新一代开放式仪器接口标准LXI

• 　　后面板左方是以太网连接器,后面板右方是电源连接器和电源开关,电源连接器旁边是触发总线连接器。
• 　　无前面板的LXI模块应设置网络配置启动按钮(LCI),安排在后面板和使用LAN RST标志,按钮要有机械保护或时间延迟,以避免误操作。
• 　　LXI模块的前面板设置输入信号连接器,在前面板左下方应有三个指示灯。最下面是源指示灯。中间是LAN网络指示灯,工作正常时发绿光,识别过程发闪烁绿光,有故障时发红光;最上面是IEEE1588同步指示灯,未同步时熄灭,建立从机同步时发固定绿光,作为主机时每秒闪烁一次,有故障时发红光。

　　LXI标准的以太网

每个LXI模块必须执行IEEE802.3以太网标准,LXI网络最低限度要支持TCP/IP协议。建议使用千兆位以太网(1000Bbase-T),具有使用CAT-5类线缆的基础设施,最低限度支持100Bbase-T高速以太网,1000Bbase-T千兆位以太网与100Bbase-T高速以太网建立协商机制自动识别。虽然低速的10 Base-T 模块允许入网,但不希望使用。100 Base-T 以太网的100Mb/S传输率要比GPIB的1MB/S传输率高12倍。

所有LXI模块必须通过用户显示器或机箱的可视标志显示出媒体访问控制(MAC)地址,LXI模块能够实施媒体检测,监视以太网内包括复制的IP地址的连接状态。如果一条链路由于用户更换线缆或其它原因出现短于20秒的中断,则LXI模块将回到链路中断前的同一IP地址。如果中断超过20秒,则认为模块永远从链路断开。

当模块重新接入网络,此时网络控制器先尝试启动原来的IP地址,如已被其它模块占用,则转到新IP地址。LXI标准建议模块具有自动媒体相关界面跨接(MDIX)检测功能,防止线缆跨接时极性反向引起的故障。

LXI模块必须具有默认的自动协商机制,以便组网的模块能够在最高传输率级别下运行。为了得到最灵活性,模块有三个IP地址配置：首先是动态的主配置协议选址(DHCP),自动指派IP地址,适合大型以太网网络。第二是动态链路IP地址,适合只有一台PC的小型以太网。第三是手动IP选址,用户可设定默认IP地址,此外,LXI模块还可使用域名系统的IP地址,该地址不同于DHCP地址,可获得更快速的网页浏览器访问。

LXI标准要求全部模块提供WEB网页信息,从标准的WSC浏览器得到可视页面,以及HTML语言4.01版本以上的超文本传送协议(HTTP1.1)。以便LXI模块制造商构建完整的仪器用户界面,提供仪器的图形浏览器网页用于设置模块的各种参数。此外,通过WEB页还可获得更多信息,包括传送资料、远程测控等。

　　LXI标准的时间同步

以太网是非常成功的通信网络,能够实现点对点和点对多点的数据包传送,但在串行传送过程中并不传送时钟。常用测量仪器的三种开放总线GPIB、VXI 和PXI都设有专用的时钟线,实现组网仪器时间的严格同步。LXI标准引入IEEE1588标准(网络测量和控制系统的时钟同步协议)用来完善以太网的时钟同步功能,获得满意的结果。IEEE1588是在2002年批准作为标准,目的在于将(以太网为对象的)分布式通信网络扩大作为测量和控制系统时,借助软件和硬件方法将组网器件的从时钟与控制机的主要时钟实现同步。

IEEE1588协议的组网器件的时间同步过程如图1所示。

 

　　图1　LXI器件的时钟同步过程

为克服主时钟随时间变化产生的漂移,需要定时校准主时钟,IEEE1588采用协调世界时(UTC)作为基准,UTC由全球分布的授时台发布,具有铯原子的自振频率的稳定度。整个以太网的同步过程要几秒钟,主从时钟的同步精度小于100ns,执行IEEE1588协议的LXI仪器系统,可将原来以太网各器件的最大延迟时间1000S缩短至10s以下。与VXI和PXI在互连背板上增加时钟线的方法不同,LXI标准没有额外的时钟线,使用以太网原有的串行数据线传送时钟信号,不受机箱背板空间的限制,器件无需在物理上紧靠置放。时钟同步过程领先主时钟的时间戳记和偏移补偿来建立,充分发挥IEEE1588协议的优点,为测量仪器组网提供一种新的时钟同步方法。现在,LXI标准开辟器件间非物理上靠近的同步测量的环境,为跨越多重器件的相关测量提供精确的定时同步,将成为要求精确相关信号测量的应用提供必要的条件。随着以太网的传输率向10GB/S以上发展,IEEE1588协议亦将有相应修订,使得LXI标准提高到更高同步水平。

　　LXI标准的触发总线

LXI标准对器件的触发分级与器件的功能分级一样,对三个级别器件的触发条件作了规定：

C级器件：基本级别,器件供应商可选用自己的触发总线。

B级器件：支持IEEE1588协议的触发能力。

A级器件：在B级器件基础上增加硬件触发总线。

LXI标准的触发总线是8线的多点低压差分系统(M-LVDS),将A级器件配置成触发信号