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理解一个面向自动化测试的模块化仪器系统

时间:12-23 来源:互联网 点击:

发器,提供定时和同步的能力。例如,就最高同步精度而言,基带、IF和RF仪器可以实现仪器间偏移低于100 ps的相互同步——优于同一台仪器的多个通道间的同步偏移。

3. 模块化降低成本,减小尺寸,提高吞吐量,并拓展生命周期

虽然术语“模块化”有时会仅仅狭隘的仅用于基于硬件封装,但模块化仪器系统所涵盖的内容远不止封装。用户应当期望模块化仪器系统带来三方面的收益——更低的成本与更小的尺寸(通过共用机箱、背板和处理器),更高的吞吐量(通过与主机处理器的高速连接),以及更高的灵活性与更长的生命周期(通过用户定义的软件)。

如上详述,模块化仪器系统中的所有仪器共用同一个电源、机箱和控制器。而分立仪器则为每一个仪器重复配置电源供应、机箱和(或)控制器,从而增加了成本与尺寸并降低了可靠性。事实上,每个自动化的测试系统仅需要一个PC,不论该PC使用怎样的总线;所有仪器都基于模块化架构,为整个系统分担了成本。在模块化仪器系统中,G赫兹PC处理器分析数据并利用软件完成测量。其测量吞吐量是传统仪器(这些仪器使用内置的厂商定义的固件和专用处理器)的十倍到百倍。例如,一个典型的向量信号分析仪(VSA)每秒可以完成0.13次带内功率测量,然而一个NI模块化VSA每秒可以完成4.18次带内功率测量——达到近33倍的改进。

模块化仪器需要一个高带宽、低时延的总线,实现从仪器模块到共享处理器的连接,以执行用户定义的测量。虽然USB在易用性方面提供了极好的用户体验,但PCI与PCIe(以及基于这些总线拓展而得的PXI平台)在模块化仪器系统中提供了最佳的性能。目前,PCIe提供高达4 GB/s的插槽带宽,——超过高速USB的33倍,是100 Mb/s以太网的160倍,甚至是即将推出的千兆以太网的16倍(如图4所示)。外设总线(例如LAN与USB)总是通过一个内部总线(例如PCIe)与PC处理器相连,因而性能不会很高。我们来看一个高速总线如何影响测试与测量的范例,我们考虑一个模块化RF采集系统。在一个台式机或一个带有4个2 GB/s插槽的PXI系统,可以将两个通道的100 MS/s、16-位IF(中频)数据以数据流的方式直接传输到一个处理器供运算处理。由于LAN与USB都不能满足这些需求,所以需要提供这样性能水平的仪器总是包含一个嵌入式的、厂商定义的处理器,以完成测量——这样的仪器就不再是模块化的了。

图4。PCI与PCIe提供了最高的带宽和最低的时延,从而缩短了测试时间并通过用户定义的软件实现了高灵活性和长生命周期。

在模块化仪器中,与主机的高速连接实现了该仪器的高灵活性和更长的生命周期,因为它支持软件驻留于该主机,而不是驻留在该仪器。利用该主机上运行的软件,用户(而不是厂商)可以定义仪器的运行方式。这样的架构使您能够:1)进行那些不够普遍以致未能包含在典型的、厂商定义的、非模块化方法中的测量;2)为尚未发布的标准创建测量;以及3)定义用于进行特殊测量的算法。软件的用户定义也意味着,您可以在受测设备发生变化时增加或调整测量。您也可以利用软件直接访问跨网络监视或控制这些模块化仪器。

值得注意的是,这些硬件实现方式并没有牺牲测量性能。目前,利用模块化仪器系统搭建的仪器包括业界最高精度的数字化仪、最高带宽的任意波形发生器和最精确的7位半数字万用表。

4. 支持灵活、定制测量的软件

软件在模块化仪器系统中的作用非常重要。软件将来自硬件的原始比特流转换为一个有用的测量值。一个设计良好的模块化仪器系统兼顾软件的多个层次,包括I/O驱动程序、应用程序开发和测试管理,如图5所示。

图5。一个模块化仪器系统中常用的软件层次。.

位于最底层的是测量与控制服务层,,虽然常常被忽视,它仍然是一个模块化仪器系统最为关键的要素之一。该层代表了I/O驱动软件和硬件配置工具。这个驱动软件非常关键,因为它提供了测试开发软件和用于测量与控制的硬件之间的连接。

仪器驱动程序提供一组面向与仪器交互的高层次的、用户可读的函数。每个仪器驱动程序都有一个特定的仪器模型,以提供一个访问该仪器独特功能的接口。在一个仪器驱动程序中,与开发环境的集成尤为重要,因为这关系着仪器的命令能否与应用开发无缝集成。系统开发人员需要专为他们所选的开发环境(如NI LabVIEW、C、C++或Microsoft .NET)而优化的仪器驱动程序接口。

同样包含在测量与控制服务层中的还有配置工具。这些配置工具包括用于I/O的配置和测试资源,以及存储扩展、校准和通道相关信息。这些工具对于一个仪器系统的快速构建、故障排除和维护非常重要。

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