集成传统测试仪器与模块化仪器

自1975年以来，测试工程师一直使用开放标准接口，诸如GPIB（IEEE488标准），其后，自动测试标准家族出现。这些标准定义了接口总线，模块标准，命令语言和软件组件。各种标准，多种选择，导致集成不同标准的测试仪器变得令人生畏。幸好，这些挑战能帮助你开发出的自动测试系统，提高吞吐量，测量质量和数据分析能力。

硬件标准包括VXI，PXI和AXIe模块。LXI标准定义的以太网通讯标准，为传统测试仪器广泛采用，IVI标准定义的是仪器软件。本文将介绍如何使用这些标准，集成模块化仪器和传统测试仪器，成为一个测试系统，重点是控制器接口和所需软件。

过多的标准好像增加了系统复杂度，从某些方面，这些标准实际上融合为两类主要接口：LAN和PCIe，尽管GPIB仍在广泛使用并将持续，传统台式仪器已经开始转移到LAN，采用LXI协议传输命令和数据。同时，三种模块标准VXI，PXI和AXIe正在融合到基于PCIe作为其控制器和仪器之间的主要接口：VXI总线联盟最近采纳了VXI 4.0规范，允许基于PCIe的通讯，PXI已经升级到PXIe很多年，AXIe也采用PCIe作为其主要接口。从控制和软件角度，采用PCIe与这三种模块化仪器的通信非常相似，而对于系统控制器来讲几乎是透明的。

第三类产品--某一个厂商专卖的模块化系统--不遵从于这三种模块化规范。虽然形式是模块化，这种系统的典型表现更像采用LXI接口的传统仪器。本文中，把它们归于其他传统仪器一类。

如果决定采用哪种：传统仪器，还是模块化仪器，抑或两者结合时，工程师们必须考虑几个因素。传统仪器的关键优势在于，几乎任何类型的产品都有，编程接口易用，可以作为手动操作的台式仪器使用。开放的模块化系统通常尺寸更小，灵活性更大，速度更快。符合VXI，PXI和AXIe标准的开放系统可以在同一块机架上集成不同厂商的模块化产品。

例如，假定某用户选择在基于PCIe模块机架上，PXI或AXIe，集成两种传统LXI仪器。

上图所示，一台控制器用LAN与传统仪器连接，用PCIe与模块机架连接。这是逻辑模型，不需要物理模型。在模块化系统中，控制器可以被安装在机架上。为了软件继承，我通常先考虑外部接口模型，以后再回到嵌入式控制器的特例。

两种接口的回顾

LXI是基于标准以太网的一系列协议。LXI仪器有一个标准RJ-45连接器并提供10Mbps,100Mbps,1Gbps以太网速度。考虑到8比特是1字节，以及因以太网协议损失的一些带宽，相应的速率约为1Mbyte/s,10Mbyte/s和100Mbyte/s，尽管仪器上的接口使用与计算机LAN口相同的以太网规范，仪器很少不用中间路由器或交换机而直连。

PCIe是计算机扩展总线，主要设计用于嵌入式计算机外设和扩展槽（笔记本/台式机/安装在机架上的控制器）。其本质上是一个高速串行总线，代替旧的PCI和PCI-X总线，对所有外设采用共享地址和数据传输线。一个PCIe链接范围从1到32路。4路链接是模块化仪器系统中常用的，尽管一些仪器插槽可以支持更多。典型4路链接在Gen-1（Generation 1）提供1Gbyte/s传输速率，在Gen-2上速率翻倍。为了连接到外部，PCIe必须通过专用接口卡缓冲。

早期PXI使用外设PCI总线进行数据通信。随着PCIe的演进，PXI标准也随之更新，利用更高速率和独立路径的优势。PXI规范使用了更聪明的架构，使得早期PXI模块和新PXI Express模块能集成在同一个系统中。所有AXIe系统都采用PCIe作为其数据结构。本文后面将PXIe,AXIe和VXI 4.0的产品都称为基于PCIe的产品，因为它们逻辑上很相似。

基于消息和基于寄存器的仪器

PCIe比LXI提供更高带宽，重要的是理解每个接口通用协议导致的真实速率差别。基于消息的仪器和基于寄存器的仪器的差别导致了在易用性和速率之间的重要的折中。

基于消息的仪器通信是通过高层，类似英语的命令，以串行方式从控制器发给仪器。最广泛使用的命令语言是SCPI，采用文本方式发送命令给仪器并接受响应。IVI底层管理SCPI，设计同类功能，由不同厂商不同仪器采用相同的命令语法来执行。

基于寄存器的仪器完全不同。仪器被视为一系列寄存器位于控制器的共享内存空间。向这些地址里读取或写入使得仪器执行特定功能。通常是很复杂的操作，包括很多内存读写，并且通常使用位映射寄存器和二进制数据。这些复杂操作等同于基于消息的仪器接收SCPI命令后执行的操作。因为这一复杂性，基于寄存器的仪器通常带有软件驱动可以执行仪器功能。

几乎没有例外，LXI和GPIB仪器是基于消息的设备，采用SCPI命令，而PXI和AXIe仪器是基于寄存器的设备，需要软件驱动。VXI仪器可能是基于消息的，也可能是基于寄存器的。实际上，基于