LXI总线技术特点及其在分布式测试与诊断系统中的应用研究

断系统中的应用
3.1 系统的总体结构
对于某武器系统试验基地来讲，整个试验场地一周大约有几十公里，甚至上百公里，试验项目很多，如测速度，测加速度，测冲击力，测功率和频率，地面遥测遥控，环境参数监测如温度、湿度、气压、风力和风向等等，总之，监测点比较多而且又不集中在一起。对于这样的试验环境如果采用集中式的测量控制系统显然是不可能的，因此要考虑分布式的测试系统。

如果采用VXI总线或GPIB总线的程控仪器结构，如图1所示。这种结构要求在每个监测点建立一套独立的测试系统，分别由终端计算机和VXI仪器、PXI仪器或GPIB仪器组成，然后每个终端机和服务器通过网络连接，从而组成分布式测试系统。这种结构中，每个节点都由终端计算机控制，中心服务器不具备远程控制的能力；每个节点，不管监测参数多少，哪怕只监测一个参数，也得一台计算机和一台仪器组成测试系统，系统结构复杂且造成系统资源浪费。

图1 利用传统仪器构建的系统

经过综合考虑，本系统采用了以LXI总线为主，VXI和GPIB等其它总线为辅的混合总线体系结构，如图2所示。在这个系统中，大多数监测点采用LXI仪器来实现测量和控制，各个LXI仪器直接连接到网络上，由于每个LXI设备有自己的处理器，所以监测节点处不需要终端计算机。对于某些试验项目，如导弹地面测试，有相对成熟的VXI或GPIB总线系统，为了节约成本，将这些系统也接入到LXI总线系统中。由于很多仪器供应商提供了GPIB与LAN得转换器，以及支持网络传输的零槽控制器，这就使已有的GPIB、VXI和PXI测试系统可以很容易地接入到整个LXI网络中来。从图2可以看出，采用LXI总线技术即简化了系统配置，节约了系统资源，又增加了系统得灵活性。

图2 分布式测试与故障诊断系统结构

3.2 同步测试的实现策略
在分布式测试与故障诊断系统中，同步测试、同步试验是一个非常普遍的需求。VXI仪器可以通过背板总线触发实现同步测试，但是这种方法对于同一机箱内的模块之间是可行的，对于不同机箱之间就难以实现同步。LXI仪器提供了三种同步触发机制：网络消息触发，IEEE－1588时钟同步触发和触发总线。下面将分析这三种机制的实现机理并提出远程测试与故障诊断系统的同步实现策略。

3.2.1 网络消息触发
实现网络消息触发的系统结构如图3所示，多个LXI设备之间通过交换机或集线器连接在一起，网络触发消息可以由计算机发给所有设备，或者由其中一个设备发给其它所有设备，这样就可以实现一点对多点的触发应用，因为触发消息在网络间的传递是采用标准UDP网络协议，不需要网络握手，所以网络延时比采用TCP/IP协议时小的多；另外，触发消息也可以由其中一个设备发给同一网段中的另一个设备，这是点对点的触发方式。采用网络消息触发的优点是：

1) 比通过软件触发有更大的灵活性
2) 不需要专门的触发线
3) 没有距离的限制
4) LXI模块之间可以相互协调，排除了计算机处理速度的瓶颈影响，从而减小了网络延时

图3 网络消息触发的系统结构图

3.2.2 IEEE-1588 时钟同步触发
IEEE-1588的时钟同步网络拓补结构如图4所示。在网络中选择其中一个LXI仪器做为主时钟仪器，其它仪器为从时钟仪器。同步原理如图5所示。

图4 IEEE-1588网络时钟同步结构图

主时钟向所有从时钟发出一个同步信息包（简称SyncMessage 信息），而且这个信息包中包含有信息发出的精确时间，假设主时钟发出信息包的精确时间为T1。

从时钟接收同步信息包，假设从时钟接收到信息包的时间为T2。T2=T1-offset＋delay1，delay1为网络延时。

然后，从时钟在T3时刻发出延时请求信息包（简称DelayMessage）,主时钟在T4时刻收到这个信息包。T3=t4-offsetdelay2。delay2为网络延时。

主时钟最后给从时钟发送一个延时响应信息包（简称DelayResp）这个信息包中含有T4这个时间。

这样，从时钟就已知了T1、T2、T3和T4这四个变量，假设主、从时钟之间的网络延时是对等的，可以用下面的公式计算出从时钟与主时钟之间的偏差，从而每个从时钟校准自己的时间。

Delay=(delay1+delay2)/2
Delay=(T2-T1+T4-T3)/2
Offset=T1-T2＋delay

在上面的公式计算中，我们假设了网络延时是对等的，但在实际的工程应用中，网络延时不可能完全相同，所以就存在主时钟和从时钟之间的同步误差，这个误差小于100ns[3]。

图5 1588时钟同步的原理图

测试系统利用1588时钟同步时，触发信号是告诉各个器件何时启动输出它的信号,因为每个器件根据指定的时间启动，而不是根据何时接收到以太网发出的