在測試測量領(lǐng)域,，儀器總線技術(shù)的發(fā)展歷來是工程師和科學家們最為關(guān)心的部分,。從上世紀60年代推出的專用于儀器控制的GPIB總線，到現(xiàn)在被廣泛使用的USB,、VXI,、PXI和最新推出的LXI、PXI Express,，不斷涌現(xiàn)的新型總線技術(shù)在幫助我們的工程師更快捷高效的完成測量任務(wù)的同時,，也引起了行業(yè)內(nèi)專家們的廣泛爭論，究竟哪一種總線將會主宰未來的測試測量領(lǐng)域呢,？
未來的趨勢——混合總線的測試系統(tǒng)
先讓我們回顧一下歷史,，無論是GPIB還是串口，都已經(jīng)在測試行業(yè)應(yīng)用超過了數(shù)十年,，但至今仍有很多的工程師在繼續(xù)使用 或購買相應(yīng)的儀器,。再來看看幾乎已經(jīng)退出PC歷史舞臺的ISA總線，在現(xiàn)在的一些工控機里我們?nèi)耘f可以看到ISA插槽的身影,，甚至有不少廠商還在生產(chǎn)基于 ISA總線的數(shù)據(jù)采集卡和GPIB控制卡,，滿足一部分客戶的需求?？梢哉f,，任何一種總線都有其在行業(yè)內(nèi)獨特的優(yōu)勢，沒有一種總線會完美到可以取代其它任何 的總線,。
所謂混合總線的測試系統(tǒng),，就是在一個系統(tǒng)中集成多個自動化測試平臺的不同部件，包括PXI,， PCI， GPIB,， VXI,， USB， LAN和LXI等不同的總線,。從工程師的角度來看,，當設(shè)計一個測試系統(tǒng)時，往往需要平衡多方面的因素?，F(xiàn)在的產(chǎn)品變的越來越復(fù)雜,，對混合信號測試的要求也 就越來越高，這樣就需要利用不同總線測試平臺的優(yōu)勢,，搭建一個混合的測試系統(tǒng)來滿足測試的需求,。例如您的系統(tǒng)可能需要像PXI和PCI Express等模塊化儀器總線所提供的高吞吐量和優(yōu)良的集成性，同時也可能需要基于USB或者LAN（包括LXI）的分立式儀器，完成一些特定的測試功 能,。此外,，使用混合的系統(tǒng)，工程師們可以很容易的在現(xiàn)有的系統(tǒng)上進行升級或是添加新的部件,，而無需重新設(shè)計整個系統(tǒng),。同時，這樣的混合系統(tǒng)對軟件的架構(gòu)提 出了更高的要求,，希望無論是在驅(qū)動服務(wù)層還是在應(yīng)用軟件層都能對不同的總線平臺進行無縫的支持,，也就是說，一個統(tǒng)一的軟件架構(gòu)將成為整個混合測試系統(tǒng)的核 心,。（如圖1）
圖1：典型的混合總線測試系統(tǒng)的軟硬件架構(gòu)
因此我們看到的是這些總線將會長期的共存,，未來測試系統(tǒng)的趨勢也將是基于混合總線的測試系統(tǒng)。而同時,，軟件會在這樣多廠商,、多總線的混合系統(tǒng)中體現(xiàn)其核心的地位。
外部總線 —— GPIB,， Serial,， IEEE 1394（FireWire）， USB,， LAN以及LXI在測試測量行業(yè),，外部總線主要提供傳統(tǒng)分立式儀器與PC之間的互連性，因此我們又通常將這一類總線稱之為分立儀器總線,。 每一種總線針對不同的應(yīng)用都有其獨特的優(yōu)勢,，譬如說GPIB作為最成熟的總線技術(shù)，擁有最廣泛的可供選擇的儀器種類,；使用USB,，用戶可以充分利用其即插 即用的特性；而使用LAN/LXI,，可以滿足用戶分布式應(yīng)用和遠距離儀器通訊的需求,。根據(jù)對測量功能、帶寬,、傳輸延遲,、性能和易連接性等的不同需求，用戶 可以自由的選擇適合自己應(yīng)用的總線連接技術(shù),。
GPIB,，Serial和Firewire都已經(jīng)是廣大工程師所熟知的總線技術(shù)，我們就不一一贅述了,。這里要和大家一起討論的是幾種較新的分立儀器總線技術(shù),。
USB
Universal Serial Bus （USB） 因為其在PC機上的廣泛使用,、即插即用的易用性和USB 2.0高達480Mbits/s的傳輸速率，也逐漸的成為儀器控制的主流總線技術(shù)?，F(xiàn)在計算機上的USB口越來越多,，也使得工程師可以很方便的將基于 USB的測量儀器連接到整個系統(tǒng)中。
但是USB在儀器控制方面亦有一些缺點,。比如說USB的排線沒有工業(yè)標準的規(guī)格,，在惡劣的環(huán)境下，可能造成數(shù)據(jù)的丟失,；此外,，USB對排線的距離也有一定的限制。
LAN和LXI
LAN作為一種成熟的技術(shù),，在數(shù)年前就已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于各種測試系統(tǒng),，如遠程的網(wǎng)絡(luò)分析儀和數(shù)據(jù)記錄儀等，并特別適用 于分布式的系統(tǒng)和遠程監(jiān)控,，填補了傳統(tǒng)儀器原來在這方面的空白,。作為VXIbus規(guī)范的一部分，當時的VXI-11規(guī)范就定義了網(wǎng)絡(luò)儀器通過TCP/IP 進行控制器和設(shè)備之間通訊的一系列標準,。
LXI（LAN eXtensions for Instrumentation）總線規(guī)范源于美國軍方應(yīng)用的需求,，它重新定義了一系列基于LAN的儀器類，其中包含基于現(xiàn)成的IEEE 1588技術(shù)的定時指標和可選的LXI觸發(fā)總線,。但歸根結(jié)底,，LXI的儀器還是一種基于LAN的分立式儀器，只是將多種現(xiàn)有的技術(shù)（如LAN,，IEEE 1588等）重新整合成一種新的標準,，并沒有太多技術(shù)上的革新。此外,，LXI目前主要還是針對美國軍方的一些高端測量應(yīng)用,，還沒有在工業(yè)界得到普及，市場 上真正可供選擇的LXI儀器也很有限,。
無論是LAN還是LXI,，因為都是基于以太網(wǎng)的通訊方式，以太網(wǎng)本身的一些缺陷還是會存在,，如需要人工配置IP地址，如何解決IP地址的沖突問題等,；此外,，數(shù)據(jù)傳遞的實時性、數(shù)據(jù)的完整性和安全性等都是需要進一步探討的問題,。
在這里我們還要簡單介紹一下被LXI所采用的新型時間同步協(xié)議：IEEE 1588,，它提供了標準的方法用于在網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)亞微秒級的設(shè)備同步,。協(xié)議將從設(shè)備的時鐘和主設(shè)備的時鐘進行同步，保證了所有設(shè)備中的任何事件和時間標記都 使用同一個時間基準,。使用IEEE 1588進行設(shè)備同步需要分兩步：（1）根據(jù)最佳主時鐘算法確定哪個設(shè)備將提供主時鐘,；（2）測量和修正由于時鐘的偏移量（offset）和網(wǎng)絡(luò)延遲 （network delay）造成的時間誤差。
在現(xiàn)實的應(yīng)用中,，IEEE 1588時鐘同步的精度還取決于許多的因素,。如主從時鐘的時鐘頻率、時鐘的穩(wěn)定性,、網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)等,。此外，網(wǎng)絡(luò)通訊中許多的變數(shù)都會或多或少的影響到同步的精度,。
當我們打開現(xiàn)代PC的機箱,，我們會發(fā)現(xiàn)顯卡往往是基于高帶寬的PCI、AGP或是最新的PCI Express x16總線,，很少能見到基于USB,，Ethernet等外部總線的顯卡；同樣,，一臺分立式儀器雖然在外部提供了USB,，Ethernet/LAN以及 RS-232等接口用于和PC的通訊，但儀器內(nèi)部還是使用了PCI總線用于內(nèi)部數(shù)據(jù)的傳輸,。上面的兩個例子都使用了內(nèi)部總線用于海量數(shù)據(jù)的傳輸,，因為像 PCI這樣的內(nèi)部總線，相比于外部總線,，能夠提供更高的總線帶寬和更低的傳輸延遲（見圖2）,。接下來就讓我們來討論一下一些常見的內(nèi)部總線。
圖2：相比于外部總線,，內(nèi)部總線具有較高的總線帶寬和較低的傳輸延遲
內(nèi)部總線 —— VXI,， PCI/PXI， PCI Express和PXI Express
內(nèi)部總線,，我們也稱之為模塊化儀器總線,，它提供了開發(fā)者開放的多廠商聯(lián)合的標準和靈活的軟件來創(chuàng)建用戶自定義的儀器，解 決不同的應(yīng)用需求,。這樣的儀器不僅具有更好的集成性和可擴展性,，同時提供更佳的軟件靈活性。如上圖所示,，內(nèi)部總線具有的高帶寬特性對于高速流盤和激勵/響 應(yīng)測試的應(yīng)用來說至關(guān)重要,，而低延遲則決定了少量數(shù)據(jù)傳輸時的測試時間，如對數(shù)據(jù)傳輸延遲要求較高的數(shù)字萬用表+開關(guān)的掃描測試,。常見的內(nèi)部總線包括 VXI,， PCI/PXI,， PCI Express和PXI Express等。
VXI和PCI/PXI
VXI （VMEbus eXtensions for Instrumentation） 是最早引入模塊化儀器概念的總線,，它成功地減小了傳統(tǒng)儀器系統(tǒng)的尺寸并提高了系統(tǒng)集成化的水平,，主要用于滿足高端自動化測試應(yīng)用的需要，并已成功應(yīng)用于軍 用航空的測試和制造業(yè)的測試等,。然而,，由于VXI價格昂貴且基于過時的VME總線，而現(xiàn)代計算機又不支持這種總線結(jié)構(gòu),；伴隨著PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）總線的推出,，VXI的市場份額逐漸的在減小，而PXI的增長卻勢不可擋,，早已在數(shù)年前超過VXI成為模塊化測試測量的主 流技術(shù),。PXI因為基于成熟的PCI總線技術(shù)，和VXI相比,，具有更快的總線傳輸速率（132MB/s vs 40MB/s）,，更小的體積以及更好的性能價格比。此外,，PXI能夠提供納秒級的定時和同步功能以及堅固的工業(yè)特性,。最后，得益于軟件的靈活性和不斷更新 的模塊化硬件,，用戶可以最少的投資隨時升級整個測試系統(tǒng),。如此優(yōu)良的擴展性，靈活的軟件架構(gòu)使得基于PXI模塊化儀器平臺的系統(tǒng)集成變得更加的普遍,。