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LAN介紹
LXI--兼容LAN儀器
混合系統(tǒng)中選擇最佳總線
參考文獻(xiàn)
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LAN介紹
LAN總線是一種用于連接儀器和PC的總線之一。盡管人們常說(shuō)LAN（或其他總線）適用于所有的應(yīng)用，但實(shí)際上每種總線都有不同的優(yōu)勢(shì),，真正的系統(tǒng)是在一個(gè)統(tǒng)一的軟件架構(gòu)中充分利用多種總線的優(yōu)勢(shì)。LAN總線特別適用于分布式應(yīng)用,，但對(duì)于桌面測(cè)量或自動(dòng)化測(cè)試就不是最合適的,。本文將詳細(xì)分析LAN總線在適合的儀器控制方面的應(yīng)用。同時(shí)我們還會(huì)對(duì)LXI（LAN的儀器擴(kuò)充,，簡(jiǎn)稱LXI）,，一種全新的標(biāo)準(zhǔn)基于LAN總線進(jìn)行一些討論。
LAN或以太網(wǎng)總線,，是一種為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接所設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn),。它是非常普遍的連接方式,，我們用它連接到其他電腦和英特網(wǎng)。LAN總線最明顯的優(yōu)勢(shì)是允許存在連接距離,，尤其是在使用了LAN交換機(jī)和路由器之后,，LAN幾乎沒(méi)有連接距離上的限制。,。當(dāng)系統(tǒng)需要長(zhǎng)距離的分布式測(cè)量,，或需要將測(cè)量?jī)x器靠近測(cè)量源而遠(yuǎn)離控制PC時(shí)，這種距離上的優(yōu)勢(shì)就顯得至關(guān)重要,。通過(guò)適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)安全配置,，LAN還能夠用于遠(yuǎn)程診斷；如查看遠(yuǎn)程測(cè)試地點(diǎn)的儀器配置情況,。
LAN在分布式處理系統(tǒng)中也有用武之地,。多個(gè)處理單元可以通過(guò)LAN網(wǎng)絡(luò)完美地相連，并對(duì)等地進(jìn)行通信,。舉例而言,，一個(gè)高性能的分析程序能夠通過(guò)LAN，將不同的處理任務(wù)分配到多個(gè)相連的PC上,，從而擴(kuò)展系統(tǒng)的處理性能,。另外，在一個(gè)分布式的數(shù)據(jù)記錄程序中,，每一個(gè)本地節(jié)點(diǎn)都能夠完成數(shù)據(jù)記錄和控制,，而僅僅將需要的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)督控制系統(tǒng)中。
最后,，LAN對(duì)于儀器控制來(lái)說(shuō)也相當(dāng)具有吸引力,，因?yàn)榫拖馯SB、過(guò)去的RS-232和并行端口一樣,，LAN也逐漸成為所有臺(tái)式PC的標(biāo)準(zhǔn),。
另一方面，在非分布式系統(tǒng)中,，如臺(tái)式機(jī)或機(jī)架環(huán)境下時(shí),，LAN也存在一些缺陷，包括：
較長(zhǎng)的延時(shí)
較長(zhǎng)的處理時(shí)間和較高的成本
復(fù)雜的配置
可供選擇的LAN儀器較少
總線的吞吐量一般由總線的延時(shí)和帶寬共同決定的,。延時(shí)度量數(shù)據(jù)傳送的遲滯,，而帶寬度量數(shù)據(jù)通過(guò)總線傳輸?shù)乃俾剩ǔＲ訫B/s為單位,。低延時(shí)能夠提高需要傳輸大量短小指令或小型數(shù)據(jù)包的應(yīng)用,。高帶寬對(duì)于諸如波形生成和采集的應(yīng)用程序非常重要。圖1對(duì)不同儀器總線的延時(shí)和帶寬進(jìn)行了比較。請(qǐng)注意,，從下至上為帶寬提高,，而從左至右為延時(shí)縮短。盡管更高速度的選擇,，如千兆LAN,，能夠?yàn)樵S多應(yīng)用提供足夠的帶寬，但是LAN的延時(shí)在各種總線當(dāng)中卻是最長(zhǎng)的,，這直接限制了LAN在許多儀器應(yīng)用中的性能表現(xiàn),。
在數(shù)據(jù)密集的應(yīng)用中，由于協(xié)議棧是在軟件中實(shí)現(xiàn),，LAN通信需要強(qiáng)大的處理能力,。一般的判斷原則是“每赫茲一位”規(guī)律1；這是一種對(duì)給定以太網(wǎng)連接速度所需CPU處理性能的粗略估計(jì)是,，一般每秒鐘需要處理一位網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù),，就需要一赫茲的CPU處理能力。使用這個(gè)規(guī)則,，我們大約可以判定一個(gè)千兆LAN連接在全速進(jìn)行數(shù)據(jù)流傳輸時(shí),，大約需要1G赫茲的現(xiàn)代臺(tái)式處理器的處理能力。因此,，在高速系統(tǒng)中,，CPU可能在通信鏈路上投入的處理會(huì)超過(guò)實(shí)際應(yīng)用。這可能成為系統(tǒng)獲取更高數(shù)據(jù)吞吐量的瓶頸,，例如依賴數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)流傳回主機(jī)處理器的模塊化系統(tǒng),。
LAN的處理性能可能在兩個(gè)方面增加一個(gè)LAN儀器的成本。首先,，在高速系統(tǒng)中,，可能需要臺(tái)式機(jī)或服務(wù)器級(jí)別的處理器來(lái)處理TCP/IP協(xié)議棧。其次,，當(dāng)通過(guò)LAN無(wú)法達(dá)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)速率要求時(shí),，儀器設(shè)計(jì)者必須在儀器中內(nèi)嵌數(shù)據(jù)削減處理單元。而這樣既增加了成本,，也降低了用戶靈活性,。
LAN的另一個(gè)缺陷是需要現(xiàn)有的LAN網(wǎng)絡(luò)支持才能夠進(jìn)行安裝。對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用而言,，這可能不是個(gè)問(wèn)題，但是和桌面應(yīng)用中的USB相比,，這卻是額外負(fù)擔(dān),。LAN需要IP地址和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，而這些都可能受到其安裝所在網(wǎng)絡(luò)IT政策的影響。實(shí)際上,，許多針對(duì)LAN儀器的遠(yuǎn)程診斷的優(yōu)勢(shì)都會(huì)被公司的關(guān)于防火墻或是其他網(wǎng)絡(luò)安全的IT政策所否定,。
盡管以太網(wǎng)比GPIB的歷史更長(zhǎng)，用于儀器控制也有至少15年了,，它在儀器控制總線中的應(yīng)用仍只占一小部分,；相比于超過(guò)一萬(wàn)種的GPIB控制儀器，LAN儀器只有區(qū)區(qū)幾百種,。2現(xiàn)在,，LAN主要用于儀器間距離較長(zhǎng)的系統(tǒng)。對(duì)于臺(tái)式應(yīng)用,，更常使用GPIB和USB,，而在驗(yàn)證和生產(chǎn)中，GPIB和模塊化系統(tǒng),，例如PXI總線（PCI儀器擴(kuò)展）,，是最常用的選擇。當(dāng)然,，許多系統(tǒng)將多種不同的總線整合到一個(gè)混合系統(tǒng)中,，其中實(shí)際儀器接口在軟件中被抽象了。
LXI--兼容LAN儀器
2005年,，一些測(cè)試和測(cè)量廠商發(fā)布了一個(gè)名為L(zhǎng)XI標(biāo)準(zhǔn)的說(shuō)明,。LXI在獨(dú)立LAN儀器中加入了一些附加特性，比如標(biāo)準(zhǔn)HTML配置頁(yè)面和多種實(shí)現(xiàn)LAN儀器的最佳實(shí)例,。LXI加入了可選的定時(shí)與同步特性,，包括IEEE-1588精確定時(shí)協(xié)議和總線硬件觸發(fā)（這些在某些類(lèi)別的LXI儀器中是必需的）。
IEEE-1588允許通過(guò)LAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行同步,。IEEE-1588設(shè)備使用特定LAN硬件能夠達(dá)到在+-100 ns的時(shí)間同步,。這個(gè)能力使IEEE-1588對(duì)于需要進(jìn)行長(zhǎng)距離同步的低采樣速率（低于1 MS/s）的應(yīng)用變得很有吸引力。LXI硬件觸發(fā)總線是一系列共享的LVDS（低電壓差分信令）,，通過(guò)使用特殊電纜可以在更短的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)更精確的同步,。
許多LXI儀器與現(xiàn)有LAN儀器很相似，實(shí)際上,，現(xiàn)有的LXI設(shè)備大部分都是在之前產(chǎn)品的基礎(chǔ)上升級(jí)所得到的,。它們具有可選的同步功能，非常適合于長(zhǎng)距離的分布式儀器的應(yīng)用,。
混合系統(tǒng)中選擇最佳總線
實(shí)際的系統(tǒng)會(huì)在一個(gè)模塊化系統(tǒng)架構(gòu)下使用多種總線技術(shù),，以最大限度地利用每個(gè)系統(tǒng)的特性。舉例而言,，您可以使用基于PXI的具有高采集和生成速度的系統(tǒng)連接現(xiàn)有的GPIB和USB儀器,，并且通過(guò)LAN將數(shù)據(jù)傳送到其他應(yīng)用程序,。因此購(gòu)買(mǎi)儀器時(shí)，你最好確定儀器帶有相應(yīng)驅(qū)動(dòng)程序,，使您可以在您所選的軟件中輕松地構(gòu)造混合系統(tǒng),。