LXI测试系统中IEEE1588 的应用

本文将概要说明与IEEE 1588 相关的LXI 规范，以及如何在基于LXI 测试和测量系统中用IEEE 1588 建立时基。

引言:

测试和测量行业于2004 年形成了LXI(LAN eXtensions for Instrumentation)联盟，联盟致力于简化测试系统的集成和降低与测试系统设计及维护相关的成本。通过高速Ethernet和IEEE 1588 这些成熟技术，行业规定了保证厂商间兼容性的规则和建议。利用Ethernet 行业的成熟技术，LXI 提供许多超过当前点对点和卡箱式解决方案的优点，以简化集成和支持任务，降低成本，并提供新的使用模型和能力。

LXI联盟得到测试和测量行业所有领先公司的大力支持。所提出的规范通过利用自动发现和寻址，网络和资产管理和对等通信这些技术简化系统集成，它的统一触发模型和IEEE 1588应用使集成者能在许多应用中用软件触发代替电缆，从而简化系统组装，解决困难的同步任务，它也为系统建造者提供以前没有的选择方案。LXI 还为合成仪器提供理想平台，当测试需要变化时能实现较小占用面积和易于重新配置，以及硬件 — 软件独立。由于接纳了普遍存在的Ethernet 技术LXI 也因不需要专门的电缆、插卡、主机而降低了成本。

LXI 综述

LXI 联盟综合了近年来的多方发展成果。首先，研究报告表明我们测试和测量行业已经为基于LAN 仪器准备就绪。Ethernet 基础设施是普遍存在的，其设备价格按测试和测量标准来看是很低的，测试工程师也越来越醉心这项技术。其次，高速LAN的广泛适应性，它开放的IO接口符合测试和测量的需要。再次， IEEE 1588 把确定性的定时带入网络。最后，寻求更低测试系统支持成本的宇航/国防工业推动了合成仪器的发展。

在 LXI 联盟之前，测试和测量行业依靠特殊的点对点IO，如GPIB 和MXI，或是卡箱式背板实现，如VXI 和PXI。由于它们均由T&M行业开发，因此不能得到计算机行业的简单使用方法，而且还需要昂贵的接口卡，电缆和主机。LXI 联盟知道每天在Ethernet 上工作的工程师数量远远超过整个T&M行业，我们完全可以利用他们的工作成果，得到复杂的对等和网络管理能力，就像在计算机和外设上那样。Ethernet是到处都有而且价格低廉; 由于今天售出的计算机上都配有LAN 适配器，用户不需要专门的接口卡。Ethernet 支持多种传输媒介 — 铜缆、光纤、无线 — 它也是对称的，因此您不必像USB 那样担心是主装置还是从装置。

早期的Ethernet 使能仪器已很好地被客户接受，但大多数前期实现因反应时间、速度和非确定性定时的不确定性而遇到支持方面的问题。通过IEEE 1588 和Gigabit Ethernet 这些关键促成技术，LXI把Ethernet提升到测试系统的核心地位。100 base T 和Gigabit Ethernet 的广泛适应性突破了多数实际测试系统的速度瓶颈，而IEEE 1588给与Ethernet确定性的定时，从而能够满足测试和测量行业苛刻的定时要求。

LXI 联盟

随着LAN 的发展而成为GPIB 和MXI 的可行替代方案，一些测试和测量公司开始使用LAN，并把它看作是主要的互连。但我们认为如果每家仪器公司都独立建立各自的Ethernet 连接标准，来自不同厂商仪器能将很难实现相互之间的兼容。最好的情况是有一个各公司都支持的标准。应此，需要有一个行业联盟来致力于标准的建立，也保证兼容性。安捷伦公司在2004 年提议，并成为LXI 联盟的联合创建者。联盟最优先的任务是通过推荐统一的基于Ethernet的仪器标准，实现保证相互之间的兼容性。LXI联盟宗旨在于显著简化系统集成者的工作、降低成本、提高产能，同时利用成熟的商业技术，而不是建立某些独特技术。LXI标准实际上是推荐如何实现已存在的开放工业标准。

LXI 联盟的主要目标是建立和采用基于LAN 的仪器规范，以保证跨厂商的相互兼容。LXI 联盟已举行过5 次全会，3 次专门会议和无数次的工作组会议。今天我们已有40 多位会员，代表所有主要T&M供应商，此外还有许多用户和系统集成商。我们的每一次全会上都有独立的系统集成商或潜在用户的会议，他们讨论测试环境，以及对LXI 优缺点的评价。在宣布我们意向的12 个月后，就于9 月26 日颁布了最初的LXI 规范1.0 版。

LXI 触发

LXI设备被定义为3种类型，按触发能力的不同分为A类、B类和C类。C类是基本类，它没有基于时间的触发能力，A类和B 类设备融入IEEE 1588，它允许测试系统内的不同设备自主地执行复杂的事件序列，而无需系统控制器的干预。B类在C 类上增加IEEE 1588，A 类除增加IEEE 1588 外，还加上8 路的LVDS 高速触发总线。

LXI 规范的一个主要特点是统一的触发模型，以及以同样方式处理所有触发源的API。通过定义LAN触发和硬件触发同一的程序调用，程序师就能用一套API 调用，并容易地在触发类型间切换。例如如果用被命名为"Arb"的驱动程序编程一台任意波形发生器，而程序员要把LXI 触发总线2 作为触发信号源，这一行代码就可写为: Arb.Trigger.Source ="LXI2"，而如果他希望切换到使用相同ID 的LAN触发，只需把命令变为: Arb.Trigger.Source = "LAN2"。LXI规范推荐LXI设备应能使用任何可行手段触发任何可得动作，虽然并非所有情况时都能实现。如果一项测量可由传统的硬件触发线触发，那么它也应可由LXI 触发总线，或装置支持的任何其它触发输入触发。测试开发者可把装置配置为接收相应触发源，并接到所要采取的动作。

IEEE 1588基于时间触发API 允许程序员在任何规定时间执行规定的动作，把"报警时钟"设置为"行动"，从而能让程序员和系统集成者以几乎完美的方式执行复杂的测试序列。例如把一个数字化仪编程为在规定时间开始测量，1秒后结束，等待100 msec，再开始另一次测量。把同一测试系统中的接收设备编程为在数字化仪100 msec 工作暂停期间改变它的频率。通过IEEE 1588 基时钟同步，就能执行这样的操作，得到近乎完美的定时，而不需要仪器与LAN之外的其它控制器连接。

对于基于时间的触发，必须了解如果系统内所有时钟严格同步，就不存在反应时间。但真实世界中的时钟同步并非完美; 时钟精度仅为50-100 nsec，从而引入新类型的触发不确定度 — 抖动。在IEEE 1588 时钟同步算法调整系统时钟时，某些引入的不确定度会掩盖掉任何基于时间触发的精度。工程师必须懂得反应时间和抖动的不同，使用最适合其应用的触发类型。

有些应用对触发抖动不敏感，或触发抖动带来的问题比反应时间轻。例如考虑雷达测试范围的情况，此时仪器间的距离可能相当大。IEEE 1588 时钟同步算法将把系统时钟排齐，而无论这些仪器相距多远。硬件触发反应时间始终约为1 nsec/英尺。如果仪器相距甚远，那么基于时间触发的抖动将小于硬件信号的反应时间。这对于某些应用可能变成一种关键的促成技术。