概覽

　　歡迎使用《設計下一代測試系統的開發者指南》。該指南收集了許多與測試系統設計相關的白皮書，可以幫助您在開發測試系統時降低成本、提高測試吞吐量并擴展對未來需求的支持。本書提供了一個關于構建模塊化、軟件定義RF平臺的案例研究。如欲閱讀完整的開發者指南，您可以：下載PDF版本(共90多頁)或者查看《設計下一代測試系統的開發者指南》的電子版本。查看《設計下一代測試系統的開發者指南》的網頁版本。

　　儀器控制總線簡介

　　1997年惠普(現變更為安捷倫)堅稱IEEE 1394非常適合作為儀器控制領域的新引領性總線技術。鑒于IEEE 1394的潛力，HP放棄了當時的領先技術GPIB。但在過去的十年中，IEEE 1394除了在圖像領域外，卻僅僅是儀器中可選的邊緣總線。盡管如此，仍有一些測試與測量公司還在繼續嘗試通過確定一種單一的儀器控制總線，以替代所有其它總線。雖然其它總線技術已經被確證在滿足廣泛應用需求方面比IEEE 1394更為成功，但即使是GPIB——在過去40年中最廣泛采用的儀器控制標準——也不能聲稱擁有絕對優于所有其它總線的性能。 如今，USB、PCI Express和以太網/LAN，作為儀器控制中頗具吸引力的可選通信選擇備受關注。一些測試與測量廠商和業界專家已經聲稱，這些總線之一，就其本身就能代表一種適合所有儀器需求的解決方案。實際上，由于總線各有特點，因此兩種或以上的總線技術很可能會在未來的測試與測量系統中繼續共存。

　　如今測試工程師所要面臨的挑戰，不是選擇單個總線或平臺，然后在此基礎之上統一各個單一應用，而是選擇一個適合某個具體應用(甚至一項應用的某個具體部分)的總線或平臺。本文對最通用的儀器總線進行了直接比較，以便測試工程師在選擇滿足特定應用需求的總線和平臺技術時，能夠作為明智的選擇。本文將要討論的具體總線技術包括GPIB、USB、PCI、PCI Express和以太網/LAN/LXI。

　　了解總線性能

　　首先，為了對不同總線的評價和比較設定標準，簡述儀器控制總線相關的性能標準至關重要。

　　帶寬

　　在考慮可選擇的總線的技術特點時，帶寬和時延是兩個最重要的總線特性。帶寬度量的是總線傳送數據的速率，常用單位為MB/s(每秒鐘106字節)。總線帶寬越高，在給定時間內傳送的數據就越多。大多數用戶認識到帶寬的重要性，是因為帶寬影響著他們的數據是否能夠以與采集或產生相當的速率通過總線傳送至一個共享主機處理器或通過主機處理器傳送到設備，他們的儀器將需要多大的板上內存。帶寬對于一些應用(如復雜波形發生和采集以及RF和通信應用)非常重要。高速數據傳輸對于虛擬、合成儀器架構特別重要。一個虛擬或合成儀器的功能和特性是由軟件定義的，在大多數情況下，這意味著數據必須被傳送到主機進行處理和分析。

　　時延

　　時延度量的是數據通過總線傳輸導致的延遲。打個比方，如果把一個儀器總線比作一條高速公路，帶寬就相當于車道數和車輛行駛速度，而時延就相當于由上下岔口引起的延遲。具有低(即較好)時延的總線，會在傳送數據的一端和處理數據的另一端間引入較少的時間延遲。時延雖然不像帶寬那樣引人注意，但對于沿總線傳送一連串較短的、變向命令時，例如數字萬用表(DMM)與開關間的握手、儀器配置等一些應用有直接影響。

　　基于消息與基于寄存器的通信

　　采用基于消息通信的總線一般較慢，因為這種通信模式增加了命令解釋和在數據前后填充命令的開銷。采用基于寄存器的通信，數據傳送則是通過對設備上的硬件寄存器直接讀出或寫入二進制數據完成，因此傳輸速度較快。基于寄存器的通信協議在PC的內部總線中最為常見，在這里，互聯的物理距離較短，而吞吐量要求最高。基于消息的通信協議，對于遠距離傳送數據較為有用，這種情況下，較高的開銷成本也是可以接受的。應當指出的是，時延和帶寬度量部分地取決于總線采用基于消息通信還是基于寄存器通信，所以這些度量中也部分包含了這個參數。

　　大范圍下的性能

　　對于遠程監測應用和涉及大的地理范圍的測量系統，范圍變得非常重要。在這類應用中，性能可以視為與時延的折中，因為檢錯和消息填充能夠克服通過較長距離線纜傳送數據的物理限制，但也會增加發送和接收數據的時延。

　　儀器設置與軟件性能

　　儀器配置和軟件性能方面的易用性是本文所涉及的最為主觀的評價準則。因此關于這一點的討論卻很重要的。儀器設置描述了“非常規”的用戶體驗和設置時間。軟件性能則涉及到用戶如何方便地找到交互式向導或標準編程API(如VISA)，從而實現與儀器的通信和控制。

　　連接器的魯棒性

　　總線所用的物理連接器會影響該總線是否適合工業應用，是否需要額外的工作以“加固”儀器與系統控制器間的連接。

　　儀器控制總線比較(GPIB、USB、PCI、PCI Express和以太網/LAN/LXI)

　　GPIB

　　我們研究的第一個總線是IEEE 488總線，較為熟悉的稱謂是GPIB(通用接口總線)。GPIB是一種在業界已經得到證明的專為儀器控制應用設計的總線。GPIB在過去30年來一直是魯棒的、可靠的通信總線，由于其低時延和可接受的帶寬的特點，GPIB目前仍然是儀器控制中最常見的選擇。GPIB的優勢在于為業界廣泛采納，并有超過10,000種儀器模型帶有GPIB接口。

　　由于其最大帶寬為1.8 MB/s，GPIB最為適合與分立儀器通信，并對分立儀器進行控制。最新的高速版HS488將帶寬提高到8 MB/s。GPIB中的數據傳遞采用基于信息的通信模式，并最常使用ASCII字符。多個GPIB儀器可以通過電纜連接，其總距為20米，帶寬為總線上的所有儀器共享。雖然GPIB的帶寬相對較低，但其時延要比USB尤其比以太網低得多(即性能好)。盡管GPIB有目前最好的軟件，而且穩定的線纜和連接器也能適合最惡劣的物理環境，但GPIB儀器在連接到系統時，并不能自動檢測或自動配置。對于現有儀器的自動化或要求高度專業化儀器的系統，GPIB是理想的選擇。