它们都是标准的VMEbus模块。较大的C和D尺寸模块是为高性能仪器所定义的，它们增大了模块间距，以便对包含用于高性能测量场合的敏感电路的模块进行完全屏蔽。A尺寸模块只有P1连接器，B和C尺寸模块有P1和P2连接器，D尺寸模块包括P1、P2和P3连接器。

目前市场上最常见的是C尺寸的VXIbus系统，这主要是因为C尺寸的VXIbus系统体积较小，成本相对较低，又能够发挥VXIbus作为高性能测试平台的优势。

2.2 VXI总线系统电气结构

VXIbus完全支持32位VME计算机总线。除此之外，VXIbus还增加了用于模拟供电和ECL供电的额外电源线、用于测量同步和触发的仪器总线、模拟相加总线以及用于模块之间通信的本地总线。

VXIbus规范定义了3个96针的DI