王明琨+++梁東晨+++黃德雨

摘 要：文章根據(jù)無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試實(shí)際需求，為了實(shí)現(xiàn)智能化與自動(dòng)化的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試，設(shè)計(jì)了基于LXI（LAN eXtensions for Instrument）的測(cè)試系統(tǒng)。分析LXI總線測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，特別是三種不同的同步實(shí)現(xiàn)策略可以適用于不同的測(cè)試環(huán)境。最后，構(gòu)建的分布式測(cè)試系統(tǒng)是以LXI為主，VXI和GPIB等其它總線為輔的混合體系結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)配置簡(jiǎn)化，測(cè)試資源得到節(jié)約，系統(tǒng)的靈活性增強(qiáng)，可行性進(jìn)一步提高。

關(guān)鍵詞：測(cè)試系統(tǒng)；LXI；總線

引言

某型無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)采用臨退役的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，作為無(wú)人機(jī)的核心設(shè)備，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)直接影響到無(wú)人機(jī)能否安全地滑跑放飛和可靠地飛行[1]。研制針對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)自動(dòng)化智能測(cè)試系統(tǒng)，一方面實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試自動(dòng)化與智能化，提高測(cè)試精度和工作效率，另一方面減少安全隱患，提高放飛成功率。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展推動(dòng)著測(cè)量?jī)x器朝著數(shù)字化和智能化方向發(fā)展，而采用智能儀器構(gòu)建大型測(cè)試系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)就是總線技術(shù)。

1 LXI總線測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)

由于科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是電子技術(shù)以及科學(xué)計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域發(fā)生了很大的變化。原有的儀器系統(tǒng)所具有的獨(dú)立與局部控制性能變得越來(lái)越不適應(yīng)，于是，提出了基于總線技術(shù)的測(cè)試技術(shù)。

總線連接普遍存在于一塊插件板的各芯片之間、一個(gè)系統(tǒng)的各模板之間、大規(guī)模集成電路內(nèi)各部分之間以及系統(tǒng)和系統(tǒng)之間。GPIB總線自1974年出現(xiàn)以來(lái)，VXI總線出現(xiàn)于1987年，1997年出現(xiàn)了PXI總線，在工業(yè)、航空航天、軍事的測(cè)試領(lǐng)域中總線技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越多，作用發(fā)揮越來(lái)越重要，在越來(lái)越廣的范圍被應(yīng)用。

安捷倫科技公司和VXI科技公司于2004年9月聯(lián)合成立國(guó)際LXI聯(lián)盟，基于LAN的儀器總線標(biāo)準(zhǔn)——LXI（LAN eXtensions for Instrumentation）被推出，標(biāo)志著總線發(fā)展上了一個(gè)新的臺(tái)階。LXI規(guī)范1.0版本在2005年9月底被LXI聯(lián)盟正式發(fā)布。LXI規(guī)范1.1版本在2006年8月又被LXI聯(lián)盟推出。1.1版本主要是對(duì)1.0版本中混合系統(tǒng)的構(gòu)建方法進(jìn)行了補(bǔ)充。LXI 1.2版本在2007年10月被推出，主要目的是改進(jìn)了原有規(guī)范中的發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證機(jī)制。

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

PXI、VXI等插卡式儀器，GPIB儀器廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)在的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，構(gòu)建以LXI為主要標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試模塊與測(cè)量?jī)x器[2]，可以更好地節(jié)省資源，如圖1所示。所有的LXI單元都支持開放的TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)和IEEE 8023，加上以IVI-COM驅(qū)動(dòng)器、Web瀏覽器和標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架為基礎(chǔ)，能夠構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一的應(yīng)用方式，更利于用戶使用。

圖1 LXI總線測(cè)試系統(tǒng)

LXI標(biāo)準(zhǔn)的功能屬性，主要有三種[3]：（1）使用IEEE 1588標(biāo)準(zhǔn)接口的觸發(fā)設(shè)備，其模塊具有動(dòng)作時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)化，且觸發(fā)事件能經(jīng)LAN接口發(fā)出；（2）LAN接口的標(biāo)準(zhǔn)化，提供了編程控制和WEB的接口，支持主從操作和對(duì)等操作；（3）基于LVDS電器接口的物理線觸發(fā)系統(tǒng)，它實(shí)現(xiàn)了互連模塊有線接口轉(zhuǎn)化。根據(jù)不同的觸發(fā)精度和功能屬性的儀器，LXI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了A、B、C三種儀器功能類。

C類是基本類型，其LXI設(shè)備的要求是提供符合LXI標(biāo)準(zhǔn)的Web接口和LAN，屬性具有尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和價(jià)格低。該類設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前GPIB系統(tǒng)的最基本能力。

B類LXI設(shè)備除了具有C類設(shè)備的一切能力外，增加了支持IEEE 1588網(wǎng)絡(luò)的同步標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備執(zhí)行與GPIB等效的觸發(fā)功能通過(guò)IEEE 1588接口實(shí)現(xiàn)，更重要的是可以得到定時(shí)精度相同或更高。

A類LXI設(shè)備除了具有B類設(shè)備的一切功能外，增加了物理線觸發(fā)接口。支持設(shè)備間觸發(fā)事件的標(biāo)準(zhǔn)能力是通過(guò)線觸發(fā)實(shí)現(xiàn)的。由于電纜和儀器設(shè)計(jì)的物理限制決定了定時(shí)精度，該硬件觸發(fā)功能與機(jī)箱中模塊儀器的背板觸發(fā)完全相等效。

1.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

LXI是一種新一代平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的模塊化，適用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，它基于以太網(wǎng)技術(shù)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為適用于儀器系統(tǒng)需要，增加了命令、語(yǔ)言、規(guī)范、協(xié)議等內(nèi)容，把以太網(wǎng)的高速吞吐率、VXI/PXI插卡式儀器的緊湊靈活和GPIB儀器的高性能進(jìn)行了融合，把冷卻、定時(shí)、電磁兼容、觸發(fā)等儀器要求進(jìn)行了考慮。

LXI儀器具備與傳統(tǒng)的測(cè)試儀器（VXI、PXI）相比，以下特點(diǎn)[4]：（1）已開發(fā)的核心技術(shù)有利于保留使用，方便功能改進(jìn)和升級(jí)比較；（2）老的平臺(tái)可以與其融合，安裝在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架上；（3）可以無(wú)需編程和其他虛擬面板，直接在網(wǎng)絡(luò)界面進(jìn)行操作；（4）與LAN相連的LXI模塊可以服務(wù)于不同的測(cè)試項(xiàng)目，同時(shí)采取分時(shí)方式工作；（5）在分布式測(cè)試方式下，功能強(qiáng)大、價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的LXI模塊，可以發(fā)揮測(cè)試系統(tǒng)中各模塊的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，提供多個(gè)測(cè)試項(xiàng)目共享，降低成本，提高模塊的利用率；（6）把模塊在世界任何地方進(jìn)行分布，實(shí)現(xiàn)在任何地方進(jìn)行訪問(wèn)；（7）不需要0槽控制器和專用的機(jī)箱，集成化的模塊更為方便使用；（8）LXI平臺(tái)具有周期長(zhǎng)的生命，保證了用戶投資。用戶由于從開發(fā)生產(chǎn)部門長(zhǎng)期獲得技術(shù)支持，不必?fù)?dān)心技術(shù)過(guò)時(shí)而被淘汰；（9）更為方便的連接和使用，進(jìn)行系統(tǒng)編程時(shí)也可以利用通用的軟件；（10）故障診斷和校準(zhǔn)計(jì)量的實(shí)現(xiàn)非常容易；（11）既有模塊化特點(diǎn)，又能單獨(dú)使用，靈活性強(qiáng)，可以組建功能強(qiáng)大復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng)；（12）改變測(cè)試項(xiàng)目時(shí)，不必改變LXI在LAN上的連接，測(cè)試系統(tǒng)的組建時(shí)間可以縮短。

2 構(gòu)建以LXI總線為主的分布式測(cè)試系統(tǒng)

2.1 分布式測(cè)試系統(tǒng)概述

分布式測(cè)試系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、傳感器技術(shù)等相關(guān)理論和技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的過(guò)程。分布式測(cè)試系統(tǒng)是指通過(guò)局域網(wǎng)和Internet，把分布于各測(cè)點(diǎn)、獨(dú)立完成特定功能的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量用計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，以達(dá)到負(fù)載均衡、測(cè)量資源共享、分散操作、集中管理、協(xié)同工作、測(cè)量過(guò)程監(jiān)控和設(shè)備診斷等目的的計(jì)算機(jī)測(cè)量網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。endprint

當(dāng)前，在分布式測(cè)試系統(tǒng)中常采用有限排隊(duì)延遲的、具有確定的專用實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)。這些總線雖然實(shí)時(shí)性問(wèn)題較好地被解決，但是它們有各自適用的領(lǐng)域和優(yōu)點(diǎn)，不僅是昂貴的價(jià)格，而且由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)等原因，其通訊尚未統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在各種現(xiàn)場(chǎng)總線之間互連互通還不能真正實(shí)現(xiàn)，這都阻礙了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用和推廣。此外，現(xiàn)場(chǎng)總線還存在不盡人意的傳輸速率，如FF，其高速總線H2的傳輸速度為1Mbps，或2.5Mbps，低速總線H1的傳輸速度只為31.25kbps，這樣的傳速率在特定的實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合仍很難滿足要求。

Ethernet技術(shù)在IEEE等標(biāo)準(zhǔn)化組織支持下，與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)相反，得到了迅速發(fā)展，從開始的10Mbps Ethernet，過(guò)渡到100Mbps快速Ethernet和交換Ethernet，甚至發(fā)展到光纖Ethernet和千兆Ethernet。Ethernet以其成本低廉、通信速率高和資源共享能力強(qiáng)等特點(diǎn)得到市場(chǎng)廣泛的支持，是非常經(jīng)濟(jì)的、有效的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。如果，現(xiàn)場(chǎng)總線被Ethernet代替，分布式測(cè)試系統(tǒng)的集成更易于實(shí)現(xiàn)。因此，基于Ethernet的分布式測(cè)試系統(tǒng)的通信平臺(tái)己成為一種發(fā)展趨勢(shì)。

2.2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

在發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試中，需要測(cè)試的項(xiàng)目很多，如全程加速時(shí)間、半程加速時(shí)間、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、排氣溫度、副油道壓力等，監(jiān)測(cè)點(diǎn)也不集中而且比較多；在這樣的測(cè)試環(huán)境里，必須舍棄集中式的測(cè)試系統(tǒng)，采用分布式的測(cè)試系統(tǒng)。

綜合總線現(xiàn)狀，構(gòu)建的混合總線體系結(jié)構(gòu)是采用以LXI為主、VXI和GPIB等其它總線為輔，主要如圖1所示。在大多數(shù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用LXI設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量和控制，各個(gè)LXI設(shè)備直接與網(wǎng)絡(luò)連接，因?yàn)槊總€(gè)LXI設(shè)備攜帶自己的處理器，所以不需要終端計(jì)算機(jī)設(shè)置在監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)處。對(duì)于無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)，結(jié)合相對(duì)成熟的GPIB或VXI總線系統(tǒng)，可以節(jié)約成本，而且這些系統(tǒng)可以與LXI總線系統(tǒng)相接。由于很多儀器供應(yīng)商支持網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牧悴劭刂破鳎⑻峁┝薒AN與GPIB的轉(zhuǎn)換器，這為已有的VXI、GPIB和PXI測(cè)試系統(tǒng)可接入到整個(gè)LXI網(wǎng)絡(luò)中提供了條件。綜合以上所述，使用LXI總線技術(shù)可以構(gòu)建資源節(jié)約、配置簡(jiǎn)化、高靈活性的系統(tǒng)。

2.3 同步測(cè)試

只有解決了儀器設(shè)備間的同步工作和數(shù)據(jù)間的時(shí)間對(duì)應(yīng)問(wèn)題，才能保證測(cè)試結(jié)果的有效性和正確性，LXI總線技術(shù)提供的三種同步觸發(fā)機(jī)制：硬件總線觸發(fā)、網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)和IEEE 1588時(shí)鐘同步觸發(fā)，就可以解決該問(wèn)題。

2.3.1 硬件總線觸發(fā)[5]。LXI定義不僅可以使用傳統(tǒng)的硬件觸發(fā)線，而且在A類模塊中具有可編程硬件觸發(fā)功能。與PXI和VXI的背板總線十分相似，LXI觸發(fā)總線可以采用星形總線或串行總線配置。由于充分利用了PXI和VXI觸發(fā)總線的優(yōu)點(diǎn)，這種觸發(fā)同步方法具有同步精度很高的特點(diǎn)。而該精度主要取決于觸發(fā)總線的長(zhǎng)度，大約是5ns/米，因此，該方法適用于由相互靠得很近的測(cè)試儀器構(gòu)建的應(yīng)用系統(tǒng)。

2.3.2 網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)。所有LXI設(shè)備都必須具備的該同步方式。通過(guò)集線器或交換機(jī)將多個(gè)LXI儀器連接在一起，網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)消息可以由其中一個(gè)設(shè)備發(fā)給同一網(wǎng)段中的另一個(gè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的觸發(fā)方式。另外，觸發(fā)消息也可以由其中一個(gè)儀器發(fā)給其它所有儀器，或者由計(jì)算機(jī)發(fā)給所有設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的觸發(fā)應(yīng)用由此產(chǎn)生。LXI規(guī)范進(jìn)行局域網(wǎng)觸發(fā)通訊由兩種不同的技術(shù)支持：用TCP協(xié)議的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)觸發(fā)和用UDP協(xié)議的廣播觸發(fā)。

2.3.3 IEEE 1588時(shí)鐘同步觸發(fā)。IEEE 1588是一種對(duì)時(shí)機(jī)制，用于克服以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性不足。主要原理是將網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)同步，通過(guò)周期性的對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘發(fā)送一個(gè)精確的時(shí)間源進(jìn)行同步校正。協(xié)議為獲得實(shí)時(shí)行為，是通過(guò)確定和調(diào)整事件而達(dá)到更精確的事件間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)，而其本身并不能提高測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。IEEE 1588在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)等分布式總線系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備時(shí)鐘進(jìn)行亞微秒級(jí)同步。

2.3.4 邊界時(shí)鐘。IEEE 1588邊界時(shí)鐘與普通時(shí)鐘的區(qū)別主要是，邊界時(shí)鐘與普通時(shí)鐘之間的同步通訊采用的方式是“一對(duì)多”，而普通時(shí)鐘之間的同步通訊采用的方式是“一對(duì)一”。 IEEE 1588的同步精度能達(dá)到微秒級(jí)，其重要保證之一是邊界時(shí)鐘。以太網(wǎng)總線式網(wǎng)絡(luò)的工作模式，在邊界時(shí)鐘被使用之后，幾乎達(dá)到每一端口按點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式工作，無(wú)中間轉(zhuǎn)接點(diǎn)，故其傳輸較為穩(wěn)定且延遲很小，同步時(shí)鐘的精度被大大提高。

2.3.5 LXI時(shí)鐘同步觸發(fā)方式的比較和應(yīng)用分析。在前面研究了LXI的幾種觸發(fā)方式原理。LXI支持多種觸發(fā)方式：硬件總線觸發(fā)、局域網(wǎng)消息觸發(fā)、基于時(shí)間的觸發(fā)等。其同步精度依次遞增：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。在選用觸發(fā)方式的時(shí)候，根據(jù)各種觸發(fā)方式自身的特點(diǎn)，結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際情況，選擇最合適的觸發(fā)方式。

3 結(jié)束語(yǔ)

充分利用LXI的特點(diǎn)或者優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)。采用以LXI為主，VXI和GPIB等其它總線為輔的混合總線體系結(jié)構(gòu)的分布式測(cè)試系統(tǒng)與采用VXI總線或GPIB總線的程控儀器結(jié)構(gòu)的集中式測(cè)試系統(tǒng)相比，使系統(tǒng)配置簡(jiǎn)化，測(cè)試資源得到節(jié)約，系統(tǒng)的靈活性增強(qiáng)，可行性進(jìn)一步提高。分析的三種不同的同步實(shí)現(xiàn)策略可以適用于不同的測(cè)試環(huán)境。因?yàn)镮EEE 1588時(shí)鐘同步觸發(fā)方式不用單獨(dú)連接觸發(fā)電纜，且不受距離的限制，所有，特別適合滿足大型綜合測(cè)試任務(wù)的分布式遠(yuǎn)距離同步數(shù)據(jù)采集等。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：王明琨（1985-），男，漢族，安徽省太和縣，碩士研究生，助理講師，研究方向：職業(yè)教育。endprint

當(dāng)前，在分布式測(cè)試系統(tǒng)中常采用有限排隊(duì)延遲的、具有確定的專用實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)。這些總線雖然實(shí)時(shí)性問(wèn)題較好地被解決，但是它們有各自適用的領(lǐng)域和優(yōu)點(diǎn)，不僅是昂貴的價(jià)格，而且由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)等原因，其通訊尚未統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在各種現(xiàn)場(chǎng)總線之間互連互通還不能真正實(shí)現(xiàn)，這都阻礙了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用和推廣。此外，現(xiàn)場(chǎng)總線還存在不盡人意的傳輸速率，如FF，其高速總線H2的傳輸速度為1Mbps，或2.5Mbps，低速總線H1的傳輸速度只為31.25kbps，這樣的傳速率在特定的實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合仍很難滿足要求。

Ethernet技術(shù)在IEEE等標(biāo)準(zhǔn)化組織支持下，與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)相反，得到了迅速發(fā)展，從開始的10Mbps Ethernet，過(guò)渡到100Mbps快速Ethernet和交換Ethernet，甚至發(fā)展到光纖Ethernet和千兆Ethernet。Ethernet以其成本低廉、通信速率高和資源共享能力強(qiáng)等特點(diǎn)得到市場(chǎng)廣泛的支持，是非常經(jīng)濟(jì)的、有效的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。如果，現(xiàn)場(chǎng)總線被Ethernet代替，分布式測(cè)試系統(tǒng)的集成更易于實(shí)現(xiàn)。因此，基于Ethernet的分布式測(cè)試系統(tǒng)的通信平臺(tái)己成為一種發(fā)展趨勢(shì)。

2.2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

在發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試中，需要測(cè)試的項(xiàng)目很多，如全程加速時(shí)間、半程加速時(shí)間、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、排氣溫度、副油道壓力等，監(jiān)測(cè)點(diǎn)也不集中而且比較多；在這樣的測(cè)試環(huán)境里，必須舍棄集中式的測(cè)試系統(tǒng)，采用分布式的測(cè)試系統(tǒng)。

綜合總線現(xiàn)狀，構(gòu)建的混合總線體系結(jié)構(gòu)是采用以LXI為主、VXI和GPIB等其它總線為輔，主要如圖1所示。在大多數(shù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用LXI設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量和控制，各個(gè)LXI設(shè)備直接與網(wǎng)絡(luò)連接，因?yàn)槊總€(gè)LXI設(shè)備攜帶自己的處理器，所以不需要終端計(jì)算機(jī)設(shè)置在監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)處。對(duì)于無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)，結(jié)合相對(duì)成熟的GPIB或VXI總線系統(tǒng)，可以節(jié)約成本，而且這些系統(tǒng)可以與LXI總線系統(tǒng)相接。由于很多儀器供應(yīng)商支持網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牧悴劭刂破鳎⑻峁┝薒AN與GPIB的轉(zhuǎn)換器，這為已有的VXI、GPIB和PXI測(cè)試系統(tǒng)可接入到整個(gè)LXI網(wǎng)絡(luò)中提供了條件。綜合以上所述，使用LXI總線技術(shù)可以構(gòu)建資源節(jié)約、配置簡(jiǎn)化、高靈活性的系統(tǒng)。

2.3 同步測(cè)試

只有解決了儀器設(shè)備間的同步工作和數(shù)據(jù)間的時(shí)間對(duì)應(yīng)問(wèn)題，才能保證測(cè)試結(jié)果的有效性和正確性，LXI總線技術(shù)提供的三種同步觸發(fā)機(jī)制：硬件總線觸發(fā)、網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)和IEEE 1588時(shí)鐘同步觸發(fā)，就可以解決該問(wèn)題。

2.3.1 硬件總線觸發(fā)[5]。LXI定義不僅可以使用傳統(tǒng)的硬件觸發(fā)線，而且在A類模塊中具有可編程硬件觸發(fā)功能。與PXI和VXI的背板總線十分相似，LXI觸發(fā)總線可以采用星形總線或串行總線配置。由于充分利用了PXI和VXI觸發(fā)總線的優(yōu)點(diǎn)，這種觸發(fā)同步方法具有同步精度很高的特點(diǎn)。而該精度主要取決于觸發(fā)總線的長(zhǎng)度，大約是5ns/米，因此，該方法適用于由相互靠得很近的測(cè)試儀器構(gòu)建的應(yīng)用系統(tǒng)。

2.3.2 網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)。所有LXI設(shè)備都必須具備的該同步方式。通過(guò)集線器或交換機(jī)將多個(gè)LXI儀器連接在一起，網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)消息可以由其中一個(gè)設(shè)備發(fā)給同一網(wǎng)段中的另一個(gè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的觸發(fā)方式。另外，觸發(fā)消息也可以由其中一個(gè)儀器發(fā)給其它所有儀器，或者由計(jì)算機(jī)發(fā)給所有設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的觸發(fā)應(yīng)用由此產(chǎn)生。LXI規(guī)范進(jìn)行局域網(wǎng)觸發(fā)通訊由兩種不同的技術(shù)支持：用TCP協(xié)議的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)觸發(fā)和用UDP協(xié)議的廣播觸發(fā)。

2.3.3 IEEE 1588時(shí)鐘同步觸發(fā)。IEEE 1588是一種對(duì)時(shí)機(jī)制，用于克服以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性不足。主要原理是將網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)同步，通過(guò)周期性的對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘發(fā)送一個(gè)精確的時(shí)間源進(jìn)行同步校正。協(xié)議為獲得實(shí)時(shí)行為，是通過(guò)確定和調(diào)整事件而達(dá)到更精確的事件間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)，而其本身并不能提高測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。IEEE 1588在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)等分布式總線系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備時(shí)鐘進(jìn)行亞微秒級(jí)同步。

2.3.4 邊界時(shí)鐘。IEEE 1588邊界時(shí)鐘與普通時(shí)鐘的區(qū)別主要是，邊界時(shí)鐘與普通時(shí)鐘之間的同步通訊采用的方式是“一對(duì)多”，而普通時(shí)鐘之間的同步通訊采用的方式是“一對(duì)一”。 IEEE 1588的同步精度能達(dá)到微秒級(jí)，其重要保證之一是邊界時(shí)鐘。以太網(wǎng)總線式網(wǎng)絡(luò)的工作模式，在邊界時(shí)鐘被使用之后，幾乎達(dá)到每一端口按點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式工作，無(wú)中間轉(zhuǎn)接點(diǎn)，故其傳輸較為穩(wěn)定且延遲很小，同步時(shí)鐘的精度被大大提高。

2.3.5 LXI時(shí)鐘同步觸發(fā)方式的比較和應(yīng)用分析。在前面研究了LXI的幾種觸發(fā)方式原理。LXI支持多種觸發(fā)方式：硬件總線觸發(fā)、局域網(wǎng)消息觸發(fā)、基于時(shí)間的觸發(fā)等。其同步精度依次遞增：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。在選用觸發(fā)方式的時(shí)候，根據(jù)各種觸發(fā)方式自身的特點(diǎn)，結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際情況，選擇最合適的觸發(fā)方式。

3 結(jié)束語(yǔ)

充分利用LXI的特點(diǎn)或者優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)。采用以LXI為主，VXI和GPIB等其它總線為輔的混合總線體系結(jié)構(gòu)的分布式測(cè)試系統(tǒng)與采用VXI總線或GPIB總線的程控儀器結(jié)構(gòu)的集中式測(cè)試系統(tǒng)相比，使系統(tǒng)配置簡(jiǎn)化，測(cè)試資源得到節(jié)約，系統(tǒng)的靈活性增強(qiáng)，可行性進(jìn)一步提高。分析的三種不同的同步實(shí)現(xiàn)策略可以適用于不同的測(cè)試環(huán)境。因?yàn)镮EEE 1588時(shí)鐘同步觸發(fā)方式不用單獨(dú)連接觸發(fā)電纜，且不受距離的限制，所有，特別適合滿足大型綜合測(cè)試任務(wù)的分布式遠(yuǎn)距離同步數(shù)據(jù)采集等。

參考文獻(xiàn)

[1]高翔，殷業(yè)飛.無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)化智能測(cè)試系統(tǒng)[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2005，25（4）：446-449.

[2]楊柳.LXI儀器系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].西安電子科技大學(xué)，2008.

[3]尹寧寧.LXI儀器接口技術(shù)的研究[D].哈爾濱理工大學(xué)，2008

[4]吳又美，鄢小清.基于LXI儀器總線的分布式測(cè)試系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2007，15（12）：1685-1687.

[5]宋志堅(jiān).基于LXI的高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西南交通大學(xué)，2005.

作者簡(jiǎn)介：王明琨（1985-），男，漢族，安徽省太和縣，碩士研究生，助理講師，研究方向：職業(yè)教育。endprint

當(dāng)前，在分布式測(cè)試系統(tǒng)中常采用有限排隊(duì)延遲的、具有確定的專用實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)。這些總線雖然實(shí)時(shí)性問(wèn)題較好地被解決，但是它們有各自適用的領(lǐng)域和優(yōu)點(diǎn)，不僅是昂貴的價(jià)格，而且由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)等原因，其通訊尚未統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在各種現(xiàn)場(chǎng)總線之間互連互通還不能真正實(shí)現(xiàn)，這都阻礙了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用和推廣。此外，現(xiàn)場(chǎng)總線還存在不盡人意的傳輸速率，如FF，其高速總線H2的傳輸速度為1Mbps，或2.5Mbps，低速總線H1的傳輸速度只為31.25kbps，這樣的傳速率在特定的實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合仍很難滿足要求。

Ethernet技術(shù)在IEEE等標(biāo)準(zhǔn)化組織支持下，與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)相反，得到了迅速發(fā)展，從開始的10Mbps Ethernet，過(guò)渡到100Mbps快速Ethernet和交換Ethernet，甚至發(fā)展到光纖Ethernet和千兆Ethernet。Ethernet以其成本低廉、通信速率高和資源共享能力強(qiáng)等特點(diǎn)得到市場(chǎng)廣泛的支持，是非常經(jīng)濟(jì)的、有效的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。如果，現(xiàn)場(chǎng)總線被Ethernet代替，分布式測(cè)試系統(tǒng)的集成更易于實(shí)現(xiàn)。因此，基于Ethernet的分布式測(cè)試系統(tǒng)的通信平臺(tái)己成為一種發(fā)展趨勢(shì)。

2.2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

在發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試中，需要測(cè)試的項(xiàng)目很多，如全程加速時(shí)間、半程加速時(shí)間、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、排氣溫度、副油道壓力等，監(jiān)測(cè)點(diǎn)也不集中而且比較多；在這樣的測(cè)試環(huán)境里，必須舍棄集中式的測(cè)試系統(tǒng)，采用分布式的測(cè)試系統(tǒng)。

綜合總線現(xiàn)狀，構(gòu)建的混合總線體系結(jié)構(gòu)是采用以LXI為主、VXI和GPIB等其它總線為輔，主要如圖1所示。在大多數(shù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用LXI設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量和控制，各個(gè)LXI設(shè)備直接與網(wǎng)絡(luò)連接，因?yàn)槊總€(gè)LXI設(shè)備攜帶自己的處理器，所以不需要終端計(jì)算機(jī)設(shè)置在監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)處。對(duì)于無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)，結(jié)合相對(duì)成熟的GPIB或VXI總線系統(tǒng)，可以節(jié)約成本，而且這些系統(tǒng)可以與LXI總線系統(tǒng)相接。由于很多儀器供應(yīng)商支持網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牧悴劭刂破鳎⑻峁┝薒AN與GPIB的轉(zhuǎn)換器，這為已有的VXI、GPIB和PXI測(cè)試系統(tǒng)可接入到整個(gè)LXI網(wǎng)絡(luò)中提供了條件。綜合以上所述，使用LXI總線技術(shù)可以構(gòu)建資源節(jié)約、配置簡(jiǎn)化、高靈活性的系統(tǒng)。

2.3 同步測(cè)試

只有解決了儀器設(shè)備間的同步工作和數(shù)據(jù)間的時(shí)間對(duì)應(yīng)問(wèn)題，才能保證測(cè)試結(jié)果的有效性和正確性，LXI總線技術(shù)提供的三種同步觸發(fā)機(jī)制：硬件總線觸發(fā)、網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)和IEEE 1588時(shí)鐘同步觸發(fā)，就可以解決該問(wèn)題。

2.3.1 硬件總線觸發(fā)[5]。LXI定義不僅可以使用傳統(tǒng)的硬件觸發(fā)線，而且在A類模塊中具有可編程硬件觸發(fā)功能。與PXI和VXI的背板總線十分相似，LXI觸發(fā)總線可以采用星形總線或串行總線配置。由于充分利用了PXI和VXI觸發(fā)總線的優(yōu)點(diǎn)，這種觸發(fā)同步方法具有同步精度很高的特點(diǎn)。而該精度主要取決于觸發(fā)總線的長(zhǎng)度，大約是5ns/米，因此，該方法適用于由相互靠得很近的測(cè)試儀器構(gòu)建的應(yīng)用系統(tǒng)。

2.3.2 網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)。所有LXI設(shè)備都必須具備的該同步方式。通過(guò)集線器或交換機(jī)將多個(gè)LXI儀器連接在一起，網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)消息可以由其中一個(gè)設(shè)備發(fā)給同一網(wǎng)段中的另一個(gè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的觸發(fā)方式。另外，觸發(fā)消息也可以由其中一個(gè)儀器發(fā)給其它所有儀器，或者由計(jì)算機(jī)發(fā)給所有設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的觸發(fā)應(yīng)用由此產(chǎn)生。LXI規(guī)范進(jìn)行局域網(wǎng)觸發(fā)通訊由兩種不同的技術(shù)支持：用TCP協(xié)議的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)觸發(fā)和用UDP協(xié)議的廣播觸發(fā)。

2.3.3 IEEE 1588時(shí)鐘同步觸發(fā)。IEEE 1588是一種對(duì)時(shí)機(jī)制，用于克服以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性不足。主要原理是將網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)同步，通過(guò)周期性的對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘發(fā)送一個(gè)精確的時(shí)間源進(jìn)行同步校正。協(xié)議為獲得實(shí)時(shí)行為，是通過(guò)確定和調(diào)整事件而達(dá)到更精確的事件間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)，而其本身并不能提高測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。IEEE 1588在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)等分布式總線系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備時(shí)鐘進(jìn)行亞微秒級(jí)同步。

2.3.4 邊界時(shí)鐘。IEEE 1588邊界時(shí)鐘與普通時(shí)鐘的區(qū)別主要是，邊界時(shí)鐘與普通時(shí)鐘之間的同步通訊采用的方式是“一對(duì)多”，而普通時(shí)鐘之間的同步通訊采用的方式是“一對(duì)一”。 IEEE 1588的同步精度能達(dá)到微秒級(jí)，其重要保證之一是邊界時(shí)鐘。以太網(wǎng)總線式網(wǎng)絡(luò)的工作模式，在邊界時(shí)鐘被使用之后，幾乎達(dá)到每一端口按點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式工作，無(wú)中間轉(zhuǎn)接點(diǎn)，故其傳輸較為穩(wěn)定且延遲很小，同步時(shí)鐘的精度被大大提高。

2.3.5 LXI時(shí)鐘同步觸發(fā)方式的比較和應(yīng)用分析。在前面研究了LXI的幾種觸發(fā)方式原理。LXI支持多種觸發(fā)方式：硬件總線觸發(fā)、局域網(wǎng)消息觸發(fā)、基于時(shí)間的觸發(fā)等。其同步精度依次遞增：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。在選用觸發(fā)方式的時(shí)候，根據(jù)各種觸發(fā)方式自身的特點(diǎn)，結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際情況，選擇最合適的觸發(fā)方式。

3 結(jié)束語(yǔ)

充分利用LXI的特點(diǎn)或者優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)。采用以LXI為主，VXI和GPIB等其它總線為輔的混合總線體系結(jié)構(gòu)的分布式測(cè)試系統(tǒng)與采用VXI總線或GPIB總線的程控儀器結(jié)構(gòu)的集中式測(cè)試系統(tǒng)相比，使系統(tǒng)配置簡(jiǎn)化，測(cè)試資源得到節(jié)約，系統(tǒng)的靈活性增強(qiáng)，可行性進(jìn)一步提高。分析的三種不同的同步實(shí)現(xiàn)策略可以適用于不同的測(cè)試環(huán)境。因?yàn)镮EEE 1588時(shí)鐘同步觸發(fā)方式不用單獨(dú)連接觸發(fā)電纜，且不受距離的限制，所有，特別適合滿足大型綜合測(cè)試任務(wù)的分布式遠(yuǎn)距離同步數(shù)據(jù)采集等。

參考文獻(xiàn)

[1]高翔，殷業(yè)飛.無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)化智能測(cè)試系統(tǒng)[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2005，25（4）：446-449.

[2]楊柳.LXI儀器系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].西安電子科技大學(xué)，2008.

[3]尹寧寧.LXI儀器接口技術(shù)的研究[D].哈爾濱理工大學(xué)，2008

[4]吳又美，鄢小清.基于LXI儀器總線的分布式測(cè)試系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2007，15（12）：1685-1687.

[5]宋志堅(jiān).基于LXI的高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西南交通大學(xué)，2005.

作者簡(jiǎn)介：王明琨（1985-），男，漢族，安徽省太和縣，碩士研究生，助理講師，研究方向：職業(yè)教育。endprint