LXI虎視眈眈下的儀器總線格局

    開(kāi)放式儀器總線已經(jīng)普遍應(yīng)用到測(cè)試儀器中，而總線格局正醞釀著翻天覆地的變化，這一切也許是源于LXI總線接口技術(shù)的快速普及。近日，備受關(guān)注的LXI產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在北京召開(kāi)了高峰論壇，共同探討LXI總線的未來(lái)發(fā)展。與此同時(shí)，這也是邀請(qǐng)中國(guó)企業(yè)加入LXI聯(lián)盟的一個(gè)重要信號(hào)，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有包括北京航天測(cè)控等3家企業(yè)正式加入LXI聯(lián)盟。

    在LXI標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)僅僅數(shù)年的時(shí)間里，已經(jīng)引發(fā)了儀器總線行業(yè)的高度關(guān)注和參與。目前已經(jīng)有53個(gè)公司加入成立不足3年的LXI聯(lián)盟，總共推出超過(guò)300種支持LXI的儀器產(chǎn)品，這些產(chǎn)品僅2007上半年的累計(jì)銷售額超過(guò)1億美元。更為重要的是，除了LXI最重要的發(fā)起者安捷倫之外，多家業(yè)內(nèi)知名企業(yè)已經(jīng)明確表態(tài)，他們的絕大部分新產(chǎn)品將支持LXI，對(duì)于其他標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)LXI確實(shí)來(lái)勢(shì)洶洶。

    我們不妨回顧一下LXI與其他總線技術(shù)的簡(jiǎn)單發(fā)展，也許更能清楚其對(duì)整個(gè)測(cè)量?jī)x器接口總線市場(chǎng)的沖擊。自1966-2006年的40年間，電子測(cè)量?jī)x器業(yè)前后有4種開(kāi)放式儀器總線或接口得到認(rèn)同，它們是GPIB（IEEE488）、VXI（IEEE1515）、PXI 和 LXI ，前兩種是獲得 IEEE 認(rèn)證的國(guó)際級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，后兩種是業(yè)界的事實(shí)上標(biāo)準(zhǔn)。 GPIB 由惠普公司單獨(dú)開(kāi)發(fā)，當(dāng)時(shí)集成電路只有小規(guī)模芯片，PC 電腦還未問(wèn)世，測(cè)量?jī)x器大部分是臺(tái)式和機(jī)架式產(chǎn)品，GPIB 作為程控儀器總線實(shí)在是非常前衛(wèi)的構(gòu)思。即使 GPIB 總線推出至今40年，大部分臺(tái)式儀器己經(jīng)變成內(nèi)嵌有微處理器智能儀器，GPIB仍然繼續(xù)發(fā)揮它的作用。VXI和 PCI分別是在1980年代和1990年代出現(xiàn)了PC 電腦、虛擬儀器之后，將 PC 電腦的外設(shè)總線擴(kuò)充成為模塊儀器總線的成功產(chǎn)品，VXI總線構(gòu)建在 VME外設(shè)總線基礎(chǔ)上，PXI構(gòu)建在 PCI 外設(shè)總線基礎(chǔ)上。VXI 采用籠式機(jī)箱、3種模塊尺寸、即插即用驅(qū)動(dòng)器、快速時(shí)鐘總線、虛擬儀器接口、虛擬面板、標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)句等都是不錯(cuò)的擴(kuò)展。可惜 VXI 主要針對(duì)國(guó)防軍事用戶，成本較高，適合高檔儀器而不易普及到更廣泛的民用儀器。國(guó)家儀器公司吸收了GPIB和VXI的優(yōu)點(diǎn)，采用傳輸速率更高的PCI總線、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本、擴(kuò)大應(yīng)用。除 RF 頻段以外，當(dāng)前 PXI 模塊儀器開(kāi)始取代 VXI 而成為模塊儀器的業(yè)界事實(shí)上標(biāo)準(zhǔn)。 
          
    很明顯，已經(jīng)存在了30多年的GPIB固然得到了全世界的認(rèn)同，但已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)新的測(cè)量?jī)x器的數(shù)據(jù)傳輸需求，電纜價(jià)格高而且速度緩慢，于是進(jìn)入新世紀(jì)，曾經(jīng)作為GPIB和VXI主要供應(yīng)商的安捷倫開(kāi)始從VXI總線模件儀器市場(chǎng)淡出，并出售VXI儀器產(chǎn)品線，轉(zhuǎn)而開(kāi)發(fā)一種可替代 GPIB程控儀器總線，但性價(jià)比更高，壽命超過(guò)25年的下一代軍民兩用開(kāi)放式儀器總線。安捷倫放棄 VXI 、PXI 的傳統(tǒng)做法，不再選用 PC 外設(shè)總線擴(kuò)充作為儀器總線，而選用性能不斷提高，預(yù)期具有更長(zhǎng)壽命的以太網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)，擴(kuò)展成為 LXI 儀器接口總線。 

    從 LXI 標(biāo)準(zhǔn) 1.0可知，LXI 完全保留以太網(wǎng)的高速串行傳輸特點(diǎn)，電纜、連接器、集線器、網(wǎng)關(guān)的規(guī)格不變。在此基礎(chǔ)上增加儀器網(wǎng)頁(yè)和虛擬面板，構(gòu)成最簡(jiǎn)單的 LXI C類模塊儀器，亦即 LXI 兼容儀器。測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)往往需要時(shí)鐘定時(shí)和同步，LXI 標(biāo)準(zhǔn)在 A類模塊基礎(chǔ)上引入 IEEE1588 網(wǎng)絡(luò)定時(shí)同步協(xié)議，使入網(wǎng)模塊儀器獲得 1us 級(jí)的同步偏差，構(gòu)成 LXI B類模塊儀器。在 B類模塊基礎(chǔ)上增加硬件的定時(shí)同步總線，使入網(wǎng)模塊達(dá)到 10 ns 級(jí)的同步偏差，構(gòu)成最高級(jí)的 LXI A類模塊儀器。目前，LXI接口采用多芯銅纜的最高串行傳輸速率是每秒1000Mb。從 LXI 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)構(gòu)思可見(jiàn)，LXI 的 3類模塊從低到高將不同標(biāo)準(zhǔn)的儀器廣泛地納入 LXI 測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)。只要裝有以太網(wǎng)接口, 各種 GPIB 、VXI 和 PXI 儀器都可通過(guò)軟件升級(jí)成為 LXI C類或 B類儀器，對(duì)于小部分要求 10 ns 級(jí)同步偏差的數(shù)字儀器，才需要使用硬件觸發(fā)同步。與在 PC 外設(shè)總線基礎(chǔ)上擴(kuò)充的 VXI 和 PXI 總線不同，LXI 接口避免使用增加時(shí)鐘線、本地觸發(fā)線達(dá)到時(shí)間同步的單一辦法，分成 A、B、C、三類不同級(jí)別的模塊, 顯得更加合理。LXI充分利用以太網(wǎng)的高速串行傳輸資源，盡量使用軟件擴(kuò)展，少用硬件擴(kuò)展的辦法，使組網(wǎng)成本降低。

    對(duì)于LXI來(lái)說(shuō)，推廣的最大優(yōu)勢(shì)在于GPIB在儀器行業(yè)的廣泛應(yīng)用所打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。幾乎所有儀器上都曾經(jīng)或正在采用GPIB接口，而LXI可以完全兼容GPIB，并且只需要把軟件中的GPIB地址轉(zhuǎn)換為通用的IP地址即可實(shí)現(xiàn)在LXI儀器上的無(wú)縫平移，從而實(shí)現(xiàn)LXI所提供的速度優(yōu)勢(shì)、時(shí)間觸發(fā)和軟硬件觸發(fā)等多種優(yōu)勢(shì)?？梢哉f(shuō)，LXI已經(jīng)成為GPIB最完美的替代者。

    如果我們只是簡(jiǎn)單的把LXI看作是GPIB的替代者未免過(guò)于低估了LXI的實(shí)力。LXI接口總線在一定程度上博采了 GPIB 、VXI、PXI  的長(zhǎng)處，避開(kāi)它們的短處，幾乎是承先啟后、兼容并蓄，僅從安捷倫為了LXI放棄VXI的舉動(dòng)足以證明其對(duì)LXI的期許，不僅如此，1年半的時(shí)間就推出了30多款LXI儀器產(chǎn)品足以證明其決心。更為重要的是，LXI是伴隨著以太網(wǎng)的擴(kuò)展而不斷演進(jìn)的，隨著10Gbit/s以太網(wǎng)的發(fā)展，以太網(wǎng)架構(gòu)可以向下兼容。這樣LXI完全可以通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全球接入、使用方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的開(kāi)放式儀器接口，無(wú)疑這是LXI最大的商機(jī)和意義。

    當(dāng)然，現(xiàn)在斷言LXI將取代VXI、PXI還為時(shí)過(guò)早，畢竟LXI不是模塊化結(jié)構(gòu)，雖然不需要0槽和1槽控制器簡(jiǎn)化了架構(gòu)，但無(wú)疑再在傳輸速度和安全方面都還不及兩位前輩。不過(guò)LXI一個(gè)很重要的功能就是可以支持與VXI、PXI產(chǎn)品的和諧共同工作，這無(wú)疑加大了LXI普及的砝碼，也許當(dāng)VXI、PXI驀然發(fā)現(xiàn)已經(jīng)被LXI包圍之時(shí)，才是LXI真正成功之日。