LXI測試系統中IEEE1588 的應用

本文將概要說明與IEEE 1588 相關的LXI 規范，以及如何在基于LXI 測試和測量系統中用IEEE 1588 建立時基。

引言:

測試和測量行業于2004 年形成了LXI(LAN eXtensions for Instrumentation)聯盟，聯盟致力于簡化測試系統的集成和降低與測試系統設計及維護相關的成本。通過高速Ethernet和IEEE 1588 這些成熟技術，行業規定了保證廠商間兼容性的規則和建議。利用Ethernet 行業的成熟技術，LXI 提供許多超過當前點對點和卡箱式解決方案的優點，以簡化集成和支持任務，降低成本，并提供新的使用模型和能力。

LXI聯盟得到測試和測量行業所有領先公司的大力支持。所提出的規范通過利用自動發現和尋址，網絡和資產管理和對等通信這些技術簡化系統集成，它的統一觸發模型和IEEE 1588應用使集成者能在許多應用中用軟件觸發代替電纜，從而簡化系統組裝，解決困難的同步任務，它也為系統建造者提供以前沒有的選擇方案。LXI 還為合成儀器提供理想平臺，當測試需要變化時能實現較小占用面積和易于重新配置，以及硬件 — 軟件獨立。由于接納了普遍存在的Ethernet 技術LXI 也因不需要專門的電纜、插卡、主機而降低了成本。

LXI 綜述

LXI 聯盟綜合了近年來的多方發展成果。首先，研究報告表明我們測試和測量行業已經為基于LAN 儀器準備就緒。Ethernet 基礎設施是普遍存在的，其設備價格按測試和測量標準來看是很低的，測試工程師也越來越醉心這項技術。其次，高速LAN的廣泛適應性，它開放的IO接口符合測試和測量的需要。再次， IEEE 1588 把確定性的定時帶入網絡。最后，尋求更低測試系統支持成本的宇航/國防工業推動了合成儀器的發展。

在 LXI 聯盟之前，測試和測量行業依靠特殊的點對點IO，如GPIB 和MXI，或是卡箱式背板實現，如VXI 和PXI。由于它們均由TM行業開發，因此不能得到計算機行業的簡單使用方法，而且還需要昂貴的接口卡，電纜和主機。LXI 聯盟知道每天在Ethernet 上工作的工程師數量遠遠超過整個TM行業，我們完全可以利用他們的工作成果，得到復雜的對等和網絡管理能力，就像在計算機和外設上那樣。Ethernet是到處都有而且價格低廉; 由于今天售出的計算機上都配有LAN 適配器，用戶不需要專門的接口卡。Ethernet 支持多種傳輸媒介 — 銅纜、光纖、無線 — 它也是對稱的，因此您不必像USB 那樣擔心是主裝置還是從裝置。

早期的Ethernet 使能儀器已很好地被客戶接受，但大多數前期實現因反應時間、速度和非確定性定時的不確定性而遇到支持方面的問題。通過IEEE 1588 和Gigabit Ethernet 這些關鍵促成技術，LXI把Ethernet提升到測試系統的核心地位。100 base T 和Gigabit Ethernet 的廣泛適應性突破了多數實際測試系統的速度瓶頸，而IEEE 1588給與Ethernet確定性的定時，從而能夠滿足測試和測量行業苛刻的定時要求。

LXI 聯盟

隨著LAN 的發展而成為GPIB 和MXI 的可行替代方案，一些測試和測量公司開始使用LAN，并把它看作是主要的互連。但我們認為如果每家儀器公司都獨立建立各自的Ethernet 連接標準，來自不同廠商儀器能將很難實現相互之間的兼容。最好的情況是有一個各公司都支持的標準。應此，需要有一個行業聯盟來致力于標準的建立，也保證兼容性。安捷倫公司在2004 年提議，并成為LXI 聯盟的聯合創建者。聯盟最優先的任務是通過推薦統一的基于Ethernet的儀器標準，實現保證相互之間的兼容性。LXI聯盟宗旨在于顯著簡化系統集成者的工作、降低成本、提高產能，同時利用成熟的商業技術，而不是建立某些獨特技術。LXI標準實際上是推薦如何實現已存在的開放工業標準。

LXI 聯盟的主要目標是建立和采用基于LAN 的儀器規范，以保證跨廠商的相互兼容。LXI 聯盟已舉行過5 次全會，3 次專門會議和無數次的工作組會議。今天我們已有40 多位會員，代表所有主要TM供應商，此外還有許多用戶和系統集成商。我們的每一次全會上都有獨立的系統集成商或潛在用戶的會議，他們討論測試環境，以及對LXI 優缺點的評價。在宣布我們意向的12 個月后，就于9 月26 日頒布了最初的LXI 規范1.0 版。

LXI 觸發

LXI設備被定義為3種類型，按觸發能力的不同分為A類、B類和C類。C類是基本類，它沒有基于時間的觸發能力，A類和B 類設備融入IEEE 1588，它允許測試系統內的不同設備自主地執行復雜的事件序列，而無需系統控制器的干預。B類在C 類上增加IEEE 1588，A 類除增加IEEE 1588 外，還加上8 路的LVDS 高速觸發總線。

LXI 規范的一個主要特點是統一的觸發模型，以及以同樣方式處理所有觸發源的API。通過定義LAN觸發和硬件觸發同一的程序調用，程序師就能用一套API 調用，并容易地在觸發類型間切換。例如如果用被命名為“Arb”的驅動程序編程一臺任意波形發生器，而程序員要把LXI 觸發總線2 作為觸發信號源，這一行代碼就可寫為: Arb.Trigger.Source ="LXI2"，而如果他希望切換到使用相同ID 的LAN觸發，只需把命令變為: Arb.Trigger.Source = "LAN2"。LXI規范推薦LXI設備應能使用任何可行手段觸發任何可得動作，雖然并非所有情況時都能實現。如果一項測量可由傳統的硬件觸發線觸發，那么它也應可由LXI 觸發總線，或裝置支持的任何其它觸發輸入觸發。測試開發者可把裝置配置為接收相應觸發源，并接到所要采取的動作。

IEEE 1588基于時間觸發API 允許程序員在任何規定時間執行規定的動作，把“報警時鐘”設置為“行動”，從而能讓程序員和系統集成者以幾乎完美的方式執行復雜的測試序列。例如把一個數字化儀編程為在規定時間開始測量，1秒后結束，等待100 msec，再開始另一次測量。把同一測試系統中的接收設備編程為在數字化儀100 msec 工作暫停期間改變它的頻率。通過IEEE 1588 基時鐘同步，就能執行這樣的操作，得到近乎完美的定時，而不需要儀器與LAN之外的其它控制器連接。

對于基于時間的觸發，必須了解如果系統內所有時鐘嚴格同步，就不存在反應時間。但真實世界中的時鐘同步并非完美; 時鐘精度僅為50-100 nsec，從而引入新類型的觸發不確定度 — 抖動。在IEEE 1588 時鐘同步算法調整系統時鐘時，某些引入的不確定度會掩蓋掉任何基于時間觸發的精度。工程師必須懂得反應時間和抖動的不同，使用最適合其應用的觸發類型。

有些應用對觸發抖動不敏感，或觸發抖動帶來的問題比反應時間輕。例如考慮雷達測試范圍的情況，此時儀器間的距離可能相當大。IEEE 1588 時鐘同步算法將把系統時鐘排齊，而無論這些儀器相距多遠。硬件觸發反應時間始終約為1 nsec/英尺。如果儀器相距甚遠，那么基于時間觸發的抖動將小于硬件信號的反應時間。這對于某些應用可能變成一種關鍵的促成技術。