下一代综合测试系统的研究与实现

杨 苏，刘亚军

(重庆大学软件学院，重庆400030)

1 引言

电子测量仪器业自上世纪60年代开始一直追求更快、更可靠、更简便的仪器总线，采用智能仪器构建大型测试系统的关键技术就是总线技术。随着以太网、标准PC技术的成熟，传统的总线技术已经不能满足现代测试行业的要求。2004年Agilent公司和VXI科技公司结合GPIB和VXI的优点，开发了新一代模块化仪器总线——LXI。LXI是基于工业标准以太网技术，由中小型总线模块组成的新型仪器平台。LXI仪器是严格基于IEEE802.3、TCP/IP、网络总线、网络浏览器、IVI－COM驱动程序、时钟同步协议(IEEE1588)和标准模块尺寸的新型仪器。LXI仪器采用IVI－COM驱动进行通信，能够充分利用软件已有的资源，使系统具有更高的灵活性。利用LAN技术组建测控系统，可以解决航空航天、军事国防、信息通信、医疗卫生、工业应用、消费电子等领域的需要。

2 LXI总线标准简述

LXI标准由LXI国际联盟(LXI Consortium)负责管理，LXI联盟主要是由测试测量公司组成的非营利机构，其目的是开发、支持和推广LXI标准。自从LXI联盟发布LXI标准1.0以来，不断有相关的产品推出，目前对标准1.0版本进行了部分修改，已更新至1.3版本。

LXI按照同步和触发的精度不同分为三个基本类型:A、B、C类。C类最简单，是基本类，也是一致性的LAN实现，对触发没有特殊要求。B类包括C类的全部功能，且增加了一种新的触发类型，用IEEE1588时间同步协议(需要 TCP/UDP，Multi Cast的支持)实现触发功能。A类在包括B类和C类的全部功能外，又增加了另一种触发方式，通过总线实现触发。每个等级对应的功能如图1所示。

图1 LXI不同等级的性能区别

LXI总线具有以下5大优点:

(1)开放式工业标准

LAN是众多仪器生产厂商支持的行业标准，测试开发快速、简单，能保证兼容性和测试寿命。LAN是业界最稳定、生命周期最长的开放式局域网络工业标准，开发成本低廉，使得仪器生产厂商很容易将现有的仪器产品移植到LXI仪器平台上来。

(2)向后兼容性

LXI模块只占1/2的标准机柜宽度，体积比VXI、PXI等可扩展式仪器更小，不需重新配置即可升级现有的测试系统，并允许扩展为大型卡式虚拟仪器(VXI、PXI)系统。

(3)成本低廉

在满足军用和民用客户要求的同时，保留了现有台式仪器的核心技术，结合最新科技，使得LXI模块的成本明显低于相应的台式仪器和VXI、PXI仪器。

(4)互操作性

LXI测量功能模块可以方便快捷的组成合成仪器，可高效、灵活地组合成面向目标服务的各种测试单元，大大降低了测试系统的体积，提高了系统的机动灵活性。

(5)新技术及时方便的引入

LXI测量功能模块具备完备的I/O定义文档，因而模块和系统升级时只需核实新技术是否涵盖其替代产品的全部功能即可。

3 IVI仪器驱动器

仪器驱动器是完成对某一特定仪器控制与通信的软件程序集，是应用程序实现仪器控制的桥梁。1998年美国NI公司最先提出一种新的基于状态管理的仪器驱动器体系结构，即可互换仪器驱动器(Interchangeable Virtual Instrument，IVI)模型和规范，并开发了基于虚拟仪器软件平台的IVI驱动程序库。NI公司设计的IVI体系结构如图2所示。

图2 IVI通用结构

IVI主要研究仪器驱动的可互换性、测试能力、开发灵活性。目前，IVI基金会共制定了五类仪器规范:①示波器/数字化仪(IVIScope);②数字万用表(IVIDmm);③任意波形发生器/函数发生器(IVIFGen);④开关/多路复用器/矩阵(IVISwitch);⑤电源(IVIPower)。

与VPP仪器驱动器相比，新的IVI仪器驱动器具有以下特点:①在不牺牲易用性的基础上改善了仪器驱动器的运行效率;②提高了采用仪器驱动器编程的灵活性;③提供多线程安全运行和仪器仿真功能;④IVI仪器驱动器与接口总线无关。

4 LXI仪器软面板设计

LXI标准规定了两种界面的使用方法:①使用标准的W3C网络浏览器的交互方法;②使用IVI驱动程序的编程方法。下面重点介绍如何设计基于IVI驱动的软面板:

目前国际上应用最广泛的虚拟仪器软面板开发环境之一:LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench.实验室虚拟仪器工作平台)，是美国NI公司推出的一种基于G语言的具有革命性的、图形化虚拟仪器开发环境，主要应用于仪器控制、数据采集、数据分析、数据显示等领域。

LabVIEW采用图形模式的结构框图构建程序代码，LabVIEW程序又称为虚拟仪器(简称:Ⅵ)。VI是由图标、连线以及框图构成的应用程序，由前面板窗口和程序框图窗口两部分组成。前面板窗口是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，相当于实际仪器的控制面板，是人机交互的窗口。主要有用户输入和显示输出两类对象，具体表现有开关、旋钮、图形等。程序框图窗口是VI的核心，提供VI的图形化源程序，相当于实际仪器箱内的东西，主要包括前面板上控件的连线端子，以及一些前面板上没有的，但编程中必须用到的各种节点对象及节点连线等。

IVI规范定义了两种仪器驱动程序，即IVI－C和IVI－COM，IVI－C驱动程序基于现有的VPP规范和标准的ANSIC编程模型。IVI－COM驱动程序基于Microsoft标准的COM(组建对象模型)技术。在LabVIEW中既可以调用IVI－C驱动，也能调用IVI－COM驱动。

(1)调用IVI－C驱动:选择LabVIEW程序框图的函数→编程→仪器I/O→仪器驱动程序→Agilent 34401;分别对仪器进行初始化→配置→操作→读取→显示→关闭等操作;

(2)调用IVI－COM驱动:选择LabVIEW程序框图的函数→互连接口→ActiveX;根据需要分别选择控件:打开自动化、属性节点、调用节点、关闭引用等;右键选择相应的类型库，其最简单的操作过程如图3所示(以Agilent 34401为例)。

图3 调用IVI－COM仪器驱动

完成调用IVI驱动是开发整个综合测试系统的关键部分，但综合测试系统也离不了与用户的沟通，这就要在LabVIEW的前面板上进行人机接口部分的设计:在前面板上添加相应的旋钮、下拉列表、复选框、XY图等控件，以满足系统要求，实现系统功能。如图4所示。

图4 系统前面板

5 结束语

自LXI联盟推出LXI标准以来，已经得到多方的认可和支持，近年来又发展了以LXI模块单元为核心的LXI合成仪器系统结构模式。目前，本系统已经成功突破了众多关键技术，系统已见雏形，但仍有需要完善的部分。LXI联盟在2007年9月公布LXI全球的市场年销售额已经超过2亿美元，而这是LXI推出仅仅两年时间达到的数额，可见LXI必将成为下一代测试产品的发展方向。

［1］柴国栋，刘重围，王猛.用IVI驱动程序构建硬件无关测试系统［J］.传感器与仪器仪表，2008，24(11－1):105－106.

［2］张芳兰，马捷中.基于LabVIEW对虚拟仪器设计及远程控制［J］.微处理机，2008(1):144－146.

［3］廖开俊，刘志飞.虚拟仪器技术综述［J］.国外电子测量技术，2006(2):6 －8.

［4］陈芳芳.LXI标准之软件架构概述［J］.应用天地，2007(11):55－58.

［5］杨锁昌，孟晨，黄考利.仪器无关测试系统IVI配置文件的管理［J］.计算机自动测量与控制，2001(4):4－6.

［6］零点工作室，刘刚，王立香，张连俊.LabVIEW8.20中文版编程及应用［M］.北京:电子工业出版社，2008.