張榮，王玨，周繼昆，張毅，鄭敏

（中國工程物理研究院 總體工程研究所，四川 綿陽 621900）

總線類測(cè)試系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向

張榮，王玨，周繼昆，張毅，鄭敏

（中國工程物理研究院 總體工程研究所，四川 綿陽 621900）

歸納了當(dāng)前測(cè)試系統(tǒng)的主流總線架構(gòu)形式，對(duì)當(dāng)前各種總線架構(gòu)的測(cè)試系統(tǒng)性能及應(yīng)用進(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)當(dāng)前測(cè)試系統(tǒng)的主要軟件設(shè)計(jì)技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行研究。在此基礎(chǔ)上，提出了未來復(fù)雜測(cè)試系統(tǒng)研制的主要方向，要滿足未來復(fù)雜測(cè)試任務(wù)需求，應(yīng)加大應(yīng)用LXI總線構(gòu)建大型高精度混合型分布式測(cè)試系統(tǒng)。硬件方面，將VXI/PXI/PXI-E/PCI-E/USB3.0總線進(jìn)行組網(wǎng)集成，滿足大型應(yīng)用測(cè)試中低速、高速、高精度的數(shù)據(jù)采集與傳輸測(cè)試需求；軟件方面，應(yīng)按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)需求，研制功能完備、滿足特定行業(yè)應(yīng)用的軟件系統(tǒng)。

測(cè)試系統(tǒng)；總線架構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)分布式系統(tǒng)；軟硬件設(shè)計(jì)技術(shù)；USB3.0總線

測(cè)試系統(tǒng)是武器裝備環(huán)境試驗(yàn)的重要配套設(shè)備，是環(huán)境試驗(yàn)與綜合評(píng)價(jià)技術(shù)[1]研究的重要內(nèi)容。測(cè)試系統(tǒng)性能的優(yōu)劣關(guān)系到試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)度，直接影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和試驗(yàn)結(jié)果的

評(píng)價(jià)，研究當(dāng)前測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)具有重要意義。目前，測(cè)試系統(tǒng)的研制主要集中在兩個(gè)方面：一是總線類測(cè)試系統(tǒng)集成化研制；二是基于底層FPGA，DSP等硬件平臺(tái)以及嵌入式操作系統(tǒng)軟件平臺(tái)的嵌入式測(cè)試系統(tǒng)的研發(fā)。前者廣泛應(yīng)用于大型地面環(huán)境試驗(yàn)測(cè)試中，后者主要應(yīng)用于航空航天測(cè)控系統(tǒng)、彈載測(cè)控系統(tǒng)以及某些異常環(huán)境試驗(yàn)的測(cè)試。測(cè)試系統(tǒng)研制的關(guān)鍵技術(shù)主要集中在測(cè)試系統(tǒng)的總線架構(gòu)設(shè)計(jì)、測(cè)試系統(tǒng)同步觸發(fā)設(shè)計(jì)、測(cè)試系統(tǒng)精確度設(shè)計(jì)以及測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方面。從測(cè)試系統(tǒng)的開放程度可將測(cè)試系統(tǒng)的研發(fā)方式歸結(jié)為兩類：軟硬件集成類測(cè)試系統(tǒng)的研制；專用類測(cè)試系統(tǒng)的研制。所謂集成類測(cè)試系統(tǒng)，其硬件系統(tǒng)采用模塊化儀器通過積木堆疊方式完成設(shè)計(jì)，建立在一定的測(cè)試總線架構(gòu)基礎(chǔ)上，總線架構(gòu)的優(yōu)劣決定了測(cè)試系統(tǒng)的性能，而軟件系統(tǒng)可根據(jù)用戶功能需求進(jìn)行定制開發(fā)；對(duì)于專用測(cè)試系統(tǒng)，其軟硬件系統(tǒng)必須完全匹配，用戶無法根據(jù)自己應(yīng)用需求進(jìn)行二次擴(kuò)展設(shè)計(jì)，這類測(cè)試系統(tǒng)通常由專用的測(cè)試系統(tǒng)生產(chǎn)廠商提供。文中研究了現(xiàn)有測(cè)試系統(tǒng)總線的性能以及測(cè)試系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)技術(shù)，展望了未來復(fù)雜測(cè)試系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展方向。

1　總線類測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 當(dāng)前主流的測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)

當(dāng)前主流的總線類測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)主要有五種：GPIB總線架構(gòu)[2—4]、VXI總線架構(gòu)[5—8]、PXI總線架構(gòu)[9—12]、PXI-Express總線架構(gòu)[13—16]以及其他基于通用 PC總線[17—21]的架構(gòu)。各架構(gòu)針對(duì)不同的測(cè)試對(duì)象，具有不同的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸速率、同步觸發(fā)方式、通道數(shù)擴(kuò)展等方面。

GPIB總線架構(gòu)測(cè)試系統(tǒng)由GPIB主控系統(tǒng)和多套測(cè)試終端系統(tǒng)組成，主控系統(tǒng)作為“講者”通過GPIB總線與作為“聽者”的各 GPIB終端系統(tǒng)發(fā)送程控指令，各 GPIB測(cè)試系統(tǒng)具有唯一地址，“講者”系統(tǒng)同時(shí)最多控制14臺(tái)“聽者”系統(tǒng)，總線上某時(shí)只能有一個(gè)“講者”，其架構(gòu)如圖1所示。

圖1 GPIB總線架構(gòu)測(cè)試設(shè)備設(shè)計(jì)方案Fig.1 The design scheme based on GPIB bus architecture

GPIB總線架構(gòu)的系統(tǒng)體積與質(zhì)量較大[22]，數(shù)據(jù)傳輸率低（≤1 MB/s），且必須使用GPIB控制卡與特殊電纜完成系統(tǒng)控制，測(cè)試成本較高。目前這種架構(gòu)主要應(yīng)用于數(shù)字萬用表、數(shù)字頻率計(jì)、頻譜分析儀等專用儀器組網(wǎng)測(cè)試，以及導(dǎo)彈地面與彈上通信測(cè)試等數(shù)據(jù)傳輸率要求不高的分布式測(cè)試系統(tǒng)研制中，各系統(tǒng)不具備同步觸發(fā)機(jī)制。VXI總線建立在 VME總線基礎(chǔ)上，總線帶寬可達(dá) 40 MB/s[23]，質(zhì)量輕，可配置使用的測(cè)試通道數(shù)多，但系統(tǒng)必須由VXI機(jī)箱、VXI零槽控制器以及1394火線接口卡實(shí)現(xiàn)各槽 VXI總線測(cè)量模塊的控制。受系統(tǒng)帶寬限制，在采樣率相對(duì)較低（≤1 MHz）的測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)可采用，典型的應(yīng)用是構(gòu)建多通道振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。在同步觸發(fā)方面，VXI零槽控制器通過VXI機(jī)箱背板總線實(shí)現(xiàn)各VXI總線模塊的同步觸發(fā)控制，可構(gòu)建同步測(cè)試系統(tǒng)。PXI總線架構(gòu)[24—25]測(cè)試系統(tǒng)基于PCI總線，在PCI總線上增加星型觸發(fā)總線、RTSI實(shí)時(shí)觸發(fā)總線構(gòu)成同步測(cè)試系統(tǒng)總線，總線傳輸速率達(dá)到 133（主頻為 33 MHz）～528 MB/s(主頻為66 MHz)，由PXI機(jī)箱、PXI零槽控制器、PXI測(cè)量模塊組成。各PXI測(cè)量模塊共享PXI總線帶寬，相對(duì)VXI總線，系統(tǒng)帶寬顯著提高，并通過編程實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘與觸發(fā)線路的路由，不僅適合多通道振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建，還適合高采樣頻率（≥1 MHz）多路瞬態(tài)同步測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建。高采樣率下的測(cè)試除依賴于總線傳輸帶寬外，還跟采樣模式相關(guān)，如采用板載緩存模式，總線的傳輸帶寬可適度降低，依賴于采集板卡上的大容量緩存降低數(shù)據(jù)傳輸速率。中國工程物理研究院總體工程研究所在2013年聯(lián)合北京中科泛華恒興科技有限公司，完成了一套采樣頻率為10 MHz，板載緩存為1 GB的64通道瞬態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)從完成數(shù)據(jù)采集到下載至計(jì)算機(jī)內(nèi)存的時(shí)間為 3 min。目前，PXI機(jī)箱的槽數(shù)最大為18槽，受限于槽數(shù)，單機(jī)箱PXI總線測(cè)試系統(tǒng)的通道數(shù)不大，要實(shí)現(xiàn)測(cè)量通道數(shù)的擴(kuò)展，需采用專門的PXI機(jī)箱同步模塊互連多個(gè)PXI機(jī)箱完成。VXI/PXI總線架構(gòu)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

圖2 VXI/PXI總線架構(gòu)測(cè)試設(shè)備設(shè)計(jì)方案Fig.2 The design scheme based on VXI/PXI bus architecture

在某些應(yīng)用如微波與電磁兼容等方面的測(cè)試，不僅要求測(cè)試系統(tǒng)的采樣頻率高（≥1 MHz），而且還要求長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)采集和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這要求測(cè)試系統(tǒng)具備更高的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，采用PXI總線已不能很好地滿足測(cè)試要求。近年發(fā)展了 PXI-Express總線，借鑒PCI-Express總線技術(shù)，在PCI-Express總線上增加定時(shí)與同步觸發(fā)線路構(gòu)建測(cè)試儀用總線。PXI-Express總線采用LVDS電氣接口標(biāo)準(zhǔn)和串行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信技術(shù)，確保每個(gè)測(cè)試模塊獨(dú)立享用傳輸帶寬，使用獨(dú)立傳輸鏈路，含×1，×2，×4，…，×32等多種速率的鏈路，×1鏈路單向傳輸率可達(dá)250 MB/s，×4鏈路傳輸率為1 GB/s，×32時(shí)傳輸帶寬可達(dá)8 GB/s，可完全滿足多通道高采樣率連續(xù)測(cè)試的應(yīng)用需求。PXI-E總線架構(gòu)測(cè)試系統(tǒng)是目前高速數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域的主流研制發(fā)展方向。中國工程物理研究院總體工程研究所在2012年研制了一套基于 PXI-Express總線的64通道瞬態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)采樣頻率最高達(dá) 4 MHz，流盤速度高達(dá)220 MB/s，穩(wěn)定可靠地完成了多次大型跌落環(huán)境試驗(yàn)測(cè)試。

上述VXI/PXI/PXI-Express總線架構(gòu)測(cè)試系統(tǒng)主要用于構(gòu)建大型的單機(jī)及其級(jí)聯(lián)型模塊化測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)于某些小規(guī)模測(cè)試任務(wù)，采用VXI/PXI/PXI-Express總線架構(gòu)組建測(cè)試系統(tǒng)性價(jià)比不高，而采用通用PC機(jī)/工控機(jī)與基于PC總線的數(shù)采卡即可完成測(cè)試任務(wù)。目前主要包括基于PCI-Express總線、USB總線以及以太網(wǎng)總線三類測(cè)試系統(tǒng)。當(dāng)前，基于PC總線的測(cè)試系統(tǒng)研制的發(fā)展趨勢(shì)是小型化與高速化，這得益于 USB總線以及以太網(wǎng)總線的快速發(fā)展，USB總線由USB2.0（傳輸速率達(dá)480 Mb/s）發(fā)展至USB3.0總線[26—30]（傳輸速率達(dá)5 Gb/s），以太網(wǎng)傳輸速率已從10，100 Mb/s發(fā)展到10 Gb/s。這兩類總線解決了高采樣率下的大數(shù)據(jù)量實(shí)時(shí)傳輸問題，是目前PC類專用測(cè)試系統(tǒng)研制的熱點(diǎn)方向。

從上述總線的傳輸速率看，當(dāng)前USB3.0總線的速率已接近PXI-Express總線速率，但在構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)方面，PXI-Express總線型系統(tǒng)需特制機(jī)箱，而USB3.0總線使用信號(hào)線少，傳輸速率高，不需設(shè)計(jì)特定的機(jī)箱，構(gòu)建的測(cè)試系統(tǒng)體積小，增加少量同步觸發(fā)線即可實(shí)現(xiàn)同步測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，滿足的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏訌V泛。筆者預(yù)測(cè)，USB3.0總線在未來高速測(cè)試系統(tǒng)研制中將占重大份額，近年來已逐漸掀起研發(fā)熱潮。中國工程物理研究院總體工程研究所目前正在論證一種小性化嵌入式高速采集與實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)，擬建通道為50～100個(gè)，采樣頻率為1 Hz～10 MHz，前端采用光纖遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)，后端采用USB3.0總線傳遞數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)。這種測(cè)試系統(tǒng)將前端采集、信號(hào)調(diào)理等模塊集中在一塊電路板上，多路振動(dòng)和沖擊信號(hào)的采集結(jié)果通過光纖和USB3.0總線實(shí)時(shí)傳輸，可很大程度上減少測(cè)試系統(tǒng)的布線工作，顯著提高測(cè)試效率。

1.2 總線測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前，采用GPIB/VXI/PXI/PXI-E總線架構(gòu)設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)可完成相對(duì)獨(dú)立的測(cè)試任務(wù)，但也存在不足，主要表現(xiàn)在以下方面。

1）對(duì)于測(cè)量對(duì)象位置比較分散，如火箭系統(tǒng)測(cè)試[31]、導(dǎo)彈綜合參數(shù)測(cè)試[32]以及慣導(dǎo)平臺(tái)[33]等測(cè)試任務(wù)，其測(cè)量信號(hào)種類繁多，采樣頻率多種多樣，若采用多套獨(dú)立測(cè)試系統(tǒng)，則每套測(cè)試系統(tǒng)均必須帶控制計(jì)算機(jī)和GPIB/VXI/PXI總線模塊，每個(gè)控制計(jì)算機(jī)再與系統(tǒng)服務(wù)器相連，組成分布式測(cè)試系統(tǒng)。這種測(cè)試方式的每個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)均由計(jì)算機(jī)控制，即便某測(cè)試節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)測(cè)點(diǎn)，也需要一臺(tái)控制計(jì)算機(jī)和一臺(tái)總線測(cè)試系統(tǒng)，這將造成測(cè)試資源的大量浪費(fèi)。

2）高端武器裝備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)要求快速應(yīng)對(duì)戰(zhàn)區(qū)變化的計(jì)量保障需求，比如對(duì)于導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)發(fā)射任務(wù)中的各大型裝備的測(cè)試，其復(fù)雜度高，測(cè)試系統(tǒng)種類多，快速適應(yīng)戰(zhàn)區(qū)變化的能力就會(huì)較弱。

3）GPIB/VXI/PXI總線測(cè)試儀器的計(jì)量校準(zhǔn)尚不規(guī)范[34]，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)快速進(jìn)行儀器的故障診斷與實(shí)時(shí)校準(zhǔn)比較困難。為解決這些問題，安捷倫公司和VXI科技公司聯(lián)合提出LXI（LAN-based Extensions for Instrumentation）總線[35]，其基于成熟工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，通過擴(kuò)展儀器所需的語言、命令、協(xié)議內(nèi)容，將GPIB總線的高性能，VXI/PXI總線儀器的小尺寸以及LAN總線的高吞吐率等優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合。與普通PC機(jī)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)相比，其增加儀器必須的定時(shí)同步觸發(fā)、冷卻和電磁兼容性功能，構(gòu)成一種適用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的新一代模塊化儀器平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)，使測(cè)試系統(tǒng)由“虛擬儀器”時(shí)代過渡到“網(wǎng)絡(luò)儀器”時(shí)代，是未來國內(nèi)外軍用測(cè)試系統(tǒng)研制與應(yīng)用發(fā)展的主流測(cè)試總線技術(shù)，這種架構(gòu)的測(cè)試系統(tǒng)目前已開始逐步面市。

LXI總線架構(gòu)的測(cè)試系統(tǒng)硬件由測(cè)控服務(wù)器、集線器、交換機(jī)以及 LXI測(cè)量模塊組成，不同于VXI/PXI總線架構(gòu)的測(cè)試系統(tǒng)，它無零槽控制器，無背板總線。VXI/PXI總線采用背板總線的定時(shí)和觸發(fā)機(jī)制解決各測(cè)試模塊的同步，而 LXI總線測(cè)試儀器則根據(jù)應(yīng)用的不同場(chǎng)合，采用三類同步觸發(fā)機(jī)制控制各LXI模塊儀器的同步：基于網(wǎng)絡(luò)UDP協(xié)議的消息觸發(fā)機(jī)制，同步精度在50 ms內(nèi)；基于IEEE1588精準(zhǔn)時(shí)鐘同步協(xié)議機(jī)制，同步精度在100 ns內(nèi)；基于菊花鏈/星型配置方式（與PXI總線雷同）的LVDS硬線觸發(fā)機(jī)制，同步精度在5 ns內(nèi)。測(cè)控服務(wù)器通過B/S(瀏覽器/服務(wù)器)和C/S（客戶/服務(wù)器）兩種方式集中控制網(wǎng)絡(luò)上的各 LXI總線測(cè)試模塊。

基于LXI總線的上述特點(diǎn)，筆者提出一種大型混合總線測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 3所示。利用這種架構(gòu)，除直接將具有LXI總線接口的系統(tǒng)接入系統(tǒng)外，還可將GPIB/VXI/PXI等現(xiàn)有測(cè)試系統(tǒng)通過LAN口接入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有總線類測(cè)試系統(tǒng)的改造升級(jí)，節(jié)省測(cè)試成本。不僅如此，通過USB3.0總線轉(zhuǎn)LAN總線模式，基于USB3.0總線的PC類儀器或嵌入式儀器均可集成在LXI總線上，從而完成比較復(fù)雜的分布式高速采集與數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試任務(wù)。

圖3 基于LXI總線構(gòu)建大型混合分布式測(cè)試系統(tǒng)的方案Fig.3 The large-scale distributed test system design scheme based on LXI bus architecture

軍用測(cè)試系統(tǒng)采用 LXI總線架構(gòu)，各類儀器系統(tǒng)在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)組網(wǎng)后即可快速組建測(cè)試系統(tǒng)，斷開網(wǎng)絡(luò)即可實(shí)現(xiàn)快速機(jī)動(dòng)，并通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)異地測(cè)試模塊的故障診斷、遠(yuǎn)程控制、實(shí)時(shí)檢測(cè)等。在武器試驗(yàn)、武器裝備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)、核爆任務(wù)以及航天測(cè)試等方面[35]具有應(yīng)用前景。筆者認(rèn)為，在大型軍用測(cè)試任務(wù)中，采用如圖3所示的總線架構(gòu)組建大型混合總線的分步式測(cè)試系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)測(cè)試任務(wù)節(jié)點(diǎn)的集中調(diào)度，測(cè)試數(shù)據(jù)流的集中匯集，通過統(tǒng)一的PC機(jī)測(cè)控服務(wù)器平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的融合分析，從而為現(xiàn)場(chǎng)快速?zèng)Q策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。這種大型混合總線測(cè)試系統(tǒng)在日益復(fù)雜的軍用測(cè)試方面應(yīng)用會(huì)更加廣泛，筆者認(rèn)為，這是未來測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。因?yàn)樵诋?dāng)前各種測(cè)試總線速率已定的情況下，兼顧新舊測(cè)試系統(tǒng)功能應(yīng)用，覆蓋全方位的測(cè)試能力，上述架構(gòu)無疑是最佳的。當(dāng)然，上述架構(gòu)將演變出多種架構(gòu)形式，即凡是能將總線接口切換為L(zhǎng)AN接口的測(cè)試系統(tǒng)，均可接入LXI總線系統(tǒng)中，比如CAN總線-LXI總線系統(tǒng)、PCI-Express轉(zhuǎn)LXI總線系統(tǒng)等。需依據(jù)測(cè)試任務(wù)的規(guī)模和數(shù)據(jù)傳輸速率需求，靈活構(gòu)建基于 LXI總線的混合型分步式測(cè)試系統(tǒng)，從而滿足特定場(chǎng)合的測(cè)試要求。

2　測(cè)試系統(tǒng)精度發(fā)展方向

測(cè)試系統(tǒng)的精度主要取決于數(shù)據(jù)采集卡的A/D轉(zhuǎn)換精度，A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度經(jīng)歷了8位/12位/16位的發(fā)展階段。對(duì)于振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，采集卡的精度在12～16位即可滿足要求；對(duì)于沖擊測(cè)試系統(tǒng)，采集卡的精度通常為14～16位。隨著高保真音頻、高精度稱重、精密測(cè)距等精密測(cè)試應(yīng)用需求，目前數(shù)據(jù)采集卡的A/D分辨率已向18～24位方向發(fā)展，并且涌現(xiàn)了大量產(chǎn)品，這類采集卡的A/D芯片采用“Σ-Δ”[36—38]的過采樣和噪聲整形技術(shù)。與傳統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器相比，采集前端不需設(shè)計(jì)抗混疊低通濾波器，對(duì)前端的模擬信號(hào)調(diào)理電路要求不高，直接利用數(shù)倍于采樣率的信號(hào)過采樣輸入信號(hào)，然后在其內(nèi)部增加一個(gè)數(shù)字抽樣濾波器對(duì)采集的信號(hào)濾波，濾波完成后進(jìn)行信號(hào)降采樣處理，得到滿足采樣率要求的高信噪比信號(hào)，實(shí)現(xiàn)寬頻帶弱信號(hào)的精確測(cè)試，主要應(yīng)用在精密測(cè)量領(lǐng)域。從行業(yè)主流產(chǎn)品看，各大廠商都在開發(fā)24位的測(cè)試板卡，高分辨率的（≥24 bit）的測(cè)試系統(tǒng)將是未來測(cè)試系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，其關(guān)鍵技術(shù)主要涉及數(shù)據(jù)采集板電路的精致布局布線設(shè)計(jì)技術(shù)、模擬信號(hào)精密調(diào)理電路設(shè)計(jì)等。中國工程物理研究院總體工程研究所在國家重大科學(xué)儀器專項(xiàng)——高精度慣性儀表校準(zhǔn)檢測(cè)項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)了24位高精度數(shù)據(jù)采集卡，測(cè)試系統(tǒng)本底噪聲為400 μV，有效實(shí)現(xiàn)了精密離心機(jī)動(dòng)態(tài)半徑測(cè)量不確定度為0.21 μm的高精度，這在16位分辨率的A/D中無法實(shí)現(xiàn)。同樣，對(duì)于振動(dòng)應(yīng)變的測(cè)試，為提高測(cè)試精度，現(xiàn)在各廠家也廣泛設(shè)計(jì)24位A/D采集卡完成。

3　軟件設(shè)計(jì)技術(shù)研究

測(cè)試系統(tǒng)的軟件在測(cè)試系統(tǒng)研制中扮演重要角色，其主要研究?jī)?nèi)容包括軟件開發(fā)語言、軟件功能模塊的完備性設(shè)計(jì)兩方面。

對(duì)于開發(fā)語言，主要集中在以 NI公司的LABVIEW 平臺(tái)[39]為主的儀用開發(fā)平臺(tái)以及通用軟件開發(fā)語言如VC++，DELPHI，LabWindow/CVI的開發(fā)平臺(tái)。LABVIEW作為儀器專用開發(fā)平臺(tái)，提供了專業(yè)的測(cè)試程序設(shè)計(jì)架構(gòu)、多線程自動(dòng)協(xié)調(diào)調(diào)度與保護(hù)機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)接口控制、各類測(cè)試總線架構(gòu)驅(qū)動(dòng)等程序子集，更重要的是其集合了多類信號(hào)的時(shí)頻分析、信號(hào)顯示、存儲(chǔ)與回調(diào)模塊以及與第三方平臺(tái)如MATLAB接口和基于COM組件的調(diào)用功能（如DLL[40—45]調(diào)用等）。可以說LABVIEW平臺(tái)可完成任何其他編程語言可實(shí)現(xiàn)的程序設(shè)計(jì)，是目前最高效的測(cè)試系統(tǒng)軟件開發(fā)語言。其他基于VC++，DELPHI等語言的軟件開發(fā)平臺(tái)，適合開發(fā)一些小規(guī)模的測(cè)試軟件，與LABVIEW相比，其缺點(diǎn)是明顯的，對(duì)于多線程協(xié)調(diào)解決機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)編程以及信號(hào)處理等均較復(fù)雜。當(dāng)前，對(duì)于NI硬件平臺(tái)構(gòu)建的測(cè)試系統(tǒng)，采用LABVIEW語言開發(fā)應(yīng)用軟件，而對(duì)于非NI硬件平臺(tái)，采用的主要方式是將硬件的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序、其他語言設(shè)計(jì)的算法等封裝為DLL組件，由于DLL具有語言無關(guān)性特點(diǎn)，然后在LABVIEW下調(diào)用DLL即可實(shí)現(xiàn)硬件驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)分析模塊在LABVIEW環(huán)境下的集成處理等。目前，大部分測(cè)試系統(tǒng)生產(chǎn)廠商都采用這種基于DLL或 ActiveX[46]接口規(guī)范實(shí)現(xiàn)軟硬件集成開發(fā)或?yàn)橛脩籼峁┎糠止δ苣K的二次開發(fā)能力。

在軟件功能的完備性方面，大部分國外廠商均提供行業(yè)功能完備的應(yīng)用軟件，如奧地利Dewetron公司、德國 m+p數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)公司在振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)研制領(lǐng)域比較著名，這些廠商均提供完備的振動(dòng)測(cè)試軟件，其中包括了振動(dòng)模態(tài)測(cè)試、各類振動(dòng)信號(hào)處理與分析模塊等，美國的Nicolet公司的沖擊測(cè)試系統(tǒng)提供完整的沖擊信號(hào)分析與處理軟件?？梢哉f，軟件的功能模塊是測(cè)試系統(tǒng)的重要賣點(diǎn)。而國內(nèi)的測(cè)試系統(tǒng)生產(chǎn)商在軟件設(shè)計(jì)方面存在差距，通常是針對(duì)具體的測(cè)試應(yīng)用編制特定的軟件，如國內(nèi)的TOPVIEW公司、縱橫測(cè)控有限公司、成都天奧測(cè)控技術(shù)有限公司的沖擊測(cè)試軟件產(chǎn)品都是這種情況。從調(diào)研資料看，在振動(dòng)、沖擊等行業(yè)測(cè)試領(lǐng)域內(nèi)，各研發(fā)商都在主推功能完備的行業(yè)軟件系統(tǒng)，考慮軟件功能的覆蓋性和不同行業(yè)應(yīng)用的差異，各行業(yè)測(cè)試軟件也留出二次開發(fā)接口，方便各式用戶的特殊應(yīng)用，但是行業(yè)軟件的功能標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是目前研發(fā)的重點(diǎn)和主要發(fā)展方向。

4　國內(nèi)外總線類測(cè)試系統(tǒng)研制現(xiàn)狀

在集成化總線測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)方面，NI公司作為 PXI總線儀器硬件供應(yīng)商，主要研制系列PXI/PXI-E總線測(cè)試產(chǎn)品，包括PXI機(jī)箱、PXI數(shù)據(jù)采集卡，基本不提供用戶完整的軟硬件解決方案，測(cè)試軟件大部分由用戶自行開發(fā)，僅提供軟硬件開發(fā)支持。國內(nèi)，對(duì)于PXI總線測(cè)試系統(tǒng)的研發(fā)，在 PXI硬件研發(fā)方面主要有北京中科泛華及其附屬的泛華恒興科技公司，NI的大部分PXI總線數(shù)據(jù)采集卡硬件設(shè)計(jì)技術(shù)都已被其掌握并國產(chǎn)化，其采樣分辨率從12～24位，包括同步與異步采集卡等，采樣頻率覆蓋了DC到數(shù) MHz。另外該公司推出一套完整的測(cè)試測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)通用平臺(tái)開發(fā)軟件XDesigner[47]，包括系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)管理、測(cè)試流程管理與數(shù)據(jù)采集等三個(gè)子模塊，整合了各類模塊化硬件和平臺(tái)化軟件處理，使用戶能靈活配置測(cè)試系統(tǒng)，其缺點(diǎn)也明顯，軟件內(nèi)部資源繁多，運(yùn)行緩慢，也未完全包含行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)完備的信號(hào)分析模塊，該軟件的具體應(yīng)用官方報(bào)道較少。另外，凌華科技有限公司也是 PXI/PXI-E總線測(cè)試系統(tǒng)硬件開發(fā)供應(yīng)商，其PXI-E機(jī)箱的帶寬已達(dá)8 GB/s，適合構(gòu)建超高速與超大容量的測(cè)試系統(tǒng)。該公司也未提供成套的測(cè)試系統(tǒng)軟件，軟件設(shè)計(jì)時(shí)，主要采用該公司的DAQMaster[48]管理系統(tǒng)和接口，并通過DLL調(diào)用在LABVIEW中驅(qū)動(dòng)板卡硬件，測(cè)試軟件開發(fā)和調(diào)試的難度比NI硬件平臺(tái)下更大。國內(nèi)還有成都天奧測(cè)控技術(shù)有限公司、縱橫測(cè)控技術(shù)有限公司開發(fā)的 PXI總線類測(cè)試系統(tǒng)，其硬件開發(fā)能力尚可，但軟件開發(fā)方面還大部分集中在應(yīng)用VC++開發(fā)平臺(tái)，除提供專用測(cè)試系統(tǒng)外，其提供板卡的DLL庫供用戶二次開發(fā)測(cè)試系統(tǒng)。在GPIB/VXI/LXI總線方面，國外Agilent公司和陜西海泰電子有限責(zé)任公司是主要產(chǎn)品提供商，在VXI總線方面主要是研制 VXI總線同步數(shù)采卡、波形發(fā)生器等，在GPIB總線方面主要是PXI/USB-GPIB接口卡，對(duì)于 LXI總線，主要是各類通用開關(guān)模塊、任意波形發(fā)生器，這類總線也提供相關(guān)驅(qū)動(dòng)程序供用戶進(jìn)行二次開發(fā)等。總而言之，基于總線式的測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建，硬件平臺(tái)主要依賴專業(yè)廠商的產(chǎn)品，測(cè)試軟件則由用戶根據(jù)自己的應(yīng)用需求自行完成設(shè)計(jì)。

在專用測(cè)試系統(tǒng)研制方面，國外的著名廠商有奧地利的Dewetron公司以及美國Nicolet尼高力公司（現(xiàn)在由德國HBM公司接管）、德國的m+p公司。其中Dewetron公司是開發(fā)動(dòng)態(tài)測(cè)試與瞬態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的知名公司，其提供測(cè)試系統(tǒng)軟硬件全套解決方案，其專用測(cè)試系統(tǒng)采用的總線主要是PCI/USB總線[49]，其數(shù)據(jù)采集分辨率為16～24位，同步采樣，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量達(dá) 1 TB，通過級(jí)聯(lián)，其測(cè)試系統(tǒng)的通道數(shù)可達(dá)1000通道以上。值得一提的是，該測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用軟件功能齊全，除實(shí)時(shí)測(cè)試和分析電壓、ICP、噪聲等多種參數(shù)，完成實(shí)時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和時(shí)頻分析外，還具有專業(yè)的SIMO、SIMO和MIMO模態(tài)分析軟件。美國的Nicolet公司主要從事瞬態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研發(fā)，其硬件架構(gòu)依然采用PCI總線背板結(jié)構(gòu)，采用上下位機(jī)組網(wǎng)形式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，上位機(jī)作為數(shù)據(jù)顯示與存儲(chǔ)器通過網(wǎng)絡(luò)向下位機(jī)發(fā)送測(cè)試命令，下位機(jī)將測(cè)試結(jié)果實(shí)時(shí)返回上位機(jī)顯示。單臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)的通道數(shù)達(dá)48個(gè)，同步采樣頻率為1 MHz。其高速數(shù)據(jù)采集軟件Perception[50]包含了瞬態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的時(shí)域、頻域分析模塊，與其他任何測(cè)試類應(yīng)用軟件相比，Perception 軟件采用專利技術(shù)StatStream技術(shù)。該技術(shù)采用數(shù)據(jù)的壓縮編碼技術(shù)，能在高速采集模式(1 MHz)下連續(xù)顯示測(cè)試的大量數(shù)據(jù)，10 GB的數(shù)據(jù)可在10 s內(nèi)播放完成，并且該軟件最大可支持1080個(gè)通道的信號(hào)分析。德國m+p公司是業(yè)界公認(rèn)的優(yōu)秀振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)供應(yīng)商，其振動(dòng)測(cè)試硬件產(chǎn)品采用LXI總線架構(gòu)設(shè)計(jì)，A/D采集精度達(dá)24位，軟件功能完備，著名的VibRunner振動(dòng)軟件提供振動(dòng)測(cè)試、模態(tài)分析、噪聲測(cè)試分析功能，VibCon軟件提供單軸、多軸振動(dòng)控制等功能，廣泛應(yīng)用于我國航天測(cè)試、兵器測(cè)試以及諸多大學(xué)試驗(yàn)部中。國內(nèi)著名的測(cè)試系統(tǒng)生產(chǎn)商是東方振動(dòng)與噪聲技術(shù)研究所，該所的測(cè)試系統(tǒng)主要以PCI總線和CPCI總線為主，數(shù)據(jù)采樣分辨率為24位，采樣頻率為102.4 kHz，動(dòng)態(tài)范圍為110 dB，最為知名的是其應(yīng)用軟件DASP[51]，其包含完整的聲學(xué)測(cè)試軟件、模態(tài)分析和動(dòng)力學(xué)分析軟件、振動(dòng)與沖擊計(jì)量系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械和故障診斷軟件等模塊，其硬件測(cè)試平臺(tái)技術(shù)含量低，主要以測(cè)試軟件研制為主。成都拓普測(cè)控技術(shù)有限公司采用 PCI總線設(shè)計(jì)多通道的瞬態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其軟件TopView2000[52]功能相對(duì)簡(jiǎn)單，但包含通用的沖擊測(cè)試信號(hào)分析模塊，如 GJB半正弦波套容差分析模塊、沖擊響應(yīng)譜分析模塊等，滿足常用沖擊測(cè)試的需要?？v橫測(cè)控的Signal View 通用信號(hào)處理軟件在國內(nèi)軍用 PXI/ VXI總線專用測(cè)試系統(tǒng)中也具有一定的應(yīng)用。另外，江蘇東華測(cè)試技術(shù)研究所在國內(nèi)振動(dòng)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)研制方面能力較強(qiáng)，其應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)主要基于USB與以太網(wǎng)模式傳輸數(shù)據(jù)，信號(hào)采集精度為 24位，其測(cè)試軟件采用VC++研制，功能相對(duì)簡(jiǎn)單。

綜上所述，國內(nèi)外專用測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試總線主要基于PCI/CPCI/USB/以太網(wǎng)組建，采樣分辨率為16～24位，硬件研發(fā)不是重點(diǎn)，各公司的核心競(jìng)爭(zhēng)力在其軟件功能的設(shè)計(jì)上，軟件設(shè)計(jì)體現(xiàn)在行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化以及行業(yè)信號(hào)分析完備化兩方面。

5　結(jié)語

從當(dāng)前總線類測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)看，測(cè)試系統(tǒng)研制應(yīng)向以下三方向發(fā)展。

1）走行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化儀器設(shè)計(jì)道路。硬件上，基于現(xiàn)有背板總線和數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)建通用測(cè)試硬件系統(tǒng)，而對(duì)于異常復(fù)雜的綜合測(cè)試系統(tǒng)，主要應(yīng)采用 LXI總線對(duì)各類總線類系統(tǒng)進(jìn)行集成，采用分布式測(cè)試架構(gòu)進(jìn)行組網(wǎng)測(cè)試。軟件上，充分調(diào)研行業(yè)功能需求，構(gòu)建行業(yè)功能標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試軟件系統(tǒng)，包括沖擊測(cè)試軟件與振動(dòng)測(cè)試軟件，軟硬件集成包裝形成產(chǎn)品，參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

2）應(yīng)用USB3.0、光纖高速傳輸總線等目前先進(jìn)的高速傳輸總線，增加硬線觸發(fā)信號(hào)，研制基于USB3.0總線以及光纖高速傳輸總線的 PC類儀器或便攜式儀器，并在采集模塊中增加LAN收發(fā)器，將USB3.0、光纖高速總線測(cè)試儀器與LXI總線進(jìn)行組網(wǎng)，設(shè)計(jì)硬線觸發(fā)與軟件觸發(fā)相結(jié)合的專用同步觸發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)混合總線測(cè)試系統(tǒng)的同步，滿足相當(dāng)復(fù)雜的高速分布式測(cè)試應(yīng)用需求。

3）研發(fā)分辨率≥24 bit 的高精度數(shù)據(jù)采集器是主流發(fā)展趨勢(shì)。

總之，必須加快先進(jìn)高精度混合總線測(cè)試系統(tǒng)的研制，為武器裝備環(huán)境試驗(yàn)測(cè)試能力提升奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

[1] 祝耀昌, 常文君, 傅耘. 武器裝備環(huán)境適應(yīng)性與環(huán)境工程[J]. 裝備環(huán)境工程, 2005, 2(1): 14—19. ZHU Yao-chang, CHANG Wen-jun, FU Yun. Environmental Suitability of Weapons and Environmental Engineering, 2005, 2(1): 14—19.

[2] 雷雨. 基于GPIB總線的接口模塊的研究[J]. 西華大學(xué)自然科學(xué)版, 2006, 25(4): 95—97. LEI Yu. Research of Interface Module Based on GPIB Bus[J]. Journal of Xihua University Natural Science, 2006, 25(4): 95—97.

[3] 張金, 王伯雄, 張力新. 基于LABVIEW的GPIB總線獨(dú)立儀器集成測(cè)試平臺(tái)[J]. 儀表技術(shù)與傳感器, 2010 (9): 13—15. ZHANG Jin, WANG Bo-xiong, ZHANG Li-xin. Independent Instrument Integrated Measurement Platform Based on LabVIEW Station and GPIB Bus[J]. Instrument Technique and Sensor, 2010(9): 13—15.

[4] 張小琴, 林建輝. LabVIEW環(huán)境下的GPIB總線虛擬儀器開發(fā)[J]. 中國測(cè)試技術(shù), 2004(1): 53—55. ZHANG Xiao-qin, LIN Jian-hui. Development of Virtual Instrument Based on GPIB Bus on LabVIEW Flat[J]. China Measurement Technology, 2004(1): 53—55.

[5] 張勇, 毛凱, 楊光, 等. VXI總線及其接口技術(shù)[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制, 2006, 14(8): 1072—1074. ZHANG Yong, MAO Kai, YANG Guang, et al. VXI-Bus and Interface Technology[J]. Computer Measurement & Control, 2006, 14(8): 1072—1074.

[6] 陳衛(wèi)兵, 任獻(xiàn)彬, 李相平. VXI總線測(cè)試系統(tǒng)及其總線控制方法[J]. 宇航計(jì)測(cè)技術(shù), 2003, 23(5): 46—49. CHEN Wei-bing, REN Xian-bin, LI Xiang-ping. VXI Bus Test System and Its Bus Controlling Method[J]. Journal of Astronautic Metrology and Measurement, 2003, 23(5): 46—49.

[7] 喻劍鋒, 宋忠平, 王仕成, 等. VXI總線控制方式及其性能分析[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制, 2003, 11(2): 114—117. YU Jian-feng, SONG Zhong-ping, WANG Shi-cheng, et al. VXI Controller′s Configuration and Performance Analysis[J]. Computer Measurement & Control, 2003, 11(2): 114—117.

[8] 高燕, 林建輝. 基于 VXI總線儀器協(xié)議的測(cè)試系統(tǒng)硬件構(gòu)成與數(shù)據(jù)處理方法[J]. 中國測(cè)試技術(shù), 2004 (2): 10—11. GAO Yan, LIN Jian-hui. Hardware Composing and Data Collection Method of Testing System Based on VXI Bus Instrument Agreement[J]. China Measurement Technology, 2004(2): 10—11.

[9] 鄒永顯, 閆存金. 基于 PXI總線的自動(dòng)測(cè)試方法研究[J]. 裝甲兵裝備技術(shù)研究, 2006, 2(1): 15—19. ZOU Yong-xian, YAN Cun-jin. Study on Auto Test Method based on PXI Bus[J]. Research in Equipment and Technology for Armoured Force, 2006, 2(1): 15—19.

[10] 湯秀芬, 魏鳳蘭. 基于PXI總線的虛擬儀器系統(tǒng)的探析[J]. 寧夏工程技術(shù), 2003, 2(1): 73—74. TANG Xiu-fen, WEI Feng-lan. Research and Analysis of Virtual Instruments on the Base of PXI Bus[J]. Ningxia Engineering Technology, 2003, 2(1): 73—74.

[11] 王培元, 吳國慶. 基于PXI總線的海防雷達(dá)檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制, 2018, 18(11): 2582—2584. WANG Pei-yuan, WU Guo-qing. Design of Testing System Based on PXI Bus for Coast Defence Radar[J]. Computer Measurement & Control, 2018, 18(11): 2582—2584.

[12] 張伏龍, 王濤. PXI總線測(cè)試體系與應(yīng)用[J]. 裝甲兵裝備技術(shù)研究, 2003(5): 39—43. ZHANG Fu-long, WANG Tao. Test System and Application of PXI Bus[J]. Research in Equipment and Technology for Armoured Force, 2003(5): 39—43.

[13] 孔凡全, 高晶晶, 婁開宇. 基于 PXI Express總線的雷達(dá)綜合測(cè)試系統(tǒng)[J]. 信息技術(shù), 2014 (1): 5—6. KONG Fan-quan, GAO Jing-jing, LOU Kai-yu. Radar Synthetic Test System Based on PXI Express Bus[J].Science & Technology Information, 2014(1): 5—6.

[14] 李紅杰, 孟升衛(wèi), 徐聰. 基于FPGA的PXI Express接口設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制, 2013, 21(1): 152—154. LI Hong-jie, MENG Wei-sheng, XU Cong. Design of PXI Express Interfacing Based on FPGA[J]. Computer Measurement & Control, 2013, 21(1): 152—154.

[15] 劉玄燁, 楊生勝, 秦曉剛, 等. 基于PXIe總線的高速數(shù)據(jù)采集程控系統(tǒng)[J]. 機(jī)電工程, 2015, 32(1): 60—63. LIU Xuan-ye, YANG Sheng-sheng, QIN Xiao-gang, et al. High-speed Data Acquisition System Based on PXIe Bus[J]. Journal of Mechanical & Electrical Engineering, 2015, 32(1): 60—63.

[16] 王志廣,崔佩佩. 基于PXIe-5641R板卡中頻地物雜波信號(hào)源設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制, 2013, 21(6): 1621—1624. WANG Zhi-guang, CUI Pei-pei. Design of IF Ground Clutter Resource Based on PXIe-5641R[J]. Computer Measurement & Control, 2013, 21(6): 1621—1624.

[17] 柴克廷, 樸成日, 崔漢國. 基于 PC總線虛擬儀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)工程, 2002, 28(2): 227—228. CHAI Ke-ting, PIAO Cheng-ri, CUI Han-guo. Design and Realization of Virtual Instrument Based on PC Bus[J]. Computer Engineering, 2002, 28(2): 227—228.

[18] 李國厚, 馮啟高. 基于PC的測(cè)量和儀器總線技術(shù)及其發(fā)展[J]. 電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào), 2000(z): 338—341. LI Guo-hou, FENG Qi-gao. Technology and Its Development of Measurement and Instrument Based on PC[J]. Journal of Electronics Measurement and Instrument, 2000(z): 338—341.

[19] 趙冬艷. PCIe高速串行總線技術(shù)應(yīng)用研究[J]. 戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈控制技術(shù), 2011, 28(1): 5—8. ZHAO Dong-yan. Application Technique Research of PCI Express[J]. Control Technology of Tactical Missile, 2011, 28(1): 5—8.

[20] 馬萍, 唐衛(wèi)華, 李旭志. 基于 PCI Express總線高速數(shù)采卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 微計(jì)算機(jī)信息, 2008, 24(25): 116—118. MA Ping, TANG Wei-hua, LI Xu-zhi. Design and Implementation of High-speed Data Acquisition Card Based PCI Express Bus[J]. Micro Computer Information, 2008, 24(25): 116—118.

[21] 曹欣廷, 劉亞斌. 基于 PCIe總線的紅外探測(cè)器圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電子設(shè)計(jì)工程, 2013, 21(22): 188—190. CAO Xin-ting, LIU Ya-bin. Design of Infrared Detector Image Acquisition System Based on PCI Express[J]. Electronic Design Engineering, 2013, 21(22): 188—190.

[22] 黃韜, 彭剛鋒, 樊江鋒. LXI——新一代測(cè)試總線技術(shù)[J]. 航空計(jì)算技術(shù), 2007, 37(1): 106—110. HUANG Tao, PENG Gang-feng, FAN Jiang-feng. LXI—A Next-generation Bus Technology[J]. Aeronautical Computing Technique, 2007, 37(1): 106—110.

[23] 劉龍, 王偉平, 劉遠(yuǎn)飛. 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J]. 飛機(jī)設(shè)計(jì), 2007, 27(4): 71—74. LIU Long, WANG Wei-ping, LIU Yuan-fei. Advances in and Future Tendency of Automatic Test System[J]. Aircrafe Design, 2007, 27(4): 71—74.

[24] 羅秋風(fēng), 肖前貴. 飛控 PXI型自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制, 2011, 19(4): 768—771. LUO Qiu-feng, XIAO Qian-gui. Implementation of Automatic Test System on PXI for Flight Control System[J]. Computer Measurement & Control, 2011, 19(4): 768—771.

[25] 徐欣, 周舟, 李楠, 等. 基于FPGA的PXIe總線DMA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 微處理器, 2010, 10(4): 10—13. XU Xin, ZHOU Zhou, LI Nan, et al. The Design and Realization ofPX Ie Bus DMA Based on FPGA[J]. Microprocessor, 2010, 10(4): 10—13.

[26] 兀穎. 基于USB3.0的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 西安: 中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所, 2013. TU Ying. Design of High Speed Data Acquisition System Based on USB3.0[D]. Xi′an: Xi′an Institute of Optics and Precision Mechanics of Cas, 2013.

[27] 謝秀峰. 基于 USB3.0的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 太原:中北大學(xué), 2015. XIE Xiu-feng. The Design of Data Acquisiion System Based on USB3.0[D]. Taiyuan: North University Of China, 2015.

[28] 岳孝忠, 裴東興, 王健. 基于 USB3.0接口高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 電子器件, 2015, 38(1): 140—143. YUE Xiao-zhong, PEI Dong-xing, WANG Jian. The Design of High-speed Data Acquisition System Based on the USB3.0 Interface[J]. Chinese Journal of Electron Devices, 2015, 38(1): 140—143.

[29] 儲(chǔ)俊, 甄國勇. 基于 USB3.0的高速讀數(shù)盒設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制, 2014, 22(9): 2912—2914. CHU Jun, ZHEN Guo-yong. Design of High-Speed Reading Box Based on USB3.0[J]. Computer Measurement & Control, 2014, 22(9): 2912—2914.

[30] 肖瞬金. 基于USB3.0超聲射頻信號(hào)的采集與傳輸系統(tǒng)[D]. 成都: 電子科技大學(xué), 2012. XIAO Shun-jin. Data Acquisition and Transmission of Ultrasonic RF Signal Based on USB3.0[D]. Chengdu: University of Electronic Science and Technology of China, 2012.

[31] 黃峰, 郭偉, 張雷, 等. 基于虛擬儀器的LXI總線導(dǎo)彈綜合參數(shù)測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制, 2010, 18 (7): 1579—1581. HUANG Feng, GUO Wei, ZHANG Lei, et al. Design and Realization of LXI-based Missile Test System Based on LABVIEW[J]. Computer Measurement & Control, 2010, 18 (7): 1579—1581.

[32] 宋文穎, 劉勇志, 馮林平. 基于LXI總線技術(shù)的慣導(dǎo)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 中國科技信息, 2010(16): 139—140. SONG Wen-ying, LIU Yong-zhi, FENG Lin-ping. Design for Networked Testing System of Inertial Navigation Platform Based on LXI[J]. China Science and Technology Information, 2010(16):139—140.

[33] 朱宏聲. LXI總線及其在軍用測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào), 2008(z): 356—359.ZHU Hong-sheng. The Applications of LXI Technology for Military Test System[J]. Journal of Electronic Measurement and Instrument, 2008(z): 356—359.

[34] 蔡遠(yuǎn)文, 梁曉朋, 同江. 基于LXI總線技術(shù)的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)[J]. 兵工自動(dòng)化, 2010, 29(5): 40—43. CAI Yuan-wen, LIANG Xiao-peng, TONG Jiang. Virtual Instrument Testing System Based on LXI Bus Technology [J]. Ordnance Industry Automation, 2010, 29(5): 40—43.

[35] 同江, 蔡遠(yuǎn)文. LXI總線在運(yùn)載火箭測(cè)試中的應(yīng)用[J].導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù), 2009(2): 45—47. TONG Jiang, CAI Yuan-wen. Application of LXI Bus in Test System for Launch Vehicles[J]. Missile and Space Vehicle, 2009(2): 45—47.

[36] 易峰, 吳曉波. Σ-ΔA/D轉(zhuǎn)換器中抽樣濾波器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J]. 微電子學(xué), 2009, 39(3): 297—301. YI Feng, WU Xiao-bo. Design and Opt Imization of Decimation Filter in A/D Converter[J]. Microelectronics, 2009, 39(3): 297—301.

[37] 韓毅. 24位 A/D以太網(wǎng)接口雙路加速度采集系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器, 2008 (7): 39—42. HAN Yi. Ethernet Interface Dual Acceleration Acquisition System With 24 bit A/D Converter[J]. Instrument Technique and Sensor, 2008(7): 39—42.

[38] 李威. 寬頻地震儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制[D]. 長(zhǎng)春: 吉林大學(xué), 2006. LI Wei. The Data Acquisition System of Broad Band Seismic Recorder[D]. Changchun: Jilin University, 2006.

[39] 謝大剛, 侯冬云, 喻菁, 等. 基于虛擬儀器技術(shù)的電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 裝備環(huán)境工程, 2008, 5(5): 68—70. XIE Da-gang, HOU Dong-yun, YU Jing, et al. Design of Power Grids Monitoring System Based on Virtual Instrument Technique[J]. Equipment Enviromental Engineering, 2008, 5(5): 68—70.

[40] 陳秀芳. VC++中DLL的實(shí)現(xiàn)及其在數(shù)據(jù)采集控制中的應(yīng)用[J]. 信息技術(shù), 2004, 28(7): 92—94. CHENG Xiu-fang. Realization of DLL Driver in VC++ and Its Applications in Data Collection[J]. Information Technology, 2004, 28(7): 92—94.

[41] 許劍, 鄒小芳, 王建華. 在LabVIEW中利用DLL實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集[J]. 微計(jì)算機(jī)信息, 2008, 24(13): 95—96. XU Jian, ZOU Xiao-fang, WANG Jian-hua. Realization of Data Acquisition with DLL in LabVIEW[J]. Micro Computer Information, 2008, 24(13): 95—96.

[42] 鐵勇, 羅忠, 白鳳山. 用動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)實(shí)現(xiàn)并口高速數(shù)據(jù)采集[J]. 內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2001, 32(6): 679—681. TIE Yong, LUO Zhong, BAI Feng-shan. Implementation of High Speed Data Acquisition through LPT by DLL[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis NeiMongol, 2001, 32(6): 679—681.

[43] 王少紅, 徐小力. LabVIEW下國產(chǎn)數(shù)據(jù)采集卡DLL的設(shè)計(jì)[J]. 北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào), 2003, 18(3): 9—13. WANG Shao-hong, XU Xiao-li. The Design of DLL for the Domestic DAQ Card in LabVIEW[J]. Journal of Beijing Institute of Machinery, 2003, 18(3): 9—13.

[44] 袁永, 段奇智, 張毅, 等. 油井?dāng)?shù)據(jù)采集及高效DLL函數(shù)數(shù)據(jù)傳輸性能實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程, 2013, 41(10): 1628—1631. YUAN Yong, DUAN Qi-zhi, ZHANG Yi, et al. Realization of Data Collection and Efficient Transmission for Oil Well Based on DLL Function[J]. Computer & Digital Engineering, 2013, 41(10): 1628—1631.

[45] 侯志武, 褚金奎, 張段芹. 基于ActiveX控件的圖象采集系統(tǒng)[J]. 微計(jì)算機(jī)信息, 2008, 24(30): 306—308. HOU Zhi-wu, CHU Jin-kui, ZHANG Duan-qin. An Image Acquisition System Based on ActiveX[J]. Micro Computer Information, 2008, 24(30): 306—308.

[46] 金華強(qiáng). 基于ActiveX技術(shù)的壓縮機(jī)性能測(cè)試數(shù)據(jù)采集模塊的封裝[J]. 儀表技術(shù)與傳感器, 2009(8): 108—110. JIN Hua-qiang. Encapsulation of Refrigeration Compressor Performance Test Data Acquisition Module Base on ActiveX Technique[J]. Instrument Technique and Sensor, 2009(8): 108—110.

[47] PANSINO. XDesigner[EB/OL]. 2014. http: //xdesigner. pansion-solutions.com.

[48] ADLINK Technology inc. DAQ Master[EB/OL]. Oct 07, 2014.http://www.adlinktech.com/PD/web/PD_Search.php ?keyword=DAQMASTER&cx=01681564084177426701 8%3A0ztywcaljra&cof=FORID%3A9&ie=UTF-8&oe=ut f-8&adv_category=All.

[49] 奧地利德維創(chuàng)有限公司. 德維創(chuàng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)品列表[EB/OL]. 2016. http: //www.dewetron.com.cn. DEWETRON GmbH, AUSTRIA. DAQ Equipments list of dewetron[EB/OL]. 2016. http://www.dewetron.com.cn.

[50] HBM Test and Measurement. Perception高速數(shù)據(jù)采集軟件介紹[EB/OL]. 2016. http: //www. hbm. com/cn/ menu/support/softwart-firmware-download/data-acquisito n-systems/genesis-highspeed. HBM Test and Measurement. Software Introduce of High-speed DAQ of Perception[EB/OL]. 2016. http:// www.hbm.com/cn/menu/support/softwart-firmwaredownload/data-acquisiton-systems/genesis-highspeed.

[51] 東方振動(dòng)和噪聲技術(shù)研究所. DASP軟件[EB/OL]. 2015. http://www.coinv.com/product_9.html. China Orident Institute of Noise&Vibration. DASP Software[EB/OL].2015.http://www.coinv.com/product_9. html.

[52] 常安, 張亞迪, 田翠華, 等. PCI-20612并行數(shù)據(jù)采集卡在過電壓在線監(jiān)測(cè)裝置中的應(yīng)用[J]. 電子元器件應(yīng)用, 2008, 10(10): 18—21. CHANG An, ZHANG Ya-di, TIAN Cui-hua, et al. Application of PCI-20612 Parallel DAQ Card in Over-Voltage Watching on line Equipment[J]. Electronic Component &Device Applications, 2008, 10(10): 18—21.

Technique Status and Development Direction of Bus-type Test System

ZHANG Rong, WANG Jue, ZHOU Ji-kun, ZHANG Yi, ZHENG Min
(Institute of Systems Engineering, CAEP, Mianyang 621900, China)

The work generalizes the mainstream bus architecture form of current testing systems and analyzes their performances and applications. It researches the main software design techniques state for current test systems and then puts forward the main direction of future development of testing system. To satisfy future complex test requirements, the main design direction of test systems is to develop large-scale and high precision mixed test systems based on LXI bus. In the aspect of hardware design, VXI/PXI/PXI-Express/PCI-Express/USB3.0 bus will be integrated by local area network to satisfy low-speed, high-speed and high precision data acquisition and transmission requirements. In the aspect of software design, it is necessary to research and develop a software system that has completed functions and can meet the needs of special applications according to industrial standards and needs.

testing equipment; bus architecture; network distributed system; software and hardware design technique; USB3.0 bus

2016-05-14；Revised：2016-06-03

10.7643/ issn.1672-9242.2016.05.025

TJ06

A

1672-9242(2016)05-0151-09

2016-05-14；

2016-06-03

中國工程物理研究院總體工程研究所基地建設(shè)基金PXI-64

Fund：PXI-64， Base Construction Fund， Institute of Systems Engineering， CAEP

張榮（1979—），男，四川資陽人，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)闇y(cè)試系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)技術(shù)以及測(cè)試技術(shù)研究。

Biography：ZHANG Rong（1979—）， Male， from Ziyang， Sichuan， Master， Senior engineer， Research focus: hardware and software design of test and control system and test technique.