基于hislip协议的lxi标准扩展研究

基于hislip协议的lxi标准扩展研究

1产品类别协议功能1.1hislip概述lz（lanextensionsverwaltung）标准是测量技术和计算机网络技术发展的综合产物，为测量技术和计算机科学技术的进一步整合提供了广阔的空间。为满足仪器高速数据交换的需求，LXI继承了IVI基金会(IVIFoundation)在2011年提出的新型高速仪器远程控制和通信协议——HiSLIP(High-SpeedLANInstrumentProtocol)协议，将其作为LXI标准的扩展功能发布。HiSLIP协议在2012年10月进行了修订，LXI标准继承了IVI标准及其中的HiSLIP协议，并作为LXI新版本1.4标准的建议扩展部分。HiSLIP协议以TCP/IP技术为基础，完全采纳了IEEE488.2标准中的相关功能与定义，实现了基于IEEE488.2消息传递机制的仪器远程控制功能。相较于同样基于以太网通信的VXI-11协议，HiSLIP能够实现全面完备的GPIB(Gencral-PurposeInterfaceBus，通用接口总线)功能，并适用于IPv4和IPv6网络层基础协议。目前已在HiSLIP协议中采纳的IEEE488.2标准相关功能包括：●设备清除事务处理；●串行队列与状态查询；●触发消息；●服务请求；●通过消息交换协议进行错误终端检测(IEEE488.2兼容)；●在多个虚拟仪器控制过程当中实施独占式或共享式的锁定管理。在应用层面上，HiSLIP能够完全取代GPIB、VXI-11和USBTMC等协议实现仪器的远程控制和通信功能，对于采用VXI-11协议开发的测试应用程序，HiSLIP协议只需要通过对仪器资源定义字符串进行简单修改，就能够实现完全兼容。1.2hislip协议的基本通信规则将HiSLIP与同样采用以太网技术的相关仪器远程控制总线协议进行比较后可以发现，HiSLIP能够为远程控制仪器提供所需的主要协议功能，并更具灵活性(见表1)。由于HiSLIP仅需要占用一个TCP端口，信息系统的安全防火墙及路由器转发规则设置更加简单。表2为典型仪器远程控制接口以及协议通信速度的比较，采用HiSLIP协议的高速以太网接口能够提供更快的数据吞吐率。根据R&S公司的资料，以该公司的FSW信号与频谱分析仪为例，采用1Gb/s配置的以太网连接，反复执行1000次各个命令循环后系统响应时间比较见表3,HiSLIP功能和性能都有明显提高。2基于散列普协议的分析2.1常用的元消息HiSLIP协议中，仪器和计算机在同一TCP端口上(默认端口4880)同时建立两个TCP连接，分别用于同步和异步通道。异步通道传递的消息，优先级高于同步通道传递的消息。同步通道作为仪器和远程控制系统的命令和数据传输通道，传输双向ASIC命令(如SCPI命令)以及类似GPIB的同步元消息(如END和触发)。计算机和仪器都可以在同步通道的缓冲区内存储消息，并按照如下优先级对消息进行执行和处理：●数据Data●数据终止DataEND●触发Trigger异步通道主要用于承载类似于GPIB消息中需要独立处理的元消息(如设备清除和服务请求)，这些元消息会按先后顺序进行同优先级处理。典型的元消息包括：●设备清除事件；●状态查询与串行轮询；●服务请求(程序中断)；●远程或本地仪器控制选择；●仪器的锁定或锁定信息；●其他异步控制命令。HiSLIP允许多个虚拟仪器使用同一个端口，当连接初始化时，客户端会给特定的虚拟仪器指定一个与该连接关联的子地址，协议不与多个虚拟仪器的连接相关联。2.2hislip协议的通信模式VXI-11协议中，VISA写或读操作都需等到设备握手过程后才能继续执行。与VXI-11协议不同，HiSLIP协议实行数据“发送并遗忘”之后立即返回的数据传送方式。由于没有握手过程，HiSLIP协议无法保证仪器在完成上一条命令或请求后再接收下一个命令并执行。为了弥补没有握手过程的缺陷，HiSLIP协议在消息格式中引入了RMT(ResponseMessageTerminator)标志位，用于表示当前传输的Data、DataEND或Trigger消息是在上一次计算机完整的完成从仪器获取信息之后的首个新信息，仪器据此来判断计算机是否可靠接收了最后一个来自仪器的DataEND消息，并在这之后发送出新消息。仪器会在发送完DataEND消息之后等待计算机返回RMT=1以确认消息已经可靠传递。相比VXI-11,HiSLIP的消息确认机制更能够节约数据信息传递的时间，提高数据传输吞吐率。2.3slip协议模式仪器处于远程控制模式下时，远程或本地仪器控制选择用于防止仪器状态或设置被前面板的控制开关或旋钮直接改变。根据IEEE488标准，通常仪器面板上会有本地(Local)按钮，用于将处于远程命令控制下且前面板被锁定的仪器切换回前面板控制状态。HiSLIP协议也能够用类似于GPIB命令中的viGpibControlREN(…)将被控仪器在远程或本地控制状态之间进行切换，该命令以元数据的形式通过GPIB专用的异步通道进行传递。HiSLIP协议中，另外的三种VISA模式切换也可以通过viGpibControlREN(…)执行，包括：●禁用前面板操作，通过VI＿GPIB＿REN＿ASSERT＿ADDRESS模式进行选择。该模式下本地按钮依然可以将仪器切换回到前面板操作模式；●禁用前面板操作并对本地锁定，通过VI＿GPIB＿REN＿ASSERT＿ADDRESS＿LLO模式进行选择。该模式下本地按钮被锁定禁用；●恢复前面板操作并解锁本地锁定状态，通过VI＿GPIB＿REN＿DEASSERT模式进行选择。需要说明的是，即便仪器没有被远程锁定，仪器也会接受远程SCPI命令的控制。2.4共享式/中把握的程序要求HiSLIP标准支持由VXIPNPVISA标准规范定义的独占式和共享式仪器锁定模式。仪器锁定的可配置状态有：(1)任何远程计算机均可与仪器进行通信；(2)任何远程计算机均可请求独占式或共享式仪器锁定状态。(1)该远程计算机与仪器之间执行一对一的独占式通信模式；(2)其他远程计算机不能与该模式下的仪器进行通信。(1)所有享有共享式锁定的远程计算机都能够与仪器进行通信；(2)享有共享式锁定的某一台计算机能够向仪器请求独占式锁定模式，仪器在判断后同意在某一时刻仅对这一台计算机进行独占式通信。其他计算机，包括拥有共享式锁定模式的计算机，都不能在这个时候与仪器进行通信；(3)其他远程计算机不能与该模式下的仪器进行通信。当有一台远程计算机拥有共享式或独占式锁定的时候，以下响应情景适用于未获得锁定权限的远程计算机：●当仪器可以进行锁定或者在特定的等待时间之后可以进行锁定的情况下，请求锁定的远程计算机可以获得锁定模式的授权；●当设备清除事件被执行的时候，仅有该会话当中的锁定设置参数会受到影响，与仪器连接的其他会话对应的锁定设置参数并不受影响；●通过同步通道送到仪器的消息会被保留在输入缓冲区，该缓冲区通过TCP的标准特性解决和管理缓冲区溢出问题；●任何正在执行过程当中的同步或异步事件都要执行至完成，确保仪器能够将完整的数据发送给远程计算机；●异步服务请求依然通过原有方式发送给计算机。3应用连接协议3.1系统软件结构体系应用HiSLIP协议进行仪器远程控制的典型连接关系见图1，计算机通过以太网远程控制总线给测试仪器传送配置、查询等命令(通常采用SCPI命令)，并获取测试仪器返回的响应、测量数据等结果。仪器远程控制系统中计算机内部运行的软硬件结构体系如图2所示。其中，虚拟仪器软件结构(VirtualInstrumentSoftwareArchitecture,VISA)作为计算机软件体系中应用层上的标准输入输出接口，为采用各种不同的物理接口连接的测试仪器与远程计算机测控软件之间搭建通讯桥梁。与VXI-11协议一样，HiSLIP协议也是作为应用层的一个应用程序连接上层的标准输入输出接口以及更上层的测控程序。HiSLIP应用类似于套接字的通信机制，减少了数据格式化和转换的过程，能够获得比VXI-11更快的通信响应速度。3.2对平台进行修改和安装HiSLIP能够完全取代VXI-11协议或者在测控程序当中与VXI-11协议共存。在应用HiSLIP协议进行测控程序的开发过程当中，可以按照如下四个步骤进行：步骤1：检查仪器是否支持HiSLIP协议，可查询仪器文档或者咨询仪器供应商。步骤2：确认VISA驱动能够支持HiSLIP协议，当前能够支持HiSLIP协议的VISA驱动库包括：NI-VISA版本5.2.0及其之后的所有最新版本以及AgilentIOLibrariesSuite版本16.2及其之后的所有最新版本。尽量不要在同一个控制计算机上安装两个不同厂家的VISA驱动库，以避免调用冲突。步骤3：修改VISA资源名称字符串。确认仪器的IP地址或者仪器主机名（即该仪器IP地址的别名），HiSLIP仪器资源名称字符串的结构如下:其中：TCPIP[Interfacenumber]代表的是以太网接口卡的名称，默认只有一块以太网接口卡的情况下，可以省略[Interfacenumber]，或者根据实际情况填写；<IPaddress>|<Hostname>是仪器的IP地址或仪器主机名，支持IPv4和IPv6这两个版本的IP地址；hislip0为通过VISA驱动库的HiSLIP协议与仪器进行通信的名称定义；<port>为可选端口号，默认端口号为4880，仪器也可以进行定义并在资源名称字符串中进行定义修改；[::INSTR]为仪器资源标志，默认可以省略。步骤4：通过SCPI命令与仪器进行通信。可以利用各个不同的编程语言调用VISA驱动库进行编程，或者使用VISA驱动库安装过程当中附带的交互式应用程序开始与仪器进行通信。NIVISA安装完成后会附带NI-MAX(NationalInstrumentsMeasurement&AutomationExplorer)；AgilentIOLibrariesSuite安装完成后会附带ACE(AgilentConnectionExpert)；这两个交互式应用程序都可以用于快速开始远程控制计算机与仪器之间的通信。4生产基于hislip协议的数字监控仪器随着数字音视频、通信、计算机等技术的发展和融合，广播电视已进入数字化发展的崭新阶段。数字电视测试技术作为数字电视关键技术之一，其发展将直接影响产业的发展。在工信部《电子专用设备仪器“十二五”规划》中，数字电视测试仪器是发展重点之一，包括数字电视信号源、数字音视频测试仪、码流监测分析仪、图像质量分析仪、数字电视上网融合分析仪、网络质量和安全监测仪、数字电视地面信号覆盖监测系统等。根据测试内容，数字电视测试可以分为图像质量分析、TS码流分析、视音频指标测试以及传输性能测试等，其测试的数据量大、传输速率高，因此，构建在采用HiSLIP技术的LXI总线基础上的数字电视测试仪器，将能够更好的满足数字电视测试的需求。通过对LXI1.4标准中HiSLIP协议的相关解读和应用研究表明，