自從1960年GPIB技術問世以來,自動化測試系統就開始依賴PC來集中控制各個儀器硬件設備,實現自動測試。PC有多種規格,如臺式機、工作站、工業級/嵌入式系統等,都可以滿足上述的需求。當然,相應的就有多種數據總線,如USB、PCI、GPIB、PCI Express、Serial、以太網等等,都可以讓自動化測試系統連接到硬件儀器上。就因為PC在自動化測試系統中扮演著重要的角色,所以測試與測量行業必須隨著PC技術的發展而開發新的技術,以在降低測試成本的同時提升系統的功能與性能。
在過去的10年中,PC在各個方面都發生了巨大的變化。正如摩爾定律所預測的,CPU的處理性能在10年內提高了75倍。除了處理性能的大幅提高以外,串行通訊接口與并行通訊接口也在蓬勃發展。PCI Express已經取代了PCI、AT、ISA而成為系統內部預置的數據總線,讓CPU可以連接到周邊的外設。PCI Special Interest Group(PCI-SIG)作為PCI規范的管理機構,于2004年發布PCI Express規范,又于2011年11月宣布全球市場上已經售出240億個通道,更確立了PCI Express的普及度。同樣的,對于外部接口來說,如USB與以太網等串行總線也取代了SCSI以及其它并行的數據總線。
In-Stat于2010年發布的市場研究報告預測,支持USB規范的設備將于2012年出貨超40億組。
又如,Wi-FI與藍牙的無線通訊標準,也已經快速成長為電腦的默認外部接口配置。
被多種不同配置采用的PCI Express總線,很可能成為自動化測試的數據接口。PCI Express擁有大數據帶寬和低延時的優點,已經成為了所有PC上的必備元件。PCI Express可以在系統中連接本地設備,也可以連接周邊外設,這使得系統總線與接口總線的界線變得模糊,并且完全有可能最后兩者之間的差異完全消除。
1、自動化測試平臺的系統總線
雖然PCI Express是串行的數據總線,但其內在優點已經超越了如PCI、VME等并行總線。
通常來講,在提高數據帶寬的同時,往往難以避免地會產生時序混亂,耗電量提高、電磁干擾、平行總線之間的干擾等技術難題。當更具技術優勢的PCI Express于2004年問世以來,就一直在持續地提升其數據傳輸能力。在2007年發布的PCI Express 2.0已經將PCI Express 1.0的數據傳輸率翻倍。而在2010年問世的PCI Express 3.0又將PCI Express 2.0的數據傳輸率再次加倍,單向數據傳輸達到了16GB/s。雖然PCI Express的標準不斷提升,但其仍保有相應的兼容性。PCI Express與PCI都使用了相同的軟件堆棧,并且完全向下兼容。
如果自動化測試與測量平臺都使用PCI Express作為內部系統數據總線(如PXI),那么只需要很低的成本就可以利用所有的優勢而達到更多的功能。這種平臺基于其領先的技術,將成為所有自動化測試系統的核心。
2、自動化測試系統的外部接口總線
自動化測試最常見的外部接口總線(如GPIB與以太網)往往是高延時、低數據帶寬的,所以可能為縮短測試時間帶來障礙。由于這些接口限制了數據的傳輸率,并增加了每次操作的時間,因此必然會影響測試系統的整體效率。由于CPU本身并不會與外部接口直接連接,因此PC內部會進行某些形式的轉換,將外部接口轉換為內部系統總線,即前面提到的PCI Express。PCI Express可以通過外部接口達到更高的性能,并可以直接由電腦中的CPU來進行處理。因此就可以解決其它外部接口總線的瓶頸問題,大幅縮短測試時間。
將PCI Express作為外部接口總線早已不是新的概念。之前提到的 PCI-SIG就可以支持外部搭建PCI Express,即大家所熟知的連接式PCI Express。這個搭建規范于2007年發表,一直以來都不需要額外的處理操作即可延伸系統數據總線至外部設備。連接式PCI Express已經用于如PXI的模塊化儀器控制平臺,提供了靈活且低價位的控制選項。其規范一般只支持銅質連接電纜,PC與裝置之間的實際距離不能超過7米。但如果改為搭配光電收發器,即可通過光纖將通訊距離延伸超過200米,且提供了必要的電子隔離。
連線式PCI Express技術更加適合自動化測試環境。但與一般的PCI Express技術相反,連線式PCI Express相對受限于特定的行業。最近Intel以LightPeak為研發代號創新開發的Thunderbolt技術,就是將PCI Express做為外部接口,并且其在未來有可能迅速普及。Thunderbolt針對PCI Express與DisplayPort視頻協議,將之整合為串行接口數據總線,可以配合銅質或光纖連接電纜。PC本身即帶有Thunderbolt接口,因此可以廣泛地成為低成本、高性能的解決方案。以PCI Express為架構的PC外部接口,同其它如USB的低成本接口一樣,勢必將成為自動化測試系統的默認接口。大批量生產測試或復雜自動化驗證等應用,往往需要極高的數據傳輸率,并以低延時的傳輸來降低測試成本就非常適合PCI Express架構的接口。如果沒有特別著重這些需求,可以使用其它的接口。
按照目前電腦行業的發展趨勢,如串行通信接口、I/O合并、無線通訊普及等特點,PCI Express將會是系統數據總線的首選。并可以期待成為領先的外部數據總線。自動化測試系統如果可以使用PCI Express實現多種配置,就可以以低成本實現最好的性能和最高的靈活性。PCI Express將會成為自動化測試和測量應用的首選。
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