LXI总线技术特点及其在分布式测试与诊断系统中的应

图2 分布式测试与故障诊断系统结构

3.2 同步测试的实现策略

在分布式测试与故障诊断系统中，同步测试、同步试验是一个非常普遍的需求。VXI仪器可以通过背板总线触发实现同步测试，但是这种方法对于同一机箱内的模块之间是可行的，对于不同机箱之间就难以实现同步。LXI仪器提供了三种同步触发机制：网络消息触发，IEEE－1588时钟同步触发和触发总线。下面将分析这三种机制的实现机理并提出远程测试与故障诊断系统的同步实现策略。

3.2.1 网络消息触发

实现网络消息触发的系统结构如图3所示，多个LXI设备之间通过交换机或集线器连接在一起，网络触发消息可以由计算机发给所有设备，或者由其中一个设备发给其它所有设备，这样就可以实现一点对多点的触发应用，因为触发消息在网络间的传递是采用标准UDP网络协议，不需要网络握手，所以网络延时比采用TCP/IP协议时小的多；另外，触发消息也可以由其中一个设备发给同一网段中的另一个设备，这是点对点的触发方式。采用网络消息触发的优点是：

1) 比通过软件触发有更大的灵活性

2) 不需要专门的触发线

3) 没有距离的限制

4) LXI模块之间可以相互协调，排除了计算机处理速度的瓶颈影响，从而减小了网络延时

图3 网络消息触发的系统结构图

3.2.2 IEEE-1588 时钟同步触发

IEEE-1588的时钟同步网络拓补结构如图4所示。在网络中选择其中一个LXI仪器做为主时钟仪器，其它仪器为从时钟仪器。同步原理如图5所示。

图4 IEEE-1588网络时钟同步结构图

主时钟向所有从时钟发出一个同步信息包（简称SyncMessage 信息），而且这个信息包中包含有信息发出的精确时间，假设主时钟发出信息包的精确时间为T1。

从时钟接收同步信息包，假设从时钟接收到信息包的时间为T2。T2=T1-offset＋delay1，delay1为网络延时。

然后，从时钟在T3时刻发出延时请求信息包（简称DelayMessage）,主时钟在T4时刻收到这个信息包。T3=t4-offsetdelay2。delay2为网络延时。

主时钟最后给从时钟发送一个延时响应信息包（简称DelayResp）这个信息包中含有T4这个时间。

这样，从时钟就已知了T1、T2、T3和T4这四个变量，假设主、从时钟之间的网络延时是对等的，可以用下面的公式计算出从时钟与主时钟之间的偏差，从而每个从时钟校准自己的时间。

Delay=(delay1+delay2)/2

Delay=(T2-T1+T4-T3)/2

Offset=T1-T2＋delay

在上面的公式计算中，我们假设了网络延时是对等的，但在实际的工程应用中，网络延时不可能完全相同，所以就存在主时钟和从时钟之间的同步误差，这个误差小于100ns[3]。

图5 1588时钟同步的原理图

测试系统利用1588时钟同步时，触发信号是告诉各个器件何时启动输出它的信号,因为每个器件根据指定的时间启动，而不是根据何时接收到以太网发出的命令来启动，所以以太网的开销或延迟时间对被触发器件没有影响。所以1588网络时钟同步触发方式特别适用于分布式远距离同步数据采集等测试任务，不用单独连接触发电缆，且不受距离的限制。

3.2.3 LXI 触发总线

LXI 触发总线配置在A 级模块,它是8线的多点低压差分系统(M2LVDS) 总线,可将LXI 模块配置成为触发信号源或接收器,触发总线接口亦可设置成“线或”逻辑。每个LXI 模块都装有输入输出连接器,可供模块作菊形链接。LXI 触发总线与VXI 和PXI的背板总线十分相似,它们可配置成串行总线或星形总线如图6所示。这种触发同步方法充分利用了VXI 和PXI 触发总线的优点，同步精度很高，主要取决于触发总线的长度，大约是5ns/米。适用于测试仪器相互靠得很近的应用系统。

图6 LXI触发总线使用方法

综上所述，网络消息触发、IEEE-1588时钟同步触发和触发总线三种方式的同步精度依次递增。1588网络时钟同步精度小于100ns，触发总线的同步精度是5ns/米，而网络消息触发由于受到网络传输延时的影响，同步误差在毫秒级，所以在本系统中采用1588时钟同步和触发总线两种方式相结合来实现同步测试。如果对于某个监测点需要采集多个信号，而且具有同步要求，可以将LXI模块采用触发总线连接起来，控制计算机只要通过网络启动其中一台仪器工作，其它仪器都可以实现同步工作；在不同监测点之间可以通过IEEE-1588网络时钟同步协议来实现整个系统得同步。

3.3 减小网络延时的方法

LXI仪器采用网线与测试计算机相连接，所以数据传输距离要比GPIB仪器和VXI仪器远的多，可以说不受距离的限制。但是，随之而来的问题是测试延时的问题，通常从计算机发出一个测试命令，到LXI仪器返回数据大约需要70us的时间，最长可达1ms，主要取决于网络握手的速度。对于实时性要求高的测试系统来说，可以通过下面这些手段来减小网络传输延时对测试的影响。

1) 采用SCPI命令直接对LXI仪器进行编程控制，可以提高速率，因为采用上层驱动程序时，需要将参数解析成SCPI命令。