测试总线技术的发展研究

测试总线技术的发展研究李国卿,黄金杰（西安电子工程研究所，陕西西安710100）摘要：文章介绍了测试总线技术的发展历史，比较了常用测试总线的特点、性能及适用场合。最后根据当前总线测试技术的发展趋势以及大规模集成电路的强大功能，提出了基于LXI总线技术的总线测试板卡应具有直接与LXI进行通信，以及智能芯片能自主完成智能测试或检测功能的发展新思路，使LXI总线真正成为与VXI和PXI总线具有可比性的测试总线。关键词：测试总线；VXI；PXI；LXI1引言基于测试总线的自动测试系统（ATS）在自动测试与诊断中的应用，与主要以人工或专用测试仪器进行测试相比，具有一系列优点。目前，常用的测试总线主要有GPIB、VXI、PXI和LXI等，利用不同总线和测试平台研制的自动测试系统在功能、性能和价格上有较大的差别。本文根据总线测试技术发展历程对各种测试总线的功能、特点和性能进行了总线比较，并对未来测试总线发展提出了一种设想。2测试总线发展历程简述当计算机技术进入测试与测量领域，为了简化测试系统结构，引入总线技术，并将总线技术应用于自动测试系统，使总线与测试系统融为一体，总线本身也成为测试系统的主要组成部分。采用总线结构便于仪器和设备的扩充，尤其制定了统一的总线标准则更容易使不同设备间实现互连，而测试总线技术日新月异的发展，直接影响着自动测试系统技术的发展水平。测试总线技术的发展历程如图1所示。70年代提出了GPIB总线技术。采用GPIB总线连接的仪器测试系统解决了通用测试仪器与计算机之间的互连问题，实现了测试结果的数字化和计算机信息化。80年代为解决测试设备和计算机之间通信连接影响整个测试系统性能的问题，提出了不同的测试总线技术VXI和PXI[1]。VXI和PXI背板测试总线易于产生各种同步、控制和测试所需的各种激励信号，易于同时输入和测试多路开关量信号和727781828485878990919497000405GPIBIBMPCVMEISAVXIWindowsEISAWorldwideWebPCIcPCIMCAPXIRapidIOPCI-XPCIExpressLXITRS80图1测试总线技术的发展模拟量信号，因此，基于VXI和PXI的总线测试系统的测试能力大大增强，测试范围也得到了极大的拓展，特别是大大地增强了对现代多输入多输出数字电路的测试能力。2005年推出的LXI总线，将局域网（LAN）技术应用于自动测试领域，提出了解决测试平台和测试设备之间接口总线定时、同步、控制和数据传输等问题的新方法，易于实现对分布式被测设备的测试。未来测试总线的发展趋势[1][2]将是通过互连网或专用测试网将不同空间、不同的测试系统集合于一个测试系统平台，将测试资源（包括硬件和软件）和信息昀大化利用，完成更全面更精确的测试任务。3测试总线分类测试总线按其结构功能和性质的不同，可以分为内部总线和外部总线。内部总线传输延时一般比外部总线小，且内部总线带宽一般比外部总线带宽大。但是，外部总线一般配置比较灵活，使用起来一般比内部总线方便许多。外部总线传输延时一般比较大，如果传输距离太长则必须要有严格的条件限制。而内部总线一般数据传输率高，可靠性好、同步和定时精确。例如，GPIB、USB、1394总线、LXI总线属于外部总线，VXI总线和PXI总线则属于内部总线。外部总线大多数属于串行总线，只适合数据传输和通信，而内部总线多为计算机系统总线，是并行总线，不仅能实现数据传输，还能完成同步、触发定时功能。无论测试总线是内部总线或外部总线，都无法取代彼此在测试系统中的地位。VXI和PXI内部总线与GPIB、USB、1394和LXI外部总线是不同类别的总线，因此VXI和PXI内部总线在数据处理速度上的优势并不能取代外部总线GPIB、1394和LXI在自动测试系统中接口数据传输的作用，反之亦然，他们之间是一种相互补充的关系。Agilent公司在推出LXI总线的同时，以满足测试的需要，为自己的各种测试板卡自定义了一种内部总线，目前Agilent公司尚未公布这种总线，因此，这种总线不具有开放性。一个测试系统采用何种测试总线要视测试需求而定，如果一个测试系统仅由通用测试仪器组成则可采用GPIB总线系统，大多数仪表都设有GPIB接口；如果被测设备为多路输入输出的数字电路或需要进行数字采样的测试系统通常需要将这两类总线结合起来使用，复杂的测试系统的典型组成如图2所示。图示测试系统既有内部总线，又有外部总线。4总线速度测的模拟信号，则需要采用VXI或PXI总线系统；更为复杂试总线技术的发展速度越来越快，为满足不断发展的测试应用需求，测试总线速LANswitch/routerLANController图2复杂的总线测试系统组成框图GPIBGPIB仪器GPIB仪器GPIB仪器LAN/GPIBconverterGPIBInstrumentsInstrumentsVXIPXICardcageCLASSACLASSBCLASSC智能模块智能模块ModularLXISyntheticInstrumentsLXIInstruments度和信息吞吐量正在日益提高。GPIB总线（IEEE488）从昀初的1MB/s发展到现在的8MB/s总线也由VXI1.0版本不断升级到VXI2.0及VXI3.0，速度也由40MB/s增到的速度要求也不相同。一般内部总线速度要求构和速度有关，总线同步和触发也是测试许多特定测试功能的一个关键因素。VXI和PXI为测试系统中数据采集和信息处理提供了精确的主要用于同步和时序控制。同步触发为模块间提供了非常精确的触发信号，本地时钟的时戳，根据四网LAN作为高速的外部总线接口的发展，将替代低速的测试测量接口（如IB），并可以通过互联网或局域网访问远端测试模块及仪器。设计者可以在测试统，达到向远程地点传输数据或者从远（HS488）；VXI80MB/s和160MB/s；PXI也经历了132MB/s，264MB/s和528MB/s的发展。各种常用总线的速度如表-1所示。基于LAN技术的LXI总线，虽然已成为外部总线发展趋势，但是LXI是否能很好地适应未来的测试需要，仍是测试总线技术发展所要解决的问题。内部总线与外部总线的适用场合不同，不同场合对总线表-1理论吞吐量（MB/s）总线基本速率昀高速率VXI/VME40/80160内部与被测设备（通常是电路板）的工作速度密切相关，而外部总线通常可以通过延长测试时间来降低对其速度的要求。5总线同步总线性能不仅与总线结总线528CI/CPCI132/264GPIB18外部100M/1GEthernet总线LXI10G系统实现时钟触发信号，而异步触发则对模块和外部仪器间的握手是有用的。相对于外部总线触发需要额外的同步电路，VXI和PXI不需要额外的电路就可达到同步触发的需要，且时间匹配关系大大改善。VXI和PXI还提供10MHz或100MHz系统参考时钟，用于测试系统各模块间的同步，使模块间不致有延时。但是，VXI和PXI总线在测试系统中，却不能解决不同测试系统间存在的延时问题，无法实现不同测试系统间同步测试。LXI总线技术的推出，通过以太网LAN开辟了若干不在一起的仪器同步测试的可能性。LXI网络时钟协议[3]（IEEE1588）通过时间设置，解决各组网测试仪器的同步和控制问题，并符合高速数据传输的定时和相位关系。通过硬件给测量事件加上个时戳（同步和确认消息的发送和接收），测试被触发设备消息经过时间及相对主设备时钟的偏移，并限制消息经过时间变化的影响，使测试仪器相隔很远时实现同步成为可能。但是，作者认为无论采取何种措施LXI总线所能实现不同空间测试系统间的同步测试实际上只能是实现了同时测试，不能实现数字电路中同步触发脉冲触发下的真正意义上的同步测试。6基于LXI总线的测试系统的发展设想LXI采用以太GP与测量系统中直接接入基于以太网LAN的测试系程地得测试系统通常仍需要由两类（或两级）总线构成。目前集成电VXI或PXI等机箱的限制，还使得LAN总线成内部总线和外部总线两大类，昀新提出的LXI总线本质上仍属于外部总线。利用大规模大功能研制出具有LXI外部总线，而没有内部总线的各种功能的智能测试板卡VXI和PXI总线技术的应用及其发展前景[J]．工业控制计算机，2002，15(11):11-12．[2]善，等．基于局域网的自动测试设备(ATE)组建技术[J]．计算机测量与控制，2006，14(1):1－4．[3]黄云水，冯玉光．IEEE1588精密时钟同步分析[J]．国外电子测量技术，2005，24(9):9-12．LAN图3一种新的总线测试系统点接收命令的目的。LXI总线虽然速度快，具有网络化的特点，但却属于外部总线。只能适用于仪器间或VXI、PXI或其它内部总线构成的测试平台间的连接，不能深入到由内部总线构成的测试平台内的板卡中，从而使路具有规模大，速度快，可编程，智能化，价格低的优势，在一块正常尺寸的数字电路板上可以设计上一个完整的计算机系统，或者任何一块普通的数字电路板都可以具有智能控制和可编程的特点。因此，我们可以设想所有基于内部背板总线的板卡都可以设计成自身具有智能功能的智能板卡，该智能板卡不设内部总线，只有与主控计算机打交道的LAN总线，其完成的功能和与被测件的接口则与目前VXI、PXI机箱的各种板卡完全相同；拥有相同的硬件电路的同一智能板卡，在不改变其硬件电路的条件上，通过改变编程软件内容使该智能板卡实现不同的功能和用途，从而一种通用的智能板卡便可以代替原来VXI、PXI和LXI测试系统中几种不同功能的模块，达到减少测试系统硬件组成的目的。例如，某一种智能板卡可以通过软件编程既可以实现I/O功能，也可以实现串行通信接口功能或开关矩阵功能等。从而利用这样的一些智能板卡可以组成各种测试平台，如图3所示，以替代VXI、PXI和LXI自定义内部总线测试平台，为了实现智能板卡间的同步测试的需要，智能板卡间还应有同步脉冲接口，以实现板卡间的同步工作。这种测试系统不仅可以实现VXI、PXI或LXI自定义内部总线所构成的内部总线，系统组成更加灵活，规模也不受为从外到内的真正意义上的测试总线。7结束语本文对不同测试总线的特点、性能和适用场合进行了分析与研究，将测试总线分为LANLAN测试平台的功能，而且不再需要VME，PCI等集成电路的强取代VXI、PXI或LXI自定义内部总线的相应功能模块，将可能成为未来测试总线技术的发展方向。参考文献[1]奚全生，李鸿飞．李行具有PXI总线功能的智能板卡具有VXI总线功能的智能板卡智能板卡自定义内部总线功能的智能板卡智能板卡具有测试仪器功能的智能板卡