LXI總線技術(shù)特點(diǎn)及其在分布式測(cè)試與診斷系統(tǒng)中的應(yīng)

圖2 分布式測(cè)試與故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 同步測(cè)試的實(shí)現(xiàn)策略

在分布式測(cè)試與故障診斷系統(tǒng)中，同步測(cè)試、同步試驗(yàn)是一個(gè)非常普遍的需求。VXI儀器可以通過(guò)背板總線觸發(fā)實(shí)現(xiàn)同步測(cè)試，但是這種方法對(duì)于同一機(jī)箱內(nèi)的模塊之間是可行的，對(duì)于不同機(jī)箱之間就難以實(shí)現(xiàn)同步。LXI儀器提供了三種同步觸發(fā)機(jī)制：網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)，IEEE－1588時(shí)鐘同步觸發(fā)和觸發(fā)總線。下面將分析這三種機(jī)制的實(shí)現(xiàn)機(jī)理并提出遠(yuǎn)程測(cè)試與故障診斷系統(tǒng)的同步實(shí)現(xiàn)策略。

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)

實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，多個(gè)LXI設(shè)備之間通過(guò)交換機(jī)或集線器連接在一起，網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)消息可以由計(jì)算機(jī)發(fā)給所有設(shè)備，或者由其中一個(gè)設(shè)備發(fā)給其它所有設(shè)備，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的觸發(fā)應(yīng)用，因?yàn)橛|發(fā)消息在網(wǎng)絡(luò)間的傳遞是采用標(biāo)準(zhǔn)UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，不需要網(wǎng)絡(luò)握手，所以網(wǎng)絡(luò)延時(shí)比采用TCP/IP協(xié)議時(shí)小的多；另外，觸發(fā)消息也可以由其中一個(gè)設(shè)備發(fā)給同一網(wǎng)段中的另一個(gè)設(shè)備，這是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的觸發(fā)方式。采用網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)是：

1) 比通過(guò)軟件觸發(fā)有更大的靈活性

2) 不需要專門(mén)的觸發(fā)線

3) 沒(méi)有距離的限制

4) LXI模塊之間可以相互協(xié)調(diào)，排除了計(jì)算機(jī)處理速度的瓶頸影響，從而減小了網(wǎng)絡(luò)延時(shí)

圖3 網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2.2 IEEE-1588 時(shí)鐘同步觸發(fā)

IEEE-1588的時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)如圖4所示。在網(wǎng)絡(luò)中選擇其中一個(gè)LXI儀器做為主時(shí)鐘儀器，其它儀器為從時(shí)鐘儀器。同步原理如圖5所示。

圖4 IEEE-1588網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步結(jié)構(gòu)圖

主時(shí)鐘向所有從時(shí)鐘發(fā)出一個(gè)同步信息包（簡(jiǎn)稱SyncMessage 信息），而且這個(gè)信息包中包含有信息發(fā)出的精確時(shí)間，假設(shè)主時(shí)鐘發(fā)出信息包的精確時(shí)間為T(mén)1。

從時(shí)鐘接收同步信息包，假設(shè)從時(shí)鐘接收到信息包的時(shí)間為T(mén)2。T2=T1-offset＋delay1，delay1為網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。

然后，從時(shí)鐘在T3時(shí)刻發(fā)出延時(shí)請(qǐng)求信息包（簡(jiǎn)稱DelayMessage）,主時(shí)鐘在T4時(shí)刻收到這個(gè)信息包。T3=t4-offsetdelay2。delay2為網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。

主時(shí)鐘最后給從時(shí)鐘發(fā)送一個(gè)延時(shí)響應(yīng)信息包（簡(jiǎn)稱DelayResp）這個(gè)信息包中含有T4這個(gè)時(shí)間。

這樣，從時(shí)鐘就已知了T1、T2、T3和T4這四個(gè)變量，假設(shè)主、從時(shí)鐘之間的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)是對(duì)等的，可以用下面的公式計(jì)算出從時(shí)鐘與主時(shí)鐘之間的偏差，從而每個(gè)從時(shí)鐘校準(zhǔn)自己的時(shí)間。

Delay=(delay1+delay2)/2

Delay=(T2-T1+T4-T3)/2

Offset=T1-T2＋delay

在上面的公式計(jì)算中，我們假設(shè)了網(wǎng)絡(luò)延時(shí)是對(duì)等的，但在實(shí)際的工程應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)不可能完全相同，所以就存在主時(shí)鐘和從時(shí)鐘之間的同步誤差，這個(gè)誤差小于100ns[3]。

圖5 1588時(shí)鐘同步的原理圖

測(cè)試系統(tǒng)利用1588時(shí)鐘同步時(shí)，觸發(fā)信號(hào)是告訴各個(gè)器件何時(shí)啟動(dòng)輸出它的信號(hào),因?yàn)槊總€(gè)器件根據(jù)指定的時(shí)間啟動(dòng)，而不是根據(jù)何時(shí)接收到以太網(wǎng)發(fā)出的命令來(lái)啟動(dòng)，所以以太網(wǎng)的開(kāi)銷或延遲時(shí)間對(duì)被觸發(fā)器件沒(méi)有影響。所以1588網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步觸發(fā)方式特別適用于分布式遠(yuǎn)距離同步數(shù)據(jù)采集等測(cè)試任務(wù)，不用單獨(dú)連接觸發(fā)電纜，且不受距離的限制。

3.2.3 LXI 觸發(fā)總線

LXI 觸發(fā)總線配置在A 級(jí)模塊,它是8線的多點(diǎn)低壓差分系統(tǒng)(M2LVDS) 總線,可將LXI 模塊配置成為觸發(fā)信號(hào)源或接收器,觸發(fā)總線接口亦可設(shè)置成“線或”邏輯。每個(gè)LXI 模塊都裝有輸入輸出連接器,可供模塊作菊形鏈接。LXI 觸發(fā)總線與VXI 和PXI的背板總線十分相似,它們可配置成串行總線或星形總線如圖6所示。這種觸發(fā)同步方法充分利用了VXI 和PXI 觸發(fā)總線的優(yōu)點(diǎn)，同步精度很高，主要取決于觸發(fā)總線的長(zhǎng)度，大約是5ns/米。適用于測(cè)試儀器相互靠得很近的應(yīng)用系統(tǒng)。

圖6 LXI觸發(fā)總線使用方法

綜上所述，網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)、IEEE-1588時(shí)鐘同步觸發(fā)和觸發(fā)總線三種方式的同步精度依次遞增。1588網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步精度小于100ns，觸發(fā)總線的同步精度是5ns/米，而網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)由于受到網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)的影響，同步誤差在毫秒級(jí)，所以在本系統(tǒng)中采用1588時(shí)鐘同步和觸發(fā)總線兩種方式相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)同步測(cè)試。如果對(duì)于某個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)需要采集多個(gè)信號(hào)，而且具有同步要求，可以將LXI模塊采用觸發(fā)總線連接起來(lái)，控制計(jì)算機(jī)只要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)其中一臺(tái)儀器工作，其它儀器都可以實(shí)現(xiàn)同步工作；在不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間可以通過(guò)IEEE-1588網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)得同步。

3.3 減小網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的方法

LXI儀器采用網(wǎng)線與測(cè)試計(jì)算機(jī)相連接，所以數(shù)據(jù)傳輸距離要比GPIB儀器和VXI儀器遠(yuǎn)的多，可以說(shuō)不受距離的限制。但是，隨之而來(lái)的問(wèn)題是測(cè)試延時(shí)的問(wèn)題，通常從計(jì)算機(jī)發(fā)出一個(gè)測(cè)試命令，到LXI儀器返回?cái)?shù)據(jù)大約需要70us的時(shí)間，最長(zhǎng)可達(dá)1ms，主要取決于網(wǎng)絡(luò)握手的速度。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求高的測(cè)試系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)下面這些手段來(lái)減小網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)對(duì)測(cè)試的影響。

1) 采用SCPI命令直接對(duì)LXI儀器進(jìn)行編程控制，可以提高速率，因?yàn)椴捎蒙蠈域?qū)動(dòng)程序時(shí)，需要將參數(shù)解析成SCPI命令。