LXI总线技术综述

70年代初，由HP公司推出的GPIB(通用仪器总线)成为了第一代的仪器总线IEEE488标准。它的通用性大大地促进了当时的测量仪器和测量系统的发展。从此，电子测量仪器业界开始投入更多的人力物力致力于探索更快、更可靠的仪器总线。

80年代中期，由VXI总线联合体开发的VXI总线成功地减小了仪器系统的尺寸，推动了模块仪器系统的发展。进入90年代，各种测量仪器总线层出不穷，诸如USB(通用串行总线)、CAN（控制器局域网）、Fieldbus（现场总线）等都进入了测量仪器的系统。其中，以基于PCI（Peripheral Component Interconnect）的PXI仪器总线最为引人注目。因此，可以说GPIB、VXI、PXI仪器总线分别代表了计算机技术8位、16位、32位总线的相应水平。然而，90年代出现的以PXI为代表的各类仪器总线事实上并未得到象GPIB和VXI那样的广泛认可。因此为了更好的发展测量仪器系统，开发一种的新型仪器总线势在必行。

于是，Agilent公司和VIX科技公司在2004年9月联合推出了新一代基于LAN的模块化平台标准－LXI（LAN-based eXtensions for Instrumentation）。它集台式仪器的内置测量科学及PC标准I/O连通能力和基于插卡框架系统的模块化和小尺寸于一身,满足了研发和制造工程师为航天/国防、汽车、工业、医疗和消费品市场开发电子产品的需要。

LXI简介

Agilent公司和VXI科技公司共同合作，于2004年9月14日在美国加州PALOALTO提出一种新型仪器接口规范，全称为LAN-based eXtensions for Instrumentation(局域网的仪器扩展)，简称LXI。它基于著名的工业标准以太网（Ethernet）技术，扩展了仪器需要的语言、命令、协议等内容，构成了一种适用于自动测试系统的新一代模块化仪器平台标准。见下图


LXI特点

为了满足和PC标准I/O的需求，几个T&M供应商开始将LAN和USB接口应用到所有新的电子仪器上且获得了业界的认可和广泛使用。LXI标准将这一特点继续延伸，通过去除前面板、显示器和扩展卡部分为配置系统缩小了物理尺寸。它将提供高可靠性、低成本、灵活紧凑、性能优异的自动测试系统。

LXI开放式接口标准由LXI联合体(LXI consortium)管理。该组织作为非盈利组织主要负责开发、支持和推进LXI标准。LXI模块带有处理器、电源、触发输入和以太网连接，模块尺寸为全宽或半宽1U或2U的标准机箱，作为虚拟仪器由外部的个人计算机控制。价格比台式或VXI模块便宜并易于重新配置，可再用和可扩展，显示出LXI模块和系统具有很大的潜力，进入市场后将受业界和用户的喜爱。

虽然正式的LXI产品是在2005年推出，但是按照这种开放式测量仪器标准草案生产的样机已在2004年10月的LXI联合体成立大会上展出了。它们是EX1629精密应变计和EX1048精密温度计。目前Agilent公司N6700带有面板显示和键盘前面板，以及具有GPIB/LAN/USB三种接口的模块。正式的LXI仪器，前面板是没有显示和旋钮的“盲面板”。

概括起来LXI有5大特点：
（1）开放式工业标准――LAN和AC电源是业界最稳定和生命周期最长的开放式工业标准，也由于其开发成本低廉，使得各厂商很容易将现有的仪器产品移植到该LAN—Based仪器平台上来。

（2）向后兼容性――因为LAN—Based模块只占1/2的标准机柜宽度，体积上比可扩展式（VXI，PXI）仪器更小。同时，升级现有的ATS（Automatic Test Systems）不需重新配置，并允许扩展为大型卡式仪器（VXI，PXI）系统。

（3）成本低廉――在满足军用和民用客户要求的同时，保有现存台式仪器的核心技术，结合最新科技，保证新的LAN－Based模块的成本低于相应的台式仪器和VXI/PXI仪器。

（4）互操作性――作为合成仪器（Synthetic Instruments）模块，只需30～40种左右的通用模块即可解决军用客户的主要测试需求。如此相对较少的模块种类，可以高效且灵活地组合成面向目标服务的各种测试单元，从而彻底降低ATS系统的体积，提高系统的机动性和灵活性。

（5）新技术及时方便的引入――由于这些模块具备完备的I/O定义文档（由军标定义），所以，模块和系统的升级仅需核实新技术是否涵盖其替代产品的全部功能。

LXI标准的3个等级

不同的LXI应用要求催生出不同的功能需要，比如决定机制、同步机制、触发机制和可预测软件驱动互操作性等，涉及工作平台、功能测试、分布式数据获取、远程智能传感器等各个方面，大大超越了对于一般以太网（plain vanilla Ethernet）的应用要求，网络互操作性是其基本要求。根据“物以类聚”的原则，可以获得三个功能团：第一个功能团需要被测数据点之间的紧密相位关系，即确定性的硬件触发机制；第二个功能团需要连续总线上的精确触发实现同步；最后一个功能团对触发和时间控制要求不高，但必须保证合格的网络通信。
鉴于此，国际LXI协会初步将基于LXI的仪器分为三个等级：


LXI与VXI、PXI的比较

VXI是指VME总线对于仪器的扩展，它基于已经在数字计算机中适用的VME总线，将计算机总线于仪器总线和为一体。VXI总线是第一代真正的开放式标准，它具有高速的数据传输、较好的灵活性、测试系统小型化以及相对传统仪器而言较低的成本等特点。但是，由于VXI基于过时的VME总线，而现代计算机不支持这种结构，所以它不能很好地利用PC技术的优势，从而也无法将主流软件的低成本、高性能等好处带给用户。

PXI是PCI总线在仪器领域的扩展，是另外一种开放式、模块化仪器总线规范。PCI是目前实际标准总线。PXI总线与VXI总线有多相似之处。如两者均为开放式模块化仪器总线规范；都采用嵌入式控制器；相对传统仪器而言都可以利用多种操作系统和开发工具且均采用标准机箱并形成多机箱系统。但是，PXI的体积更紧凑，传输速度更快，设备成本更低，而且目前基于PCI总线的软硬件均可以应用在PXI系统中。不过，由于PXI机箱的插槽数目、电源品种和提供的最大功率均低于VXI系统相应指标的上限值，且尚未被IEEE定为正式标准，缺乏仪器领域最有影响厂家如Agilent和Tek的参与。这些厂家生产的产品如逻辑分析仪都直接采用PCI总线背板提高传输速率，而不是依靠PXI总线背板。

所以，PXI总线的发展和推广受到了一定限制。LXI测量仪器接口规范主要针对小型和中型测量仪器系统的应用，系统价位从1万美元到2万美元开始，更大的仪器系统建议使用VXI，此时系统的价位也更高。因此有人认为，LXI的应用定位与PXI大体相同，但覆盖范围更宽，成本亦稍低，今后LXI与PXI是竞争对手。

但是，也有人认为LXI更多的是在测试制造业向台式仪器和VXI挑战，而不是针对PXI。因为LXI测试和测量模块最适合用于设计验证和制造测试系统。LAN连通能力使模块能驻存在世界任何地方，或从世界任何地方访问。LXI模块本身已带有自己的处理器、LAN连接、电源和触发输入且容易混装各种功能的模块。已经加入LXI联合体的Pickering Interface公司是PXI产品的供应商，它的开发部门经历David Owen认为LAN基接口仪器的发展是对其公司PXI业务的补充。David Owen说：“LXI的环境将更好地适合于高性能参数的仪器开发。我们希望基于PXI系统和LXI的仪器，在很多的测试系统中共存，使得每一种模块的服务功能都是最合适的。”

总之，无论LXI总线的出现会带给业界带来何种的冲击和影响，对于测量仪器的用户而言，多一种选择都是一种好事。而且将来的测试系统不一定局限于仅仅使用某一种总线或者模式，其最佳的结果就是这种系统或者环境能够兼容其它各种总线和测试系统，并且使它们不但能最大地发挥自己的功能和优势，而且可以相互进行数据的传输和资源的共享。（见下图）


LXI面临的一些问题

虽然LXI的出现无疑会带给业界很多的好处，但是一些新的问题也可能会随之产生，例如，使用虚拟面板控制，仪器远程控制等方面存在的一些问题，以及新型的设备可能会带给设备的维护、故障诊断和保障企业数据安全等方面提出更高的要求。实物前面板控制很直观，从最短的途径在最短时间内实现测试条件的变化，虚拟面板通过鼠标、键盘设置参数，驱动软件和通信链路的质量都会影响到测试结果的可靠性。而且大多数工程师希望仪器系统可以组建自己的网络，建立直接的计算机－仪器链路，而不是进入仪器网或者广域网，从而既防止测试仪器受到其它设备的干扰，也保障了企业数据的安全。因此，工程师目前比较习惯于从仪器的前面板实施参数设置和观察测量结果，然后通过以太网与联网的计算机进行数据传输。

此外，现在的网络监控系统还存在一些欠缺。例如，远程控制中最关键的网络通信技术在传输的数据量、编程的灵活性以及安全性等方面都有很大的不足之处，尤其是现场的多点数据采集会加大编程的复杂程度。而且传统方法难以解决网络中多种结构间的通信需要，甚至不同的工作平台以及使用编程语言的不同也会影响到数据的正常交流。因此，LXI接口规范除了解决如何将仪器引入网络的问题之外，还需要考虑以上一些包括网络和数据安全等方面的问题。