PXI硬件和NI LabVIEW設計軟件的平臺重新定義了傳統(tǒng)的測試途徑 - 全文

1. 測試正在改變

當今我們所處的世界是一個面向軟件的世界，我們與設備交流的方式也正隨之改變。智能手機、機頂盒，甚至汽車現(xiàn)在都是由它們自己的嵌入式軟件來進行功能定義的。在這樣的發(fā)展趨勢下，我們正受到創(chuàng)新發(fā)展的速度與隨之產(chǎn)生的復雜性帶來的挑戰(zhàn)。

20年以前，對一個手機的測試就只需要得到信號。時至今日，一個移動設備的設計，測試和生產(chǎn)包括了一個完整的集功能、應用和技術為一體的生態(tài)環(huán)境，正因為如此，測試人員需要使用不同的測試方法來對其進行測試。

搭建一個測試系統(tǒng)來解決當今的測試挑戰(zhàn)已經(jīng)不再是一個簡單的任務了。相反，這需要對擴展測試需求的評估以及一個有效的測試架構以便長期使用。因此選擇一個合適的系統(tǒng)平臺，既可以包括測試所需要的測試曲線，又可以允許系統(tǒng)抽象和集成就成了相當重要的任務。

被測設備（DUT）目前正在從以硬件為中心的、單一目的、有限的功能向以軟件為中心的、多種目的、無限的功能發(fā)展。為什么您的測試系統(tǒng)不能按照這樣的方式來進化呢?，F(xiàn)在，就從供應商定義功能的傳統(tǒng)儀器轉向NI提供的軟件定義的系統(tǒng)架構，允許用戶定義的實時測試與分析。您甚至可以通過對一個板載的FPGA芯片進行編程部署算法來擴展系統(tǒng)的靈活性，并提供儀器的性能。使用軟件定義的設計途徑，可以充分利用最新的被測設備所使用的商業(yè)現(xiàn)成可用的技術來強化您自己的測試系統(tǒng)，對測試架構進行優(yōu)化以應對今后幾年的挑戰(zhàn)。

2. NI對儀器進行了全新的定義

為了可以完全契合軟件定義這樣的系統(tǒng)設計理念，NI使用結合了PXI硬件和NI LabVIEW系統(tǒng)設計軟件的平臺重新定義了傳統(tǒng)的測試途徑。通過使用這種設計途徑，您可以使用例如多核微處理器、用戶可自定義FPGA、PCI Express硬件等技術和系統(tǒng)設計軟件來實現(xiàn)測試與測量系統(tǒng)的靈活性和可擴展性，為今后的測試需求打下基礎。

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圖2 將PXI硬件與LabVIEW軟件結合起來形成了一個軟件定義的測試系統(tǒng)，可以根據(jù)待測設備的復雜程度來進行擴展。

PXI或者PCI儀器擴展總線，是一個開放的指標，由PXI系統(tǒng)聯(lián)盟商協(xié)會（PXISA）管理，定義了一個堅固、高性能的平臺，專門為測試、測量以及控制進行了優(yōu)化。PXI與PCI Express電氣總線的結合不僅具有CompactPCI堅固、模塊化封裝的特點，同時還增添了特別的同步總線。作為業(yè)內領先的模塊化儀器平臺，PXI可以用來制作應用范圍廣泛的緊湊、高性能的自動化測試系統(tǒng)，例如生產(chǎn)測試、軍事應用、航空航天應用，汽車和工業(yè)測試。由于有超過60個供應商提供的超過2,000種產(chǎn)品，您可以快速地進行更換、在軟件中完成功能自定義，并且隨便您測試需求的改變重新規(guī)劃模塊。

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圖3 這些關鍵的元素構成了一個自動化的測試系統(tǒng)。

LabVIEW提供了直觀的圖形化的編程方式來減少測試系統(tǒng)的開發(fā)時間，使用拖放圖形化代碼的方式來代替書寫代碼行。之后，憑借PXI儀器以及平臺產(chǎn)品多樣的優(yōu)點，再結合最新的技術產(chǎn)品，例如多核微處理器和FPGA，LabVIEW成為了一個獨立的軟件開發(fā)環(huán)境，可以簡化集成的難度并減少完成時間。為了進一步提高開發(fā)效率，LabVIEW提供了大量的內置數(shù)學和數(shù)據(jù)處理函數(shù)來幫助開發(fā)人員僅需要關注數(shù)據(jù)和結果，另外，內建、特別為工程需要設計的控制控件和顯示控制可以用于圖形化用戶界面的自定制。

3. 重定義測試系統(tǒng)的主要元素

根據(jù)莫爾定律，一個處理芯片上晶體管的數(shù)量粗略算來每兩年就會翻一倍。正因為如此，CPU的處理性能大概也會在同樣的時間周期中增加一倍。對于自動化測試系統(tǒng)來說，通常用戶都可以憑借軟件定義的系統(tǒng)架構來將莫爾定律應用起來，并得到10倍以上的體積、成本和功耗節(jié)省的性能提升。多核微處理器、PCI Express總線、FPGA和模數(shù)轉換器是可重配置系統(tǒng)的關鍵組成元素。如果沒有一個適當?shù)能浖鷳B(tài)環(huán)境和硬件測試組件的支持，想要好好管理這些關鍵元素將會是一件非?，嵥榈娜蝿铡I意識到了這樣一個挑戰(zhàn)，并且持續(xù)不斷地努力以求提供一個完整的開發(fā)平臺，不僅可以使用目前最先進的基于PC的技術，同時還能夠保證快速的系統(tǒng)開發(fā)以及長期的穩(wěn)定性。通過將PXI平臺（一個基于PC的硬件平臺）與LabVIEW（一個業(yè)內領先的用于自動化測試的系統(tǒng)設計軟件）結合起來，您可以開發(fā)具有創(chuàng)新性的測試系統(tǒng)來滿足產(chǎn)品上市時間以及性能要求方面的挑戰(zhàn)。

模塊化的微處理器
一般來說，測量應用里面的大量時間都消耗于CPU的時鐘周期中。一個測試應用所需要的運算可能要求相當高的運算量，因此一個高性能的處理器對于提升測試時間來說是相當重要的。正是由于這個原因，同時將測量的儀器和運算的引擎（PC）兩者都模塊化是一個有效的途徑，保證您的測試系統(tǒng)可以以最佳的水平運行很長的時間，遠遠長于您當年購買的功能固定的臺式儀器的使用時間。在這測量應用中莫爾定律展現(xiàn)出的效力與過去十年中消費者們在PC上完成處理任務時效力是一致的。由于PXI系統(tǒng)的模塊化特性，您僅僅需要升級系統(tǒng)中的控制器就可以充分地運用最新處理器的優(yōu)勢來提高您的測試和測量應用。

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圖4. 選擇模塊化的硬件架構，您可以隨著時間來升級系統(tǒng)中處理要素，以此來獲取最先進的PC技術的優(yōu)勢并實現(xiàn)更短的測試時間

用戶可編程的FPGA
許多待測設備都需要比單獨使用傳統(tǒng)儀器甚至基于PC的儀器更加復雜的測試方法。這個時候我們可以借助 FPGA 具有底層I/O控制以及并行運行的優(yōu)勢，F(xiàn)PGA是嵌入在儀器中的可重配置的設備，與底層I/O相當靠近，許多測試所需要的運算都是在FPGA上完成的。這些功能很多在獨立的微處理器上是不可能完成的。

用戶可編程的FPGA可以在PXI平臺的模塊上使用。您可以在LabVIEW中使用熟悉的LabVIEW數(shù)據(jù)流式的代碼對FPGA進行編程，而不需要使用要求相當專業(yè)知識的復雜的硬件描述語言來編程。在可重配置I/O（RIO）架構中使用NI的硬件可以讓您在您的測試系統(tǒng)中得到平行處理能力、高的處理性能以及FPGA天生可重配置的優(yōu)勢。在從實時頻譜測量到數(shù)據(jù)協(xié)議測試的應用中，F(xiàn)PGA可以提供一個極具競爭力的關鍵優(yōu)勢來幫助您追上受莫爾定律持續(xù)驅使的DUT復雜性的增長速度。

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圖5. 與CPU相比，在過去的十年中，F(xiàn)PGA同樣具有令人驚訝的運算能力（以GMAC計量）的增長

PCI Express
許多應用，例如射頻信號流盤和回放、電子設備驗證和高通道數(shù)數(shù)據(jù)采集，會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)意義上來說，臺式儀器系統(tǒng)例如示波器、邏輯分析儀和任意波形產(chǎn)生器都受到數(shù)據(jù)流量的限制。隨著儀器的發(fā)展，它們可能會具有無法相像的高采樣率和高信號帶寬。這個時候，PC與儀器之間用于將數(shù)據(jù)返回給用戶進行處理和存儲的數(shù)據(jù)總線往往成為了最大的瓶頸。一個數(shù)據(jù)通訊總線吞吐量的大小直接影響了儀器的可用帶寬，因此，可能影響全局的測試和測量時間。所以，您必須使用現(xiàn)有的最高帶寬，最低延遲的PC總線技術來保持最大限度地連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸。

PCI Express和其從第一、第二和第三代數(shù)據(jù)傳輸率進化而來的產(chǎn)品為儀器提供了快速并有效地將數(shù)據(jù)移動到PC內存或者通過RAID的方式寫到硬盤的方法，便于后期的處理。隨著如同PCI Express的數(shù)據(jù)總線漸漸取代傳統(tǒng)儀器中使用的數(shù)據(jù)總線如GPIB和LAN，您可以得到更多的數(shù)據(jù)信息并且由此獲得更多待測設備的內在性能的評估。PXI平臺已經(jīng)成為了將PCI Express與高性能測量應用結合起來最重要的元素。

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圖 6. PCI Express代表了高帶寬和低延遲的最佳組合，因此可以滿足多數(shù)應用中對大量數(shù)據(jù)進行處理的需求。

擴展測量的能力
高性能的儀器可以保證更精確的測量系統(tǒng)。在PXI平臺中，一些工業(yè)領域中最高性能的儀器使用了工業(yè)界最新的技術，例如Analog Device公司和TI公司的ADC。其它的例子包括NI與泰科公司合作開發(fā)的高帶寬（>5GHz）數(shù)字化儀。另一個創(chuàng)新領域則在于NI SourceAdapt技術，該技術的特點是各種高精度PXI平臺的源測量單元（SMU）。這種下一帶的SMU技術是由數(shù)字控制回路來控制的，而不是傳統(tǒng)的模擬控制回路。使用NI SourceAdapt技術，您可以完全地自定制一個SMU針對任何負載的變化來產(chǎn)生一個理想的響應，具有最小的上升時間。沒有過沖、沒有振蕩。對待測設備的測試可以更快地完成，而不用冒事故損壞或者系統(tǒng)穩(wěn)定性問題的危險。

隨著商業(yè)技術的供應商持續(xù)開發(fā)著更好的轉換器技術或者儀器架構部件，PXI平臺已被認為是可供測試工程師使用的最有效的方法。

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圖 7. 可在相當于一個獨立臺式儀器的封裝尺寸中部署高達17個儀器

由于PXI設備模塊化的實現(xiàn)方法，隨著設備變得更加復雜，您可以簡單地在軟件中改進當前儀器中的功能或者更換當前系統(tǒng)中的模塊來覆蓋新的儀器。NI提供了超過600種PXI模塊，都可以在軟件中進行配置來創(chuàng)建一個自定制的測試解決方案。因為它們模塊化的特點，您可以快速并且簡單地集成并更改他們來滿足您自己的測試需求。

4. 重定義您的測試系統(tǒng)

NI對儀器進行了重新定義，使用了開放式的軟件和具有關鍵元素（多核微處理器、用戶可定制FPGA、PCI Express、數(shù)據(jù)轉換器和LabVIEW系統(tǒng)設備軟件）的模塊化硬件來應對最緊急的測試挑戰(zhàn)。隨著儀器的進化來滿足全新的測試標準，更復雜的協(xié)議和更高的帶寬、這些工具形成了可以完成當今測試任務的基礎?，F(xiàn)在就使用這些優(yōu)勢來重定制您的下一代系統(tǒng)。