基于AXIe總線的自動測試系統(tǒng)設計

許劍鋒

(第二炮兵工程學院專業(yè)基礎實驗中心，陜西西安 710025)

微電子、計算機、傳感器和信息處理技術等現(xiàn)代科技的發(fā)展，對自動檢測技術的發(fā)展提供了有利的條件，奠定了新一代ATS的基礎，成為推動其體系結構、測試方法、測試技術不斷進步的強大動力。自動測試設備(ATE)和自動測試系統(tǒng)(ATS)的研究，已成為世界各國發(fā)展的重點。目前，在ATS技術方面，標準化、模塊化和系列化已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢。標準化的總線技術是ATS發(fā)展的關鍵技術基礎，目前在自動測試領域，多總線技術并存，呈現(xiàn)出“百花齊放、百家爭鳴”的局面。主要的測試總線有VXI、PXI、LXI和 AXIe等。

1 VXI和PXI總線

VXI總線規(guī)范于1992年9月被IEEE標準局批準為IEEE-1155-1992標準。VXI總線是測試儀器模塊化的卓越代表，它擁有穩(wěn)定的電源、強有力的冷卻能力和嚴格的RFI/EMI屏蔽。具有結構緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強、定時和同步精確等特點，適用于組建大、中規(guī)模的自動測量系統(tǒng)和對速度、精度要求高的應用場合。VXI主要用于大型的ATE系統(tǒng)、航空、航天等國防軍工領域。

以NI公司為首的PXI系統(tǒng)聯(lián)盟成立于1997年9月。PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)不僅是一個總線技術，同時也是一個基于PC技術的模塊化I/O的標準，為基于PC的自動化測試測量與控制系統(tǒng)架構添加了集成的定時和同步功能、工業(yè)級的堅固設計、以及更多的通道數(shù)。

2 LXI和AXIe總線

2004年9月，以安捷倫公司為首的 LXI總線聯(lián)合體成立，2005年發(fā)布LXI標準1.0版本，并推出第一批LXI模塊。LXI總線的基礎設施是以太網(wǎng)，通過高速以太網(wǎng)實現(xiàn)儀器系統(tǒng)從局域至廣域的全球連網(wǎng)，依靠IEEE1588精確定時協(xié)議獲得整個儀器系統(tǒng)的全球定時同步。目的是以簡單、經(jīng)濟、高速、實用的硬件和軟件構建新一代的測試測量系統(tǒng)，其目的是代替已使用40年的GPIB總線。

2009年11月，安捷倫科技有限公司、艾法斯公司和Test Evolution公司聯(lián)合成立AXIe聯(lián)盟，旨在開發(fā)和推廣 AXIe系列標準。AXIe在制定之初參考了AdvancedTCA、PXI、LXI和IVI等現(xiàn)有的標準，是一個以AdvancedTCA為基礎的開放式標準，其目標是創(chuàng)建一個由元器件、模塊和儀器組成的動態(tài)系統(tǒng)，推動通用儀器和模塊化測試的發(fā)展。AXIe標準可提供最大的可擴展性，滿足各種平臺的需求，包括通用機架堆棧式系統(tǒng)、模塊化系統(tǒng)、半導體ATE系統(tǒng)，以及工作臺和模塊化插件。

3 PXI、LXI和AXIe的比較

PXI總線擁有較高的總線帶寬，同時擁有非常低的傳輸延遲，這一點是其他總線所無法比擬的，同時PXI通過升級到PXI Express總線，可以實現(xiàn)更高的速度和更大的帶寬，但是PXI總線的模塊化設計限制了其向更大規(guī)模、更廣局域的自動測試系統(tǒng)的擴展能力。

LXI總線基于以太網(wǎng)，因此其擴展能力較強，但由于其采用儀器化設計，在成本上不具備優(yōu)勢，同時在軟件開發(fā)和傳輸速率上有一定的局限性。

與VXI和PXIe總線技術相比，AXIe可提供更大PCB尺寸、輸出功率、高效散熱、高速靈活的數(shù)據(jù)通信架構，以及 A dvancedTCA標準的靈活性，同時還能與AdvancedTCA標準兼容。其主要特點為面積為900 cm2的模塊電路板;多達62個通道的本地總線可使相鄰模塊數(shù)據(jù)傳輸速率達到600 Gbit·s-1;低時延和高速PCI總線使儀器至計算機間的數(shù)據(jù)傳輸速率達到10 Gbit·s-1;行業(yè)標準和靈活的LAN通信以及可用于儀器同步的總線和徑向分布式計時和觸發(fā)。

4 基于AXIe總線的ATS設計

AXIe采用分層體系結構，建立在AdvancedTCA標準(PICMG 3.0和 3.4)的基礎上，可提供大型PCB、LAN、PCIe和系統(tǒng)管理等特性。基于AdvancedTCA的AXIe1.0標準適用于通用儀器，并添加了核心觸發(fā)功能、定時功能和高速本地總線。AXIe1.0是在背板1區(qū)和2區(qū)連接器上實現(xiàn)上述功能的，無需指定后面板連接器或使用模塊或背板3區(qū)的接口。AXIe1.0還可針對特定應用領域進行擴展設計，例如半導體測試(AXIe3.1)，并可包括關于模塊后面板連接的規(guī)定。

AXIe儀器可在典型的機架堆疊式配置中與基于現(xiàn)有標準 PXI、LXI和IVI的儀器實現(xiàn)集成。例如，PXI儀器能夠在機架中垂直安裝并使用機架式安裝、嵌入式或臺式控制器。在同一機架中水平安裝的AXIe模塊可作為虛擬PXI或LXI儀器使用。機架中還可添加LXI綜合儀器。

基于PCIe的AXIe儀器模塊可像PCIe模塊一樣充當控制計算機，其工作方式與PXI儀器模塊相同。基于LAN的AXIe儀器模塊可像網(wǎng)絡節(jié)點一樣充當控制計算機，其工作方式與 LXI儀器相同。所有這些儀器均能使用符合IVI標準、可在所有應用程序開發(fā)環(huán)境中運行的驅動程序。

基于AXIe總線的某型地面測試設備故障診斷自動測試系統(tǒng)硬件構成如圖1所示。

圖1 故障診斷自動測試系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)包括測試診斷平臺、用戶界面、數(shù)據(jù)信息管理平臺及在線幫助等功能模塊。測試診斷平臺根據(jù)操作人員輸入的診斷步驟、模擬激勵、數(shù)據(jù)激勵、信號類型、測試節(jié)點、儀器操作等完成測試診斷程序對被測儀器設備進行故障診斷和定位，同時提供自動監(jiān)測和信息提示功能;用戶界面生成診斷執(zhí)行界面的顯示內(nèi)容，完成人機界面的交互設置;數(shù)據(jù)信息管理平臺完成設備故障統(tǒng)計和板級故障統(tǒng)計分析、故障趨勢分析和預測試功能，實現(xiàn)故障診斷測試、信息分析反饋的融合。測試軟件采用 LabVIEW開發(fā)。LabVIEW軟件提供了對AXIe設備的良好支持，能夠實現(xiàn)對測試數(shù)據(jù)的無縫連接。瀏覽界面采用測試軟件構成，如圖2所示。

圖2 測試軟件構成

5 自動測試系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

通過PXI、LXI和AXIe等測試總線比較可以看出，對于自動測試系統(tǒng)來說，其最終的目的是提供高速、高度自動化、高兼容性的測試設備和程序，其發(fā)展趨勢將繼續(xù)沿著標準化、系列化和模塊化方向發(fā)展，同時加大采用新型系統(tǒng)總線、高性能計算機、人工智能與專家系統(tǒng)等各種新技術的力度，進一步改善ATE/ATS的綜合性能。同時ATS設備將向小型化、便攜化和通用化方向發(fā)展。為降低成本，測控系統(tǒng)將大量采用COTS技術，進一步加強系統(tǒng)的互換性和互操作性，確保系統(tǒng)的先進性、成熟性、和穩(wěn)定性，注重綜合診斷支持系統(tǒng)設計思想，向故障診斷和測試一體化系統(tǒng)的開放式結構發(fā)展。測控總線將呈現(xiàn)多總線并存的特點，但是測控總線最終的結果是隨著計算機技術的發(fā)展，實現(xiàn)總線技術的統(tǒng)一。

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