LXI虎視眈眈下的儀器總線格局

    開放式儀器總線已經普遍應用到測試儀器中，而總線格局正醞釀著翻天覆地的變化，這一切也許是源于LXI總線接口技術的快速普及。近日，備受關注的LXI產業聯盟在北京召開了高峰論壇，共同探討LXI總線的未來發展。與此同時，這也是邀請中國企業加入LXI聯盟的一個重要信號，目前國內已經有包括北京航天測控等3家企業正式加入LXI聯盟。

    在LXI標準出現僅僅數年的時間里，已經引發了儀器總線行業的高度關注和參與。目前已經有53個公司加入成立不足3年的LXI聯盟，總共推出超過300種支持LXI的儀器產品，這些產品僅2007上半年的累計銷售額超過1億美元。更為重要的是，除了LXI最重要的發起者安捷倫之外，多家業內知名企業已經明確表態，他們的絕大部分新產品將支持LXI，對于其他標準來說LXI確實來勢洶洶。

    我們不妨回顧一下LXI與其他總線技術的簡單發展，也許更能清楚其對整個測量儀器接口總線市場的沖擊。自1966-2006年的40年間，電子測量儀器業前后有4種開放式儀器總線或接口得到認同，它們是GPIB（IEEE488）、VXI（IEEE1515）、PXI 和 LXI ，前兩種是獲得 IEEE 認證的國際級標準，后兩種是業界的事實上標準。 GPIB 由惠普公司單獨開發，當時集成電路只有小規模芯片，PC 電腦還未問世，測量儀器大部分是臺式和機架式產品，GPIB 作為程控儀器總線實在是非常前衛的構思。即使 GPIB 總線推出至今40年，大部分臺式儀器己經變成內嵌有微處理器智能儀器，GPIB仍然繼續發揮它的作用。VXI和 PCI分別是在1980年代和1990年代出現了PC 電腦、虛擬儀器之后，將 PC 電腦的外設總線擴充成為模塊儀器總線的成功產品，VXI總線構建在 VME外設總線基礎上，PXI構建在 PCI 外設總線基礎上。VXI 采用籠式機箱、3種模塊尺寸、即插即用驅動器、快速時鐘總線、虛擬儀器接口、虛擬面板、標準語句等都是不錯的擴展。可惜 VXI 主要針對國防軍事用戶，成本較高，適合高檔儀器而不易普及到更廣泛的民用儀器。國家儀器公司吸收了GPIB和VXI的優點，采用傳輸速率更高的PCI總線、簡化結構、降低成本、擴大應用。除 RF 頻段以外，當前 PXI 模塊儀器開始取代 VXI 而成為模塊儀器的業界事實上標準。 
          
    很明顯，已經存在了30多年的GPIB固然得到了全世界的認同，但已經無法適應新的測量儀器的數據傳輸需求，電纜價格高而且速度緩慢，于是進入新世紀，曾經作為GPIB和VXI主要供應商的安捷倫開始從VXI總線模件儀器市場淡出，并出售VXI儀器產品線，轉而開發一種可替代 GPIB程控儀器總線，但性價比更高，壽命超過25年的下一代軍民兩用開放式儀器總線。安捷倫放棄 VXI 、PXI 的傳統做法，不再選用 PC 外設總線擴充作為儀器總線，而選用性能不斷提高，預期具有更長壽命的以太網絡作為基礎，擴展成為 LXI 儀器接口總線。 

    從 LXI 標準 1.0可知，LXI 完全保留以太網的高速串行傳輸特點，電纜、連接器、集線器、網關的規格不變。在此基礎上增加儀器網頁和虛擬面板，構成最簡單的 LXI C類模塊儀器，亦即 LXI 兼容儀器。測量儀器系統往往需要時鐘定時和同步，LXI 標準在 A類模塊基礎上引入 IEEE1588 網絡定時同步協議，使入網模塊儀器獲得 1us 級的同步偏差，構成 LXI B類模塊儀器。在 B類模塊基礎上增加硬件的定時同步總線，使入網模塊達到 10 ns 級的同步偏差，構成最高級的 LXI A類模塊儀器。目前，LXI接口采用多芯銅纜的最高串行傳輸速率是每秒1000Mb。從 LXI 標準的設計構思可見，LXI 的 3類模塊從低到高將不同標準的儀器廣泛地納入 LXI 測量系統內。只要裝有以太網接口, 各種 GPIB 、VXI 和 PXI 儀器都可通過軟件升級成為 LXI C類或 B類儀器，對于小部分要求 10 ns 級同步偏差的數字儀器，才需要使用硬件觸發同步。與在 PC 外設總線基礎上擴充的 VXI 和 PXI 總線不同，LXI 接口避免使用增加時鐘線、本地觸發線達到時間同步的單一辦法，分成 A、B、C、三類不同級別的模塊, 顯得更加合理。LXI充分利用以太網的高速串行傳輸資源，盡量使用軟件擴展，少用硬件擴展的辦法，使組網成本降低。

    對于LXI來說，推廣的最大優勢在于GPIB在儀器行業的廣泛應用所打下堅實的基礎。幾乎所有儀器上都曾經或正在采用GPIB接口，而LXI可以完全兼容GPIB，并且只需要把軟件中的GPIB地址轉換為通用的IP地址即可實現在LXI儀器上的無縫平移，從而實現LXI所提供的速度優勢、時間觸發和軟硬件觸發等多種優勢。可以說，LXI已經成為GPIB最完美的替代者。

    如果我們只是簡單的把LXI看作是GPIB的替代者未免過于低估了LXI的實力。LXI接口總線在一定程度上博采了 GPIB 、VXI、PXI  的長處，避開它們的短處，幾乎是承先啟后、兼容并蓄，僅從安捷倫為了LXI放棄VXI的舉動足以證明其對LXI的期許，不僅如此，1年半的時間就推出了30多款LXI儀器產品足以證明其決心。更為重要的是，LXI是伴隨著以太網的擴展而不斷演進的，隨著10Gbit/s以太網的發展，以太網架構可以向下兼容。這樣LXI完全可以通過以太網實現全球接入、使用方便、經濟實用的開放式儀器接口，無疑這是LXI最大的商機和意義。

    當然，現在斷言LXI將取代VXI、PXI還為時過早，畢竟LXI不是模塊化結構，雖然不需要0槽和1槽控制器簡化了架構，但無疑再在傳輸速度和安全方面都還不及兩位前輩。不過LXI一個很重要的功能就是可以支持與VXI、PXI產品的和諧共同工作，這無疑加大了LXI普及的砝碼，也許當VXI、PXI驀然發現已經被LXI包圍之時，才是LXI真正成功之日。