USB對測試測量用戶影響分析

2002年末，USBTMC(Universal Serial Bus Test & Measurement Class，通用串行總線測試與測量級)規(guī)范出臺。隨著USBTMC儀器上市，許多人可能對這種新協(xié)議如何影響測試測量工業(yè)產(chǎn)生疑惑。制造商如今擁有了在它們的儀器內(nèi)包含 USB的選擇。同樣，測試工程師能夠使用USB作為研制自動(dòng)測試系統(tǒng)的框架，配有IEEE-488/ GPIB、 PCI、 PXI和以太網(wǎng)。 

但是，USBTMC將震撼整個(gè)測試測量工業(yè)并且改變已有的做法嗎？

軟件是關(guān)鍵

20年前，當(dāng)GPIB是唯一可用的測試測量總線時(shí)，大多數(shù)人采用GPIB專用調(diào)用編寫測試應(yīng)用。當(dāng) 引入一條新總線時(shí)，工程師不僅得學(xué)習(xí)其特性，而且還要學(xué)習(xí)新的通信協(xié)議和編程方法。

后來，國家儀器公司與GenRad、Racal Instruments、Tektronix及Wavetek等公司在1993年創(chuàng)立了VXIplug&play Systems聯(lián)盟。1995年，VXIplug&play Systems聯(lián)盟定義了 VISA，即虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)。它賦予了測試工程師觀察儀器控制的嶄新方法。通過提煉總線之間的差異，合并總線協(xié)議，并提供統(tǒng)一的應(yīng)用編程接口(API)來與測試設(shè)備進(jìn)行通信，不用考慮通信總線，VISA改變了儀器控制和測試工業(yè)。

不再有復(fù)雜的排列

通過合并VISA技術(shù)，儀器驅(qū)動(dòng)器——專注于儀器功能性而不是儀器通信——成為與測試設(shè)備通信的方式。測試應(yīng)用不再被迫構(gòu)建儀器所接受的用于配置的復(fù)雜排列。相反，應(yīng)用有望令儀器驅(qū)動(dòng)器來配置儀器并創(chuàng)建合適的排列。由于VISA技術(shù)被應(yīng)用于儀器驅(qū)動(dòng)器，同樣的儀器驅(qū)動(dòng)器與儀器協(xié)同工作，而不用考慮通信總線。

正因?yàn)檫@些好處，VISA如今已成為儀器通信的測試測量標(biāo)準(zhǔn)。它受到所有主要儀器供應(yīng)商的支持。它還包含對所有主要儀器總線的支持，如GPIB、串行、以太網(wǎng)、USB和VXI。此外，國家儀器公司實(shí)現(xiàn)的VISA還包含對PXI儀器的支持。

符合VXIplug&play 或 IVI (可互換虛擬儀器)儀器驅(qū)動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)的儀器驅(qū)動(dòng)器通常需要將VISA作為根本的I/O傳輸來使用。1996年，國家儀器公司研制出儀器驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)令測試工程師能在線發(fā)現(xiàn)他們所需要的驅(qū)動(dòng)器，下載，然后立即將其集成到他們的應(yīng)用中。網(wǎng)上目前有面向4000多種儀器的儀器驅(qū)動(dòng)器。

獲得合適的儀器

由于VISA和儀器驅(qū)動(dòng)器，測試工程師不需要在編寫程序連接儀器時(shí)擔(dān)心使用何種總線。但有一點(diǎn)要注意。工程師需要使用合適的儀器。由于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)VISA儀器session (也稱為INSTR session)采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議通信，為了與以太網(wǎng)儀器通信，你需要使用一個(gè)符合TCP/IP儀器協(xié)議規(guī)范的儀器(也稱為VXI-11)。

一些儀器制造商采用專有的以太網(wǎng)協(xié)議與它們的儀器通信。當(dāng)心這些儀器，因?yàn)閺?fù)用通信代碼或必要時(shí)替代該儀器將很困難。同樣也需當(dāng)心USB儀器。VISA支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)USBTMC和USBTMC-USB488協(xié)議。不屬于其中一類的USB儀器編程可能與其GPIB格式的有所不同。最佳的儀器具有多總線選擇，并且遵循VISA支持的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

多總線協(xié)同 

GPIB、以太網(wǎng)和USB均為可行的總線選擇，而且每一個(gè)均有其優(yōu)缺點(diǎn)。測試工程師的艱巨任務(wù)是，對于給定的應(yīng)用，確定何種總線最好。

例如，GPIB風(fēng)行30多年；當(dāng)今超過90%的測試測量儀器提供GPIB通信選擇。這是因?yàn)?，對于大多?shù)儀器控制應(yīng)用，GPIB仍然是極好的選擇。它的首字節(jié)延遲非常低，因此包含大多數(shù)為小傳輸?shù)膬x器控制應(yīng)用在GPIB下往往比其它任何一種總線速度更快。它還有魯棒性強(qiáng)的連接頭、屏蔽良好的電纜和完全以硬件處理的協(xié)議，使高質(zhì)量的GPIB儀器能被輕而易舉地研制出來。然而，GPIB電纜可能很大，而且笨重，總吞吐量為1.5MB/s (或12Mbps)，因此大量數(shù)據(jù)傳輸可能比其它總線效率低。支持IEEE-488.1-2003非內(nèi)鎖握手協(xié)議的儀器能將速率增加到8MB/s (64Mbps)，從而使大量數(shù)據(jù)傳輸更為有效。

作為對比，USB和以太網(wǎng)的首字節(jié)延遲很高，使少量傳輸效率較低。然而，USB帶寬為480Mbps(考慮協(xié)議和總線overhead，實(shí)際約400Mbps)，在移動(dòng)大塊數(shù)據(jù)時(shí)非常有效。

此外，USB的可用性使其對儀器便攜性非常重要的桌面應(yīng)用充滿吸引力。國家儀器公司有一篇論文載于網(wǎng)站上，標(biāo)題為“儀器控制和連接內(nèi)的新型總線技術(shù)”，探討了多總線協(xié)同。

多總線測試系統(tǒng)

一個(gè)測試系統(tǒng)包含一個(gè)或多個(gè)采用GPIB、VXI、PXI、以太網(wǎng)或串行總線進(jìn)行通信的儀器。隨著更多測試測量總線問世，單總線測試系統(tǒng)將會被多總線測試系統(tǒng)所取代。多總線測試系統(tǒng)的優(yōu)勢在于它讓測試工程師將儀器連接到最匹配其特性的總線上。比如，你能利用GPIB儀器來做大部分工作，以太網(wǎng)儀器在測試系統(tǒng)間共享，USB儀器處理大量數(shù)據(jù)組。

除了這些通用的基于信息的儀器總線，你能集成基于寄存器的儀器總線，如VXI和PXI?；诩拇嫫鞯目偩€與String不通信，因此沒有分解(parsing)的費(fèi)用。

此外，這些基于寄存器的總線延遲低，帶寬大。例如PXI的延遲在亞微秒級，帶寬超過1Gbps。

幸運(yùn)的是，所有這些儀器能用采用VISA通信的儀器驅(qū)動(dòng)器來控制，不用擔(dān)心背后的協(xié)議。

因此，讓我們回到最初的問題：USBTMC將震撼整個(gè)測試測量工業(yè)，并改變常規(guī)做法嗎？

答案：不完全是。

每種總線有其優(yōu)點(diǎn)，使用何種總線應(yīng)該基于你的應(yīng)用。自從出現(xiàn)了USBTMC-USB488儀器，測試工程師如今在儀器連接性方面有了另外一個(gè)選擇，使他們只需對測試設(shè)置進(jìn)行小許改動(dòng)就能利用USB的獨(dú)特特性。然而，這僅是數(shù)年前研制出的測試系統(tǒng)的少許進(jìn)步。

由于靈活性，測試工程師應(yīng)該尋找支持多通信總線的儀器。此外，使用能與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議通信的儀器，并且有一個(gè)基于VISA的儀器驅(qū)動(dòng)器，使你具備一大優(yōu)勢，即你的代碼工作如常，不管你選擇何種總線。