基于AXIe总线的自动测试系统设计

摘要 随着自动测试系统向标准化、模块化和系列化发展，标准化总线技术是满足这三化的关键技术的基础，它的发展推动了自动测试系统的更新。文中通过分析目前流行的PXI和LXI总线的基本特性和优缺点，对基于新型总线AXIe的自动测试系统设计进行了介绍，并预测了自动测试总线未来的发展趋势。
关键词 自动测试；AXIe；测试系统

    微电子、计算机、传感器和信息处理技术等现代科技的发展，对自动检测技术的发展提供了有利的条件，奠定了新一代ATS的基础，成为推动其体系结构、测试方法、测试技术不断进步的强大动力。自动测试设备(ATE)和自动测试系统(ATS)的研究，已成为世界各国发展的重点。目前，在ATS技术方面，标准化、模块化和系列化已经成为发展的必然趋势。标准化的总线技术是ATS发展的关键技术基础，目前在自动测试领域，多总线技术并存，呈现出“百花齐放、百家争鸣”的局面。主要的测试总线有VXI、PXI、LXI和AXIe等。

1 VXI和PXI总线
    VXI总线规范于1992年9月被IEEE标准局批准为IEEE-1155-1992标准。VXI总线是测试仪器模块化的卓越代表，它拥有稳定的电源、强有力的冷却能力和严格的RFI／EMI屏蔽。具有结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确等特点，适用于组建大、中规模的自动测量系统和对速度、精度要求高的应用场合。VXI主要用于大型的ATE系统、航空、航天等国防军工领域。
    以NI公司为首的PXI系统联盟成立于1997年9月。PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)不仅是一个总线技术，同时也是一个基于PC技术的模块化I／O的标准，为基于PC的自动化测试测量与控制系统架构添加了集成的定时和同步功能、工业级的坚固设计、以及更多的通道数。

2 LXI和AXIe总线
    2004年9月，以安捷伦公司为首的LXI总线联合体成立，2005年发布LXI标准1．0版本，并推出第一批LXI模块。LXI总线的基础设施是以太网，通过高速以太网实现仪器系统从局域至广域的全球连网，依靠IEEE1588精确定时协议获得整个仪器系统的全球定时同步。目的是以简单、经济、高速、实用的硬件和软件构建新一代的测试测量系统，其目的是代替已使用40年的GPIB总线。
    2009年11月，安捷伦科技有限公司、艾法斯公司和Test Evolution公司联合成立AXIe联盟，旨在开发和推广AXIe系列标准。AXIe在制定之初参考了AdvancedTCA、PXI、LXI和IVI等现有的标准，是一个以AdvancedTCA为基础的开放式标准，其目标是创建一个由元器件、模块和仪器组成的动态系统，推动通用仪器和模块化测试的发展。AXIe标准可提供最大的可扩展性，满足各种平台的需求，包括通用机架堆栈式系统、模块化系统、半导体ATE系统，以及工作台和模块化插件。

3 PXI、LXI和AXIe的比较
    PXI总线拥有较高的总线带宽，同时拥有非常低的传输延迟，这一点是其他总线所无法比拟的，同时PXI通过升级到PXI Express总线，可以实现更高的速度和更大的带宽，但是PXI总线的模块化设计限制了其向更大规模、更广局域的自动测试系统的扩展能力。
    LXI总线基于以太网，因此其扩展能力较强，但由于其采用仪器化设计，在成本上不具备优势，同时在软件开发和传输速率上有一定的局限性。
    与VXI和PXle总线技术相比，AXIe可提供更大PCB尺寸、输出功率、高效散热、高速灵活的数据通信架构，以及AdvancedTCA标准的灵活性，同时还能与AdvancedTCA标准兼容。其主要特点为面积为900 cm2的模块电路板；多达62个通道的本地总线可使相邻模块数据传输速率达到600 Gbit·s-1；低时延和高速PCI总线使仪器至计算机间的数据传输速率达到10 Gbit·s-1；行业标准和灵活的LAN通信以及可用于仪器同步的总线和径向分布式计时和触发。

4 基于AXIe总线的ATS设计
    AXIe采用分层体系结构，建立在AdvancedTCA标准(PICMG 3．0和3．4)的基础上，可提供大型PCB、LAN、PCIe和系统管理等特性。基于
AdvancedTCA的AXIe1．0标准适用于通用仪器，并添加了核心触发功能、定时功能和高速本地总线。AXIe1．0是在背板1区和2区连接器上实现上述功能的，无需指定后面板连接器或使用模块或背板3区的接口。AXIe1.0还可针对特定应用领域进行扩展设计，例如半导体测试(AXIe3.1)，并可包括关于模块后面板连接的规定。
    AXIe仪器可在典型的机架堆叠式配置中与基于现有标准PXI、LXI和IVI的仪器实现集成。例如，PXI仪器能够在机架中垂直安装并使用机架式安装、嵌入式或台式控制器。在同一机架中水平安装的AXIe模块可作为虚拟PXI或LXI仪器使用。机架中还可添加LXI综合仪器。
    基于PCIe的AXIe仪器模块可像PGIe模块一样充当控制计算机，其工作方式与PXI仪器模块相同。基于LAN的AXIe仪器模块可像网络节点一样充当控制计算机，其工作方式与LXI仪器相同。所有这些仪器均能使用符合IVI标准、可在所有应用程序开发环境中运行的驱动程序。
    基于AXIe总线的某型地面测试设备故障诊断自动测试系统硬件构成如图1所示。

    软件系统包括测试诊断平台、用户界面、数据信息管理平台及在线帮助等功能模块。测试诊断平台根据操作人员输入的诊断步骤、模拟激励、数据激励、信号类型、测试节点、仪器操作等完成测试诊断程序对被测仪器设备进行故障诊断和定位，同时提供自动监测和信息提示功能；用户界面生成诊断执行界面的显示内容，完成人机界面的交互设置；数据信息管理平台完成设备故障统计和板级故障统计分析、故障趋势分析和预测试功能，实现故障诊断测试、信息分析反馈的融合。测试软件采用LabVIEW开发。LabVIEW软件提供了对AXIe设备的良好支持，能够实现对测试数据的无缝连接。浏览界面采用测试软件构成，如图2所示。

5 自动测试系统的发展趋势
    通过PXI、LXI和AXIe等测试总线比较可以看出，对于自动测试系统来说，其最终的目的是提供高速、高度自动化、高兼容性的测试设备和程序，其发展趋势将继续沿着标准化、系列化和模块化方向发展，同时加大采用新型系统总线、高性能计算机、人工智能与专家系统等各种新技术的力度，进一步改善ATE／ATS的综合性能。同时ATS设备将向小型化、便携化和通用化方向发展。为降低成本，测控系统将大量采用COTS技术，进一步加强系统的互换性和互操作性，确保系统的先进性、成熟性、和稳定性，注重综合诊断支持系统设计思想，向故障诊断和测试一体化系统的开放式结构发展。测控总线将呈现多总线并存的特点，但是测控总线最终的结果是随着计算机技术的发展，实现总线技术的统一。