2025年第九课LXI总线20101课件

LXI总线及其同步触发技术

北京航空航天大学自动化学院ATE实验室2010年5月内容提要LXI总线出现的背景LXI总线标准的内容LXI总线的同步与触发方式分布测试系统拓扑结构LXI总线同步与触发方式的实现自动测试系统的发展测试系统用户需求缩短测试系统的建立时间重复使用现有的仪器和软件提高系统的速度和产能减小系统的尺寸建立通用的系统以满足未来的需要进一步的要求远程接入测试设备或系统，实现远程的编程、控制、测试测量、故障诊断、获得数据等等;去除昂贵的起始费用，如机箱、0槽控制器、GPIB/MXI卡等;利用标准的和简单的方式将系统连接到PC;比GPIB更小的接口，但要保证速度、分辨率、精度和带宽;提供相应的软件、驱动，将系统的建立和应用简单化测试系统从研发转向生产的过程很复杂，希望能简化整个过程，并保证转变后的测试完整性和连贯性;解决背板和接口的技术寿命周期的问题，以保证长期的延续性;现有测试总线的局限性GPIB成本太高，需要昂贵的I/O卡和线缆；速度太慢；只能最多接14台仪器;VXI整个结构太贵，起步成本太高；非标准的I/O(MXI)；模块数量受到限制；射频和微波应用受到限制；插卡的应用必须受限于机箱;PXI

尺寸/功率/EMI限制了仪器的性能和指标；昂贵的起步成本和非标准I/O(MXI)；射频和微波应用受到限制；支持的供应商太少；插卡的应用必须受限于机箱;以上的方案都无法很好解决实现远程的编程、控制、测试测量、故障诊断、获得数据等需求LXI——LANExtensionsforInstruments基于以太网的技术利用IVIdrivers提供网络界面遵循以太网的物理标准可选择的触发方式(LAN,IEEE1588,Triggerbus)为什么要利用以太网的技术

PC的背板(VME,ISA,EISA,PCI,PCI-X,PCI-express)对测试工业来讲变化太快•测试总线技术正在从专用接口(GPIB,MXI,etc.)

向标准的PCI/O(LAN,USB)发展•历史证明，只有LAN是长寿命的总线技术，其速度已经超过GPIB•LAN技术的持续发展,将使其性能不断提高LXI得到所有主要供应商的认可

LXIConsortiumMembersLXI标准基于现有的标准以太网标准

(TCP/IP,DHCP,URL/IPaddresses,DynamicDNS,Auto-MDIX)接口标准

(IVIdriver,VXI-11discovery,Devicelocking,Security)仪器的网页

(Information,Set-up,control,anddataaccessfromawebbrowser)物理标准

(IECsizes,Power,Cooling,FrontpanelIndicators,Resetbutton)触发标准

(LANtriggers,IEEE1588timesynchronization,Triggerbus)LAN成为测试系统背板2、LXI标准的主要部分

物理结构新的同步方式IVIdrivers以太网仪器的网页LXI兼容性LXI遵循以太网标准

联接

(RJ-45,Auto-MDIX)速度

(Gbit,100Mbit,Auto-negotiation)协议

(TCP,UDP,IPv4)地址

(IP,MAC,Hostnames)配置

(ICMP-pingserver,DHCP, DynamicDNS,ManualIP)初始化

(LANConfigurationInitialize switch)LXI模块的物理标准LXI模块的尺寸特别定义1U或整倍数的高度，½机架宽度，并配备上架件LXI

利用标准的DriversLXI总线仪器的分类ClassC

用LAN很好地替代GPIB标准的全机架 或半机架的尺寸；

LAN100BaseT或更高速度的接口；

LANdiscovery,IVI-COMdriver；

前面板指示器和仪器的网络操作界面；

提供独立的屏蔽、电源、冷却和复位键；ClassB

能很好地用于分布式测试系统；

可以是独立仪器或没有前面板的部件；

ClassC+IEEE-1588时间同步标准；

提供网络信息对等点对点和多点传送；ClassA

能很好地用于合成仪器；

典型的模块化结构:1Utall,½-rack宽；

ClassB+快速触发总线；触发和同步的定义

触发

启动一个动作的执行，如测量、输出、开关闭合、仪器程序执行等。基于一个异步的事件；同步

基于一个共同的时间标准，对准多个动作，如测量序列、信号激励序列、时钟等LXI总线实现同步与触发的方案硬件同步子系统ns级采用网络时间协议（NTP），ms级精度采用IEEE1588精确定时与同步协议，数百ns级LXI的触发和同步IEEE1588LAN

同步标准在分布式系统提供结点的同步实时时钟通过LAN实现纳秒级的时间同步在工业自动化和电信行业已经得到了广泛的应用为本地化的分布式系统而设计，特别适用于测试测量环境适用于分布式系统简单的联线(LAN),触发(LAN)和数据同步数据带有时间标签，可用于采集后的分析可以通过LAN设置事件的时间由本地时钟完成触发行为IEEE1588的应用领域网络设备工业自动化能源工业（涡轮发电机的监控)国防工业（飞机的测试、粒子加速器）电信工业测试和测量LXI快速触发总线LXI触发的方式基于LAN的触发LXI触发总线触发总线的联线独立的菊花瓣的联结方式或星型联结8通道，多点允许设备配置为触发信号发送或接受分置的输入输出，允许菊花链的联结方式统一的触发路径触发功能可以是有任何一种方法或组合引起，如线缆上的触发事件，可以引起一个LAN上的触发事件LXI总线模块间的事件通信方案通过LAN，由控制器（或任何起控制器作用的其它设备）到模块的驱动程序命令通过LAN的直接模块至模块消息（直接的LAN消息）模块到模块的硬件触发信号线LXI总线的五种触发模式基于驱动程序命令触发模式：利用控制计算机上驱动程序接口直接将命令传递给模块（A、B和C类均支持）。直接LAN消息触发模式：通过LAN直接从一个模块向另一个模块发送包含触发信息（包括时标）的数据包（A和B类要支持）。基于时间的事件触发模式：在模块内设置并执行基于IEEE1588时间的触发（A和B类要支持）。基于LXI触发总线触发模式：利用LXI触发总线上的电压触发一个模块功能（仅要求A类支持）。可选用的供应商特定的硬件触发模式（A、B和C类均可用）。现有测试系统的拓扑结构LXI总线网络拓扑结构（1）LXI总线网络拓扑结构（2）LXI总线网络拓扑结构（3）LXI总线使测试具有更多的选择采用LXI可以实现的功能LXI

的优势LXI是开放的标准，用户可以得到更多供应商的支持；LXI是基于LAN,LAN是一个开放的工业标准LAN接口在任何地方都非常稳定和可靠LAN随着计算机技术持续发展，将变得更快和更容易使用LXI提供远程的仪器的控制、监视和诊断LXI是模块化的结构，非常灵活LXI将使系统小型化基础仪器可以直接发展为LXI仪器RF和uW

仪器的功能部件可以借鉴到LXI模块LXI提供为R&D提供C级仪器，而为生产制造提供LXI模块LXI无需0槽控制器和卡式机箱LXI总线的同步与触发技术同步和触发的类型LXI仪器平台的定时和同步LXI新型触发和同步方式的介绍当前仪器的触发与同步技术GPIB总线仪器的触发与同步VXI/PXI同步与触发

VXI和PXI模块利用0槽控制器的时钟或时钟/定时模块

VXI0槽控制器模块可以接入背板触发总线，用于事件触发，同时，背板触发总线也常用于模块之间的触发LXI引入了更多的选择触发

同步

什么是一个LXI触发?多点方式(多点传送)利用标准UDP协议（用户数据包协议）(非握手型)在同一个子网络系统中的所有设备都可以接收数据包含数据和相关时戳对等方式(点对点的对等方式)发信号到一个指定的仪器LXI定义的数据包能旁路掉TCP/IP堆栈数据包含数据和相关时戳如果利用TCP:由于握手会导致更高的时滞(lowerforUDP)优点通过软件实现更为灵活的触发，特别是对于复杂的系统即使在紧凑型的系统中也无须专用的触发接线，不受距离的限制，特别适用于远程分布系统去除掉PC的瓶颈，接近于实时的响应脱离PC,降低LAN的数据流量，降低延迟用于软件触发的LXI数据包的结构举例说明C类仪器的触发与同步B类仪器的触发与同步A类仪器的触发与同步A类仪器的触发总线8对差分的总线最多16个节点（8个设备）每对支持两个模式驱动模式 单点传送，实或虚Wired-OR工作模式

Anydevicecanasserttrue, receiversseelogicalOR基本功能驱动模式: 10米距离上的10ns脉冲

Wired-OR: 10米距离上的20ns脉冲不同仪器平台的概述LXI统一的触发模型TheLXI标准储备了LAN0-LAN7用于LAN上的触发，LXI0-LXI7用于触发总线上的触发什么是IEEE1588?

1588与其它时钟协议比较1588与其它时钟协议比较IEEE1588精确时钟同步算法（PTP）1.PTP通过BMC（BestMasterClock）算法来选取主时钟2.主时钟和从时钟通过交换消息包（message）来进行时间同步和管理3.收发双方对消息包“加盖”时间戳。PTP协议通过时间戳，计算出从时钟和主时钟之间的时间误差offset，并修正IEEE1588的定义主时钟的确定

一个新的IEEE1588设备在网络中听从主时钟，发出一个自己的时钟指标。每一个网络中的设备将自己的指标与主时钟比较。那些指标较差的设备将保持沉默。最高指标的时钟（主时钟）将开始发出时间数据包同步信息第一步：一旦被定义，主时钟将向所有的从时钟发出同步信息，并注上发送信息时的自己的时钟(t1)第二步：主时钟向所有的从时钟发出第二个信息（跟随信息）告诉它们时间(t1)是向它们发出的同步信息时主时钟的时间与主时钟的比较第三步每一个从时钟在收到同步信息时标注时间(t2)网络时间延时信息第4步在一个随机的间隔(每2-30同步脉冲)，每个从时钟发出一个延时请求(Delay_req)信息到主时钟，并注上发送信息时自己的时间(t3)网络时间延时标注第5步主时钟在从每个从时钟收到延时请求信息(Delay_req)时，注上自己的时间(t4)第6步主时钟将用信息向每个从时钟发出接收时间(t4)最终的运算第7步每个从时钟利用时间t1,t2,t3,t4运行IEEE1588运算，以计算出自己时钟的正确时间，进而升级自己的时钟与主时钟的时间相符。整个网络被同步。每隔2秒钟–全过程将重复进行，从时钟调整其时间在几个循环之后，网络将同步在亚微秒级的精度。IEEE1588时钟同步的整个过程IEEE1588时钟同步算法影响同步误差的因素1.通讯通道的对称性2.时钟特性3.时间戳的精度4.Sync消息和Delay_req消息的发送周期5.网络设备通信设备造成的抖动通讯通道的对称性

在时钟偏移和延时的测量中，假设了消息传输的延时（delay）是对称的

即从主时钟发送的消息到达从时钟的延时、从时钟发送的消息到达主时钟的延时是相等的.

时钟漂移在分布式系统中，各个时钟均会因为自身振荡器的稳定特性，以及如温度、大气环境、机械压力、振动、使用寿