构建以PXI为核心的新一代测试系统

　　概览

　　对于测试工程师而言，产品功能上的日益汇聚与行业标准的日益多样这样不断显著的趋势为他们创造了全新的机会，来开发新一代的测试系统。由于新一代测试系统能顺应市场主流技术的进步而获得更新，从而可以极大地加速产品开发周期，并且确保测试系统可以被长期使用。我们看到，测试系统开发的方式已经从构建应用系统或现成即用的测试系统，转为构建一个模块化的测试构架。新一代模块化的测试构架不但能为多种产品的不同测试要求提供支持，而且当今后有新的测试技术推出，还可以轻松地将其集成到现有系统中。模块化测试构架有几个关键因素：高效管理测试资源的测试管理服务，用于开发测试程序的应用软件环境，软硬件接口的硬件驱动层，以及根据应用需求给出结果的测试硬件部分。此文将主要讨论开发新一代模块化测试构架的一些准则。

　　行业趋势以及如何设计一个模块化测试系统

　　我们看到在不同的行业具有一些共同的趋势，比如产品在复杂性和功能上的不断增加，这在消费市场上尤其显著。另一个趋势是多种标准的涌现，但是目前没有迹象表明其中的哪一种会独占市场，例如无线通讯领域。而事实是，从本质上来说，测试系统的复杂性要归因于待测产品的复杂性，一个灵活的测试系统不但能满足现有的测试需求，而且具备极大的可扩展性，通过采用技术上的进步来提升系统性能，同时确保已有投资。为了满足这些趋势带来的要求，就必须要开发模块化的、以软件为核心的测试系统，以便快速地适应不断产生的变化。这一点已经不单单是代工制造厂商的要求，在这些厂家里一直需要灵活的测试构架来满足不同产品的要求;而且现在连一向很保守的美国国防部也决定采用综合独立以软件为核心的)仪器来取代众多功能单一的仪器，从而解决原有设备老化的问题。

　　为了更好地设计一个模块化测试构架来满足您的诸多需求，以下5个结构层次为您提供了一个参考准则：

　　图1：5个结构层次的模块化测试构架

　　层次结构五：自动化测试系统管理软件

　　自动化的测试系统需要实现多种任务和测量功能：这些任务和功能中，一些与待测设备(DUT)相关的，而另一些对于每个待测设备是通用的。为了把维护费用降至最小，并且保证测试系统的寿命，实现DUT级别的任务与系统级别的任务相分离的测试策略是十分重要的，这样工程师们在整个开发周期中可以迅速地重用、维护并修改测试程序(或者模块)来满足特定的测试需求。

　　在所有的测试系统中，都存在着根据待测设备不同的不同操作，也存在着对于所有待测设备都通用的操作，例如系统级别的任务等。 [p]

　　对于每个设备不同的操作

　　 仪器配置

　　 测量

　　 数据采集

　　 结果分析

　　 校准

　　 测试模块

　　对于每个设备通用的操作

　　 操作界面

　　 用户管理

　　 DUT跟踪

　　 测试流程控制

　　 存储结果

　　 测试报告

　　一些公司已经编写了自己的测试执行器，并且分配了宝贵的工程资源来从头开始开发测试管理软件。这通常会导致生产率下降并且为了维护软件而长时间占用资源。为了使生产效率达到最大化，工程团队应该利用商业上可用的测试管理软件，例如NI TestStand软件等，来减少对于每个设备的通用操作的开发。通过利用这个软件，工程师们可以专注于对各设备的专有操作的开发。

　　结构层次四：应用开发软件

　　在测试系统结构中，应用开发环境(ADE)，例如NI公司的LabVIEW和LabWindows/CVI等，扮演了关键角色。利用这些工具，测试系统开发者可以与各种各样的仪器通信、集成测量、显示信息、与其它应用连接等等……理想的用于开发测试和测量应用的ADE需要提供易用性、高效编译性能、与多种I/O集成以及编程灵活性等一系列的应用要求。

　　易用性不仅在于可以多么迅速地上手和使用。利用易于使用的ADE ，开发者可以容易地把处理例程和多种测量设备集成在一起，创建复杂的用户接口，部署和维护应用程序，并且在产品设计改良和系统需要扩展时修改应用程序。

[p] 结构层次三：测量和控制服务

　　测量和控制服务提供了对系统中各种硬件资源的连接、系统配置和诊断工具等，至关重要。例如，NI Measurement and Automation Explorer (MAX)可以对硬件资源进行自动检测，包括数据采集、信号调节硬件;GPIB、USB和局域网控制型仪器;PXI系统、VXI设备;模块化仪器……，因此开发者可以在一个地方对它们进行配置。集成诊断测试保证了设备功能正常，而测试面板为开发者在开始编程前检查硬件的功能提供了快捷的方法。测量和控制服务还通过应用编程接口(API)提供了对应用开发软件层的集成，这样开发者可以容易的对他们的设备进行编程。实际上，这种服务软件的部件——硬件驱动程序，应用编程接口(API)和配置管理器必须无缝集成到ADE中，从而使得性能最大化、提高开发生产率，减少总维护成本。

　　结构层次二：计算和测量总线

　　每个自动化测试系统的核心部件都是计算机(形式有台式个人计算机、服务器工作站、便携式电脑或者嵌入式计算机等不同与PXI和VXI配合使用)。使用计算式平台的一个重要方面就是可以与测试系统中各种各样的仪器进行连接(和通信)。现在有多种不同的仪器总线用于单独或模块化仪器，包括GPIB、USB、LAN、PCI和PCI Express等。这些总线有着不同的能力，对于特定应用来说，一些总线比另一些更加合适。例如，GPIB总线在仪器控制中有着广泛的应用，对于仪器来说有着广泛的可用性;USB总线提供了广泛的可用性、易于连接性和高吞吐量;局域网总线对于分布式系统十分合适，而PCI Express总线则提供了最高效的性能。

　　个人电脑的广泛使用促成了高性能内部总线的不断进步，其中包括PCI和PCI Express总线，它们具有最低的延时和最高的数据吞吐量或带宽。PCI总线提供了高达132MB/s的总线带宽，而PCI Express总线作为PCI总线的进化版，可提供4GB/s的带宽，来满足不断增长的带宽需求，同时在软件上对PCI总线完全兼容。图3 解释了最流行的仪器控制总线的延时和带宽性能。

　　图2：总线带宽 vs延迟

　　结构层次一：测量和设备I/O

　　从根本上讲，目前有两种类型的仪器构架——传统仪器和虚拟仪器。图4解释了这两种架构的相似性。两种都具有测量硬件、机箱、电源、总线、处理器、操作系统和用户接口。

　　图3：传统仪器和虚拟仪器的构架拥有相似的硬件部分;两个构架间最主要的区别是软件存在于哪里以及用户是否能访问到它

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　　从硬件的角度上讲，最明显的区别在于部件是如何组织的。对于每个分离的仪器，传统的或者独立的仪器把所有的部件都放在同一个箱子里。测量功能、分析、显示以及对仪器的控制都是由供应商定义的。

　　相反的是，模块化软件定义型虚拟仪器集成了通用的测量硬件来帮助用户除了使用标准功能外，还可以在软件中定义自己的测量和用户接口。利用模块化的方法，工程师们可以定义测试系统的测量功能，并且构建可扩展的系统来满足将来的需求。通过模块化的、软件定义的方法，用户可以进行自定义测量、为新兴的标准进行测量或者当需求改变(例如，添加仪器、通道或者新型测量)时修改系统。这种灵活的、用户定义型软件与可扩展的硬件组合是模块化仪器的核心。

　　以PXI为核心

　　PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)是一个坚固的、基于PC的测量与自动化系统平台。PXI系统由三种基本组件构成——机箱、系统控制器和外插模块。在模块化测试构架中，PXI是非常理想的核心组成部分，这是因为PXI平台的硬件基于标准PC技术，比如PCI/ Express总线、通用的CPU和外围设备;同时主流的Windows软件构架对用户来说也非常熟悉。对基于Windows的PXI系统进行开发和操作就像使用标准的基于Windows的PC机一样方便。

　　图4：PXI是模块化测试系统的核心

　　PXI是一个开放的业界标准，所以有来自PXI系统联盟的70多个成员的接近1200个产品都可供您选择。

　　 模拟输入与输出

　　 边界扫描

　　 总线接口与通信

　　 载波产品

　　 数字输入与输出

　　 数字信号处理

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　　 功能测试与诊断

　　 图像采集

　　 原型板

　　 仪器

　　 运动控制

　　 电源

　　 接收器互联设备

　　 开关

　　 定时输入与输出

　　 RF与通信

　　PXI也通过提供用于与分立仪器或VXI系统进行通信的标准硬件和软件，确保在这些系统上的