LXI 1.0 规范简介

　　2005 年9 月26 日。由众多领先的测试和测量仪器供应商和用户组成的一个联盟发布了测试系统的一项新标准: LXI(LAN eXtensions for Instrumentation)。一年前建立的LXI联盟致力于增加系统速度、降低系统成本、减小系统尺寸、缩短系统设置时间，以及改进软件的通用性。它把 Ethernet(IEEE 802.3)作为主要通信媒介; 并借用计算机行业已获得的众多成果。利用现有Ethernet 标准、Internet 工具、LAN 协议、IEC物理尺寸和IVI 驱动程序的各方优点，从而使测试系统的互连平台了转向更高速的PC 标准的IO，而不需要机箱和昂贵的电缆，并可使用标准的软件。联盟找到了能比计算机背板持续远久的体系结构。这一正在创建的体系结构建造在久经证明的工业标准上，使他们能够借用大量已成熟的技术，保证测试系统开发者拥有长期可行的解决方案。
　　LXI 标准包括如下部分:
　　　·3 类LXI (A, B, C 类)
　　　·物理结构要求
　　　·LAN 规范
　　　·LAN 配置
　　　·LAN 发现
　　　·可编程接口
　　　·网络接口
　　　·模块 — 模块的通信
　　　·基于LAN 触发
　　　·硬件触发
　　　·安全
　　　·文档
　　　·许可
　　　·符合性
　　LXI 标准围绕四个主要方面 — 物理要求、Ethernet 协议、LXI 接口和LXI 触发。标准是这些要求项目的组合，有些是推荐性的，少数是过渡期允许的。本文讲述这些要求和推荐; 其中有些是长期有效的。
LXI 仪器有哪三种类型?
　　C 类LXI 设备是基本类型。所有各类型都需满足这些要求。C 类设备必须符合物理要求，Ethernet 协议和LXI 接口标准。
　　B类LXI 设备除C类要求外， 还要加上基于LAN的触发和IEEE 1588 定时同步协议。A 类LXI 设备除C类和B 类要求外， 再加上硬件触发总线。
LXI 采用何种结构形式?
　　所设计的LXI 具有无限的灵活性。标准适应带有前面板的台式仪器，能容易放在机架中的无面板模块，以及可放在夹具中，挂在墙上，或附在某些设备上的小型装置。与VXI和PXI受限于特定模块尺寸不同，LXI的尺寸能完全符合应用的需要。
　　对于那些打算装在测试架上的仪器，LXI 规范推荐仪器尺寸遵从IEC 规范，即采用全机架或半机架尺寸宽度，高度为若干机架单位高度的整倍数(一个机架高度单位 = 1.75")。IEC 规范覆盖的半机架宽度仪器为2U (机架高度单位)或更高。LXI联盟已定义新的1U、1/2机架宽度的模块，预期这是对测试系统建造者很有吸引力的尺寸。这些模块有提供高质量仪器所需的足够印制电路板空间，也能很好放在标准机架中 —而不需要机箱。
　　LXI 模块不同于VXI 和PXI，因为它们是自封装的。LXI模块提供自己的电源、冷却、触发、EMI 屏蔽和 Ethernet 通信。它可用世界各地的交流电源供电(100Vac-240Vac 和 47-66Hz)，也可使用隔离48V 作直流供电。并且允许Ethernet供电。冷却应让气流前进(或侧进)后出地通过模块，因此模块可以叠放而不会造成性能降级。每一模块都必须符合所在地区的EMI规范。LXI 装置必须有遵从Ethernet IEEE 802.3 规则的LAN端口。标准为各附件推荐了特定的物理位置，包括电源线(后板右方)、电源开关(后板右下方)、Ethernet 连接器(后板电源左方)、LAN复位开关(后板凹入处)、触发总线电缆(后板最右方)、信号出_入模块(前板)和LAN/电源/IEEE 1588指示器(前板左方)。对于带前面板的LXI仪器，LAN/电源/IEEE1588 指示器可在显示器上示出，对于在前面有键盘的装置，LAN 复位开关可由其键盘实现。
LXI 对Ethernet 有何要求?
　　所有LXI 必须实现IEEE 802.3 Ethernet 标准接口(推荐RJ-45 连接器)。它们必须至少使用TCP/IP 协议IPv4 版，支持IP(Internet 协议)、TCP (传输控制协议) 和UDP信息。LXI标准推荐Gigabit Ethernet(虽然也允许10 和100 Megabit LAN)。它使用自动握手，因此网络上的装置默认一个公共速度。装置必须实现Auto-MDIX (自动感知 LAN 电缆极性)，在过渡期间，装置上可放置说明支持电缆极性的标记。
　　在寻址方面，每一LXI必须有一个不可改变的MAC地址，以及可通过DHCP(动态主机配置协议)、自动IP 和手动IP 改变的IP(Internet 协议)地址。LXI 装置支持动态主名注册，此时装置IP地址由网络主机映射到多个用户友好名称。这一寻址规则保证了 LXI 仪器在网络中的共存，而不要求用户作许多工作。
　　LXI 设备也必须实现VXI-11 LAN 发现，因此能容易地网络上被识别。LXI联盟为标准的未来版本关注着其它可能的发现机制(如通用的即插即用)。LXI设备至少要响应 "IDN?" 命令，返送回它的识别信息。
LXI 仪器的界面
　　LXI标准描述了两种LXI设备界面的方法 — 使用IVI驱动程序的编程方法，或是使用标准W3C网络浏览器的交互方法。
　　可编程LXI仪器必须支持IVI驱动程序(IVI-COM或IVI-C)。IVI-COM 驱动程序与所有现代程序语言(如 Microsoft Suite)一道工作，而IVI-C 驱动程序则与在LabWindows CVI 中支持的较老ANSI-C语言一道工作。LXI联盟看到支持标准驱动程序接口的好处，这是减少LXI 仪器编程工作量的好方法。
　　交互LXI 仪器必须提供一个能由任何标准网络浏览器观看的HTML 网页。该网页必须至少显示如下信息。
　　　·仪器型号 #
　　　·制造商
　　　·序列号
　　　·描述
　　　·仪器类型(A, B, C 类)
　　　·LXI 版本
　　　·主名
　　　·MAC 地址
　　　·TCP/IP 地址
　　　·固件或软件版本#
　　　·IEEE 1588 时间(仅 A 类和 B 类)
　　图3是包括主要信息的Agilent N6700B模块化电源仪器主页例子。
　　通过仪器的网页，LXI 设备也必须支持如下用户配置。
　　　·主名
　　　·描述
　　　·包括IP地址、子网、默认网关和DNS服务器的TCP/IP 配置
　　　·状态和错误条件(推荐)
　　　·网页口令保护(推荐)
　　图 4 是Agilent 34980A 开关/ 测量矩阵开关插入模块的例子，可看到如何在该网页中通过点击鼠标断开/ 接通开关。注意仪器的监视和控制是另增的功能特性，而非 LXI 标准所要求。
LXI 有哪些其它体系结构中没有的新特性?
　　LXI触发是LXI标准的一大贡献，它把Ethernet通信、时间同步中的新标准(IEEE 1588)和采用VXI背板触发总线最好地结合到一起。
　　LXI C 类(包括LAN 协议标准、发现、寻址和驱动程序)对触发没有特殊要求。它允许特定厂商的硬件触发或LAN触发(如A 类和B 类中的一项要求)LXI B类设备需要LAN触发和IEEE 1588时间同步协议。
　　LAN触发是在LAN上发送的信息，它或是发送到特定仪器点
对点)，或是播送到所有仪器(组播)。点对点触发提供过去体系结构所不可能具备的灵活性，因为在使用LXI 协议时，触发可由任何LXI设备发起，并发送到任何其它LXI设备。组播触发类似于GPIB 上的群触发，但这里LXI 装置是在LAN 上向所有其它装置发送消息。那些设备通过编程采取响应行动。
　　点对点和组播消息已是Ethernet 标准的组成部份，但LXI 实现了在LXI 系统中实现专门用于触发装置和仪器的协议。
　　LXI B 类设备增加一种新的触发类型，即IEEE 1588 时间同步协议。每一个B 类设备都包含一个内部时钟和IEEE 1588协议软件(为实现非常精确的同步，装置也可包含一片帮助IEEE 1588 信息绕过常规TCP/IP 栈的FPGA)。在IEEE 1588 系统中，B 类LXI 设备把它们的时钟与一个公共意义上的时间(网络中最精确的时钟)相同步。通过对时钟的同步，LXI 仪器就能在规定时间开始(或停止)测量/ 激励，同步它们的测量或输出信号，而不需要触发线，并为所有事件和数据加时戳。该协议既适用于在测试架上的多台仪器，也适用于相距甚远的设备。
　　根据内部时钟的精度，LXI B 类仪器预期能达到低于100ns 的抖动。Agilent 实验室(这项技术的发明者)已展示了约2ns 的抖动，并正为未来更好的精度而工作。IEEE 1588为使用没有外部接线的基于时间的和时间同步的测量开辟了新的可能性。IEEE 1588 与LAN触发的结合为仪器测试中不需要实时计算机的信息传递和同步开辟了新纪元。这些可能性现在还只是设想。LXI B 类仪器也必须遵从C 类标准。
　　LXI A类设备增加了另一种触发，即触发总线。这是8通道的M- LVDS(多点低压差分信号)硬件总线，它能以菊花链方式连接相距很近的多台仪器，也可作星形配置或两者的组合。该触发总线以标准方式提供仪器间非常低反应时间的信号(约每米3ns)。A 类装置也必须符合对B 类(IEEE 1588)和C 类(LAN 协议)设备的要求。
在测试行业扮演何种角色?
　　LXI 是GPIB仪器合乎逻辑的替代者。虽然GPIB已在行业内很好工作了35 年，但许多其它接口已超过了它的速度。计算机行业执着地坚持Ethernet，在时间上(它的发明在GPIB前)和能力上都超过了GPIB。点对点和组播消息，以及在速度(铜缆上的10 Gigabit LAN)和灵活性(光纤和无线实现)上的发展; LAN成为未来仪器合乎逻辑的选择。预期LXI仪器会广泛用于当前GPIB 的使用领域，包括电信、宇航/ 国防、汽车、工业部门、医学、消费电子产品和半导体。
　　VXI 仪器在军事和通道密度至关重要的高点数数据采集应用中将继续扮演重要角色。PXI无疑还会是VXI低点数和低价替代，它适合要求小和便携式解决方案的应用。但它们在卡箱式体系结构上的约束会使主要测试和测量制造商转向LXI(见LXI 联盟成员名录)。USB 仪器则适用于需要偶尔连接到PC 的低价台式仪器。
LXI 将会用于哪些其它应用?
　　工业控制和远程数据采集将是LXI 除电气测试外的两个非常有潜力的市场。它们包括污水处理厂、泵站、水电站、风力发电农场、气象站、HVAC系统和过程控制的监视和控制。
　　这些应用需要在很远的地方收集数据，使用LXI B类装置的时戳和时间同步。IEEE 1588已成为工业自动化和机器人的重要部分; LXI 可能成为这些装置内控制系统合乎逻辑的下一步。
LXI 仪器将何时现身?
　　几家仪器制造商(包括Agilent, VXI Technologies, Rohde & Schwarz, Pickering Interfaces, Elgar Electronics)已宣布了各自LXI 产品战略。安捷伦公司已经推出了几十种LXI 的仪器，其中包括高性能数字万用表、系统电源、开关和测量系统、脉冲/ 码型信号发生器、功率计、信号源、上/ 下变频器、中频数字化仪、任意波形发生器等等， 已经开始交付用户。 许多其它厂商也在积极准备。联盟估计所有主要制造商会在一年内发布他们的产品，包括LXI 兼容仪器的整个产品家族。