以软件为核心的测试系统设计

如今，伴随着新技术的不断涌现和各行业新需求的不断增加，更多差异化产品投放市场的步伐也在不断加快，这些产品不但集成了更多功能，而且还必须缩减开发周期，以便在与同类产品的竞争中获得优势。与此同时，各企业也都面临着更加严峻的成本控制要求，并且对于测试速度的要求也变得更高。这些都需要快速开发高效、灵活的测试系统。

以软件为核心的模块化系统架构，是针对上述测试挑战的一种创新型解决方案。测试工程师可以利用简单易用，结构清晰的软件工具和灵活的模块化硬件，来创建完全用户定义的测试系统。作为在测试测量领域具有三十多年经验的专业公司，NI公司为世界各地用户构建自动化系统，提供了高效的平台和工具。设计涉及电子产品、半导体、汽车、国防与航空航天等行业，并积累了丰富的经验。

本文将从模块化的硬件平台和提高开发效率的软件工具两个方面，来详细探讨如何构建一个以软件为核心的模块化测试系统。

模块化硬件I/O

如今产品设计正变得日益复杂。层出不穷的新标准、新协议(比如：射频通信协议)，更是为测试工作带来了很多新的挑战。因此，测试系统为了达到更好的灵活性和可升级性，正逐渐朝着模块化、小体积的方向发展，也就是将复杂的测试系统简化成模块化的硬件I/O来逐一实现：在需要增加测试项目时，只需增加相应的功能模块，即可满足未来的升级需求。被认为最保守客户之一的美国国防部，也早在2002年向国会提交的报告中强调：下一代测试系统必须是基于现成可用商业技术的模块化硬件，以便对设备互换和升级。

一个完整的自动化测试系统的构建，应该遵循图1所示的五层架构。模块化I/O位于整个自动化测试系统五层架构中的最底层，它将直接接触到实际物理信号，完成信号调理以及信号数字化等工作。这些模块化I/O主要是基于PXI或者PCI总线的仪器。借力于半导体技术的快速发展，可以在非常小的体积内，以较低的成本完成高性能的测试测量工作。图2显示了模块化数字化仪与传统仪器的性能比较。模块化仪器提供的灵活性、用户自定义性与可扩展性，配合软件的强大能动作用，体现出传统仪器所无法比拟的巨大优势。

图1：以软件为核心的模块化测试系统的五层架构。

图2：模块化I/O与传统仪器的性能比较。

每个自动化测试系统的核心部件都是计算机(种类包括台式计算机，服务器工作站，便携式电脑或者嵌入式计算机等)。PC机的广泛使用，促成了高性能内部总线的不断进步。其中的PCI和PCI Express总线，具有最低的延时和最高的数据吞吐量或者带宽。而PCI Express总线进一步扩展了PCI总线的带宽，以满足不断增长的带宽需求，同时，它也在软件上与PCI总线完全兼容，如图3所示。

图3：各种工业总线数据带宽和延迟比较。

PXI(PCI eXtensions for Instrumentation，面向仪器系统的PCI扩展)标准，将CompactPCI标准与专用同步总线和软件特性结合在一起，为基于PC机的自动化测试测量与控制系统架构，添加了集成的定时和同步功能，工业级的坚固设计，以及更多的通道数。

事实上，PXI已成为了主流的模块化架构测试系统。现在有超过70家的PXI系统联盟(PXISA)提供超过1500种的PXI模块化仪器，其中包括NI、Agilent、ADLINK和Pickering在内的众多知名公司，产品覆盖从数字化仪、信号发生、RF、电源到开关模块等各种I/O模块。

开放的PXI/PXI Express平台也提供了用于与VXI系统或分立仪器进行通信的标准硬件和软件，包括GPIB、USB、LAN、串口等接口(图4)。事实上，许多实际的测试系统都不是基于单一总线的系统，而是一个混合总线系统，比如：既有PXI设备，又有基于GPIB的传统仪器，但是PXI则更适合作为这种混合总线系统的核心。一方面，作为一种内部总线，PXI具有最大的数据传输速率和最低的延时，从而保证其不会成为整个系统数据传输的瓶颈；另一方面，PXI平台的硬件基于标准的PC技术(如PCI/PCI Express总线，通用的CPU和外围设备，同时，主流的Windows软件构架对用户来说也非常熟悉)。基于PXI系统进行自动化测试系统的开发和操作，就像使用标准的基于Windows的PC机一样方便，而且也便于维护和升级。

图4：以PXI为核心构建的自动化测试系统。

可快速开发的软件工具

以软件为核心的自动化测试系统的软件定义，对于构建整个测试系统的作用和地位不言而喻。相比于传统仪器固定的功能配置和只有"测试结果"的呈现，软件定义可以满足用户对测试系统的完全自定义。通过软件来定义模块化硬件的功能，同一块数字化仪可以实现示波器，频谱分析仪和视频分析仪等不同功能；另外，可