LXI虎视眈眈下的仪器总线格局

    开放式仪器总线已经普遍应用到测试仪器中，而总线格局正酝酿着翻天覆地的变化，这一切也许是源于LXI总线接口技术的快速普及。近日，备受关注的LXI产业联盟在北京召开了高峰论坛，共同探讨LXI总线的未来发展。与此同时，这也是邀请中国企业加入LXI联盟的一个重要信号，目前国内已经有包括北京航天测控等3家企业正式加入LXI联盟。

    在LXI标准出现仅仅数年的时间里，已经引发了仪器总线行业的高度关注和参与。目前已经有53个公司加入成立不足3年的LXI联盟，总共推出超过300种支持LXI的仪器产品，这些产品仅2007上半年的累计销售额超过1亿美元。更为重要的是，除了LXI最重要的发起者安捷伦之外，多家业内知名企业已经明确表态，他们的绝大部分新产品将支持LXI，对于其他标准来说LXI确实来势汹汹。

    我们不妨回顾一下LXI与其他总线技术的简单发展，也许更能清楚其对整个测量仪器接口总线市场的冲击。自1966-2006年的40年间，电子测量仪器业前后有4种开放式仪器总线或接口得到认同，它们是GPIB（IEEE488）、VXI（IEEE1515）、PXI 和 LXI ，前两种是获得 IEEE 认证的国际级标准，后两种是业界的事实上标准。 GPIB 由惠普公司单独开发，当时集成电路只有小规模芯片，PC 电脑还未问世，测量仪器大部分是台式和机架式产品，GPIB 作为程控仪器总线实在是非常前卫的构思。即使 GPIB 总线推出至今40年，大部分台式仪器己经变成内嵌有微处理器智能仪器，GPIB仍然继续发挥它的作用。VXI和 PCI分别是在1980年代和1990年代出现了PC 电脑、虚拟仪器之后，将 PC 电脑的外设总线扩充成为模块仪器总线的成功产品，VXI总线构建在 VME外设总线基础上，PXI构建在 PCI 外设总线基础上。VXI 采用笼式机箱、3种模块尺寸、即插即用驱动器、快速时钟总线、虚拟仪器接口、虚拟面板、标准语句等都是不错的扩展。可惜 VXI 主要针对国防军事用户，成本较高，适合高档仪器而不易普及到更广泛的民用仪器。国家仪器公司吸收了GPIB和VXI的优点，采用传输速率更高的PCI总线、简化结构、降低成本、扩大应用。除 RF 频段以外，当前 PXI 模块仪器开始取代 VXI 而成为模块仪器的业界事实上标准。 
          
    很明显，已经存在了30多年的GPIB固然得到了全世界的认同，但已经无法适应新的测量仪器的数据传输需求，电缆价格高而且速度缓慢，于是进入新世纪，曾经作为GPIB和VXI主要供应商的安捷伦开始从VXI总线模件仪器市场淡出，并出售VXI仪器产品线，转而开发一种可替代 GPIB程控仪器总线，但性价比更高，寿命超过25年的下一代军民两用开放式仪器总线。安捷伦放弃 VXI 、PXI 的传统做法，不再选用 PC 外设总线扩充作为仪器总线，而选用性能不断提高，预期具有更长寿命的以太网络作为基础，扩展成为 LXI 仪器接口总线。 

    从 LXI 标准 1.0可知，LXI 完全保留以太网的高速串行传输特点，电缆、连接器、集线器、网关的规格不变。在此基础上增加仪器网页和虚拟面板，构成最简单的 LXI C类模块仪器，亦即 LXI 兼容仪器。测量仪器系统往往需要时钟定时和同步，LXI 标准在 A类模块基础上引入 IEEE1588 网络定时同步协议，使入网模块仪器获得 1us 级的同步偏差，构成 LXI B类模块仪器。在 B类模块基础上增加硬件的定时同步总线，使入网模块达到 10 ns 级的同步偏差，构成最高级的 LXI A类模块仪器。目前，LXI接口采用多芯铜缆的最高串行传输速率是每秒1000Mb。从 LXI 标准的设计构思可见，LXI 的 3类模块从低到高将不同标准的仪器广泛地纳入 LXI 测量系统内。只要装有以太网接口, 各种 GPIB 、VXI 和 PXI 仪器都可通过软件升级成为 LXI C类或 B类仪器，对于小部分要求 10 ns 级同步偏差的数字仪器，才需要使用硬件触发同步。与在 PC 外设总线基础上扩充的 VXI 和 PXI 总线不同，LXI 接口避免使用增加时钟线、本地触发线达到时间同步的单一办法，分成 A、B、C、三类不同级别的模块, 显得更加合理。LXI充分利用以太网的高速串行传输资源，尽量使用软件扩展，少用硬件扩展的办法，使组网成本降低。

    对于LXI来说，推广的最大优势在于GPIB在仪器行业的广泛应用所打下坚实的基础。几乎所有仪器上都曾经或正在采用GPIB接口，而LXI可以完全兼容GPIB，并且只需要把软件中的GPIB地址转换为通用的IP地址即可实现在LXI仪器上的无缝平移，从而实现LXI所提供的速度优势、时间触发和软硬件触发等多种优势。可以说，LXI已经成为GPIB最完美的替代者。

    如果我们只是简单的把LXI看作是GPIB的替代者未免过于低估了LXI的实力。LXI接口总线在一定程度上博采了 GPIB 、VXI、PXI  的长处，避开它们的短处，几乎是承先启后、兼容并蓄，仅从安捷伦为了LXI放弃VXI的举动足以证明其对LXI的期许，不仅如此，1年半的时间就推出了30多款LXI仪器产品足以证明其决心。更为重要的是，LXI是伴随着以太网的扩展而不断演进的，随着10Gbit/s以太网的发展，以太网架构可以向下兼容。这样LXI完全可以通过以太网实现全球接入、使用方便、经济实用的开放式仪器接口，无疑这是LXI最大的商机和意义。

    当然，现在断言LXI将取代VXI、PXI还为时过早，毕竟LXI不是模块化结构，虽然不需要0槽和1槽控制器简化了架构，但无疑再在传输速度和安全方面都还不及两位前辈。不过LXI一个很重要的功能就是可以支持与VXI、PXI产品的和谐共同工作，这无疑加大了LXI普及的砝码，也许当VXI、PXI蓦然发现已经被LXI包围之时，才是LXI真正成功之日。