基于自动测试系统的总线技术发展研究

基于自动测试系统的总线技术发展研究

王琛琛,张博,张劲喆

航空工业计算所 陕西西安 710065

摘要：航空航天领域中总线技术在自动测试系统中发挥着至关重要的作用。针对常用的GPIB、PXI、VXI等卡式仪器总线，对其总线特点、功能以及应用场景进行研究和分析，随着总线技术的快速迭代，极大推动了总线仪器设备的迅速发展。未来，总线技术将支撑自动测试系统朝着数字化、智能化方向发展。

关键字；自动测试系统；GPIB；VXI；PXI

0 引言

现如今，为了提高军用机弹载计算机产品测试的精度、速度以及测试覆盖率，自动测试系统朝着模块化、系列化和标准化的方向迅速发展。采用总线结构的自动测试系统在科研生产、售后维保方面的优势远远大于非总线结构，总线技术已经成为自动测试系统的核心，在未来自动测试系统朝着自动化、数字化、智能化的发展道路上将发挥重要作用。

自动测试系统的迭代发展大致经历了三个阶段，分别通过专用型、积木型、集成型的方式进行构建。第一阶段，自动测试系统主要对特定的产品或装置进行专用测试，在测试速度和可靠性方面比人工方式有很大提升，但通用性较差，成本较高；第二阶段，自动测试系统在结构上主要采用标准GPIB总线和台式设备结合的方式，并通过积木方式进行搭建，虽然灵活性、通用性及复用性提高，但整体体积变大，总线传输速度较慢；第三阶段，自动测试系统采用模块化、集成化仪器架构，并结合VXI、PXI、等总线，整个系统在结构、运行速度、测试效率等方面的性能大大提升，但在可移植性、可测试性、并行检测等方面略为逊色。

1 测试总线技术的发展

1.1 GPIB总线

基于GPIB总线接口的测试系统通常由控制方、发送方、接收方三者构成。首先由PC通过标准总线发送控制指令，测试设备完成对被测件的功能性能测试任务。同时，将任务指派给发送方和接收方，发送方通过总线将测试设备命令或消息发送至接收方[1]。

利用GPIB总线互联方式，将仪器采用机架或层叠方

式进行连接，使得构建的自动测试系统具有灵活方便，可分可和的特点。GPIB总线可以实现控制器对 可编程测量仪器设备的远程操控，通过GPIB总线可以集成自动化测试系统，连接方式为线型、星型或者两者结合的方式，控制指令简单、容易拆卸、重建方便。GPIB不仅解决了测量仪器之间的互联问题，也解决了仪器与计算机之间的互联问题。

1.1.2 GPIB总线的应用

在应用场合方面：GPIB总线很早主要应用于单台仪器设备上，随着自动测试系统技术不断迭代发展，GPIB总线逐渐应用于一些对测试速度要求不高的大型、独立仪器、高精度测试系统[2]。

1.2VXI总线

VXI总线是VME总线在仪器领域的扩展，VXI总线仪器具有模块化特点，可以针对不同的自动测试系统进行适配，不仅重量轻、体积较小、便于携带，而且数据传输可靠性高、速率高，交互性良好[3]。此外，VXI模块仪器可以构建数据信息采集、传输、处理为一体的集成化网络，根据测试系统组建需求，利用VXI总线可以搭建出功能丰富的测试系统。

1.2.1 VXI总线的应用

VXI总线在军用航空航天领域应用广泛，已经在众多测试场合进行使用，同时在虚拟仪器平台开发过程中发挥重要作用。VXI总线技术在应用方面具有以下优点：(1)VXI总线仪器在模块化、可重复利用性、互换性、开放性等方面较为突出；(2)可靠性较好；(3)便于未来扩展和系统升级；(4)数据传输速度、数据处理速度、吞吐量较大。

1.3PXI总线

PXI总线是由NI公司制定的一种模块化的仪器总线，是对Compact PCI总线的进一步扩展，该总线在数据采集、测试控制领域应用广泛。此外，PXI总线在传输速度上达到132~264MB/s，传输速度大大提升。

PXI总线集合了Compact PCI插卡结构、PCI与VME总线以及VXI与GPIB总线，不仅兼容了以上总线的优点，而且利用Windows和Plug&Play工具可以实现软件功能测试[4]。

1.3.1 PXI总线的应用

PXI总线在测试控制、工业自动化、网络通信等领域应用越来越广泛，人们对于PXI总线仪器在模块化、标准化、通用化方面的要求也不断提高。其中，小型的PXI可以应用于便携式的自动测试系统中，大型的PXI则针对高精度、多通道、高带宽的ATE设备进行应用。此外，鉴于PXI在软硬件架构方面的开放性，其在航空产品测试、电子产品功能测试、半导体测试等方面也应用广泛[5]。

尤其在测量、数据采集、试验场景中，由于PXI扩展了大量仪器总线，诸如系统参考时钟以及星型触发总线、本地总线等，使得测量的范畴更广、测试的兼容性更强。

2 测试总线技术的分析研究

2.1 卡式仪器总线的分析研究

卡式仪器总线包括GPIB、VXI、PXI等总线，此类总线技术在测试领域中应用最为广泛。

与VXI、PXI总线相比，GPIB总线最大传输速率为1Mb/s，传输速率比较低，且可靠性较差；对于质量、体积要求较高的领域不适用，不适于体积小、质量轻的ATS系统；多台仪器同步及触发功能不足，传输带宽较低。但是，大多数独立仪器均具有GPIB接口，因此使用较为简单便利；GPIB系统的命令和结构简单；此外，GPIB总线的通用性较强，可以适配不同的自动测试系统

[6]。

PXI总线具有CompactPCI的优点，可靠性较高，技术性能好，传输速率比GPIB总线更快，在虚拟仪器系统中性价比较高。但是，PXI总线仪器的种类较少，仪器功能不是很全面，适合构建中-小型系统，面对精度和速度要求高的场合，该总线仪器指标不能达标。

VXI总线在模块化设计方面：结构紧凑，便于携带；VXI总线规范可以支持最高32位数据传输，灵活性好；VXI仪器系统可连接器件达到256个，在精度和速度要求较高的场合使用广泛；VXI总线数据传输速率可以达到40Mb/s；VXI总线产品在机械和电气规范方面较为统一。

4. 结论

本文通过对自动测试系统的总线技术进行介绍，可以看到GPIB、VXI、PXI在总线特点、性能指标、应用范围方面各有利弊，但VXI、PXI总线较GPIB来说更优。自动测试系统的不断发展离不开以上总线技术的支撑，同时，总线技术也在测试技术行业的自动化测试、标准化测试等领域具有重要作用。

参考文献：

[1]韩小亮.基于GPIB的自动测试系统设计与实现[J].信息技术与信息化，2020，(09)：231-233.

[2]朱利文；于雷；金传喜.测试总线的发展与展望[J].现代防御技术，2019,47(01)：151-161.

[3]袁兴鹏；杨立永.基于VXI总线的雷达装备测试网络体系构建研究[J].自动化技术与应用，2013,32(09)：67-70.

[4]白成宏；姬传庆；黄毅；潘继文.PXI总线技术分析[J].电子测试，2018，(01)：104+88.

[5]张艳.PXI总线技术综述[J].电子世界，2013，(24)：15-16.

[6]胡铁乔,韩煜昕,. 基于LabVIEW的仪器控制系统设计与实现[J]. 自动化与仪表,2015,(4).

【作者简介】

王琛琛（1994年9月），男，陕西咸阳，硕士研究生，助理工程师，计算机应用。

张博（1994年6月），男，甘肃定西，硕士研究生，工程师，计算机应用。

张劲喆（1993年12月），男，陕西渭南，硕士研究生，助理工程师，计算机应用。