理解一个面向自动化测试的模块化仪器系统

1. 模块化仪器系统——灵活的、用户可以定制的软件和可扩展的硬件组件

设备的日趋复杂和技术的渐进融合，正驱使测试系统变得更加灵活。尽管成本的压力要求系统具有更长的生命周期，测试系统更加需要考虑能够容纳设备随时间带来的各种变化。实现这些目标的唯一方式便是采用一种软件定义的模块化架构。该白皮书将通过虚拟仪器系统引入软件定义的概念，为硬件平台和软件实现提供多种选择，并讨论模块化仪器系统是如何满足自动化测试设备（ATE）的要求。

就其本质而言，目前有两种类型的仪器系统，虚拟仪器系统和传统仪器系统。图1描述了这两种类型仪器系统的架构。

图1。比较传统仪器系统和虚拟仪器系统的架构：两者具有相似的硬件组件，两种架构的主要差别在于软件所在的位置以及是否可以被用户访问。

上述两个框图展示了这两种类型仪器系统的相似之处。两者都具有测量硬件、一个机箱、一个电源、一条总线、一个处理器、一个操作系统和一个用户界面。由于这两类仪器使用相同的基本组件，所以单从硬件的角度来看，两者间最明显的区别在于如何将这些组件进行封装。一个传统的（或分立）仪器将其所有组件放置在同一个机箱（这个机箱适用于任何一个分立仪器）中。一个通过GPIB、USB或LAN/局域网控制的手动仪器便是台式仪器的一个典型。这些仪器是作为分立器件设计的，其主要设计目的并不是集成为系统使用。虽然传统仪器数量众多，但就仪器本身而言，其软件处理和用户界面都是固定的，仅当厂商选择更新时才可以被更新，而且如何更新也取决于厂商的选择（例如，通过固件的更新）。因此，用户不可能通过传统仪器进行其功能列表未囊括的测量，而且，这使得根据新的标准进行测量，或者根据需求的变化调整原系统，都极具挑战性和潜在风险。

相比之下，由软件定义的虚拟仪器使得用户可以直接访问硬件上的原始数据，以便定义用户自己的测量和用户界面。通过这种软件定义的方式，用户可以进行定制的测量，根据新诞生的标准进行测量，或者根据需求变化调整系统（例如增加仪器、通道或测量）。尽管用户定义的软件也可应用于分立的专用硬件，但其最理想的搭配还是通用的模块化硬件，通过这种结合，测量软件的灵活性和性能都可以得到充分的利用。这种灵活的、用户定义的软件与可扩展的硬件组件的组合，便是模块化仪器系统的核心所在。

2. 支持系统可扩展性的模块化硬件

模块化仪器系统可以采取多种形式。在一个设计良好的模块化仪器系统中，许多组件——例如机箱和电源——为多个仪器模块所共用，而不是为每一个仪器重复配置这些组件。这些仪器模块也可以包含不同类型的硬件，例如示波器、函数发生器、数字化仪以及RF等。在某些情形下（如图2所示），测量硬件仅仅是一个安装于主机端口或插槽的外设。在此情形下，主机PC提供用以运行测量软件的处理器，以及电源和I/O以及机箱。

图2。模块化仪器系统可选的测量硬件的示例：左图为一个USB外设模块，右图为一个快速PCI插入式模块。

在另一些情形下，例如PXI（面向仪器的PCI拓展系统）——一个面向测试、测量和控制的坚固平台，并为超过70个成员公司所支持——其测量硬件被安装于一个工业机箱内（如图3所示）。

图3。该模块化仪器系统的范例使用PXI硬件和NI LabVIEW图形化开发软件。

对于一个PXI系统，其主机可以嵌入于机箱（如图3所示），或者是一个分离的便携机、台式机或服务器，它通过有线接口控制测量硬件。由于PXI系统使用与PC内部总线相同的总线（PCI和PCIe）和现成可用的PC组件，以实现对系统的控制，因此，无论是使用PXI系统还是PC，均可作为模块化仪器系统的硬件平台。（然而，PXI为模块化仪器系统提供了一些独有优点，如更高的通道数、便携性和坚固性（如欲了解关于PXI的更多信息，敬请访问ni.com/pxi）。）不论系统使用了PXI、带有内插式模块或是带有I/O外设模块的台式机，这种共享机箱和处理器的方式不仅大大地降低了成本，同时还支持用户对测量与分析软件的控制。虽然模块化仪器系统也存在许多种配置选择，但该类型仪器系统与传统仪器系统的区别之处在于，其软件是开放的，以便在测试需求发生变化或传统仪器无法完成测量时，用户可以定义自己所需的测量。

值得注意的是，这种模块化方法并不意味着，与将所有的功能集结在单一盒子内的传统仪器相比较，会存在仪器或通道间同步的问题。相反地，模块化仪器的设计目的在于可被集成，以供系统使用。所有的模块化仪器均通过共享的时钟和触