ot;display: block;">IEEE 488標準有一個廣為人知的名字,叫GPIB(通用接口總線)。這是一種很受歡迎的接口,用于連接測試測量儀器和計算機,以構(gòu)成一套ATE(自動測試設(shè)備)。GPIB最初由惠普開發(fā),并在1978年被確認為IEEE標準。自那時起,IEEE于1978年和1987年分別發(fā)布了定義GPIB硬件規(guī)范(包括電氣參數(shù)、機械參數(shù)和基礎(chǔ)協(xié)議參數(shù))的IEEE 488.1標準和定義相關(guān)軟件規(guī)范的IEEE 488.2標準。數(shù)十年來,GPIB受到了儀器廠商的廣泛接受和采用?？梢哉f,GPIB是當今在計算機和測試測量儀器連接中使用最多的接口。

GPIB面臨的挑戰(zhàn)

PCI I/O總線的革命性改變(例如數(shù)據(jù)吞吐率更高、占位面積更小)推動了傳統(tǒng)ISA總線以及更成熟的PCI總線標準的普及。這些總線標準在傳輸速度上遠遠超過RS-232。其中,最出色的是USB和LAN接口,它們被證實具有比其他接口更高、更快、更全面的性能。由于它們性價比高而且連接方便,所以現(xiàn)有PC機都配備了這兩種接口。同時,不計其數(shù)的傳統(tǒng)GPIB設(shè)備在經(jīng)歷了30多年的改進和大范圍的發(fā)展之后,如今也支持熱插拔功能和遠程接入,以不落后于測試工程師們更熟悉的基于IP的儀器。因為GPIB的這些創(chuàng)新,更新和更快的I/O接口(例如USB或LAN)就很難完全取代GPIB在ATE行業(yè)中的地位。

由于認識到GPIB在這一市場上的地位穩(wěn)固,主流儀器制造商開發(fā)了由GPIB到USB或LAN的橋接通信協(xié)議。這充分保護了用戶過去在GPIB接口儀器上的投資,同時也使用戶受益于USB和LAN接口的靈活性和高數(shù)據(jù)吞吐率的優(yōu)勢。橋接通信協(xié)議以GPIB到USB/LAN適配器、GPIB-LAN網(wǎng)關(guān)和轉(zhuǎn)換器的形式實現(xiàn)。橋接通信協(xié)議及相關(guān)技術(shù)趨勢顯示,GPIB接口仍將占有一席之地。

從硬件角度說,GPIB與USB/LAN接口的互通性因為無需再在擴展插槽上安裝ISA/GPIB卡,實現(xiàn)了更快速的集成和更便利的維護,從而降低了測試系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度。

從軟件角度來說,GPIB與USB/LAN的組合同樣很有優(yōu)勢。因為大多數(shù)主流操作系統(tǒng)都能監(jiān)控LAN或USB端口的狀態(tài),所以任何新連接上的儀器都能被系統(tǒng)自動檢測和識別。諸如Agilent I/O Library Expert之類的高度集成環(huán)境也能自動識別連接上的儀器,并為其分配專用的軟件資源,因此不需對已連接設(shè)備進行手動搜索、識別和初始化。

GPIB應(yīng)用需知

在開始實現(xiàn)一套ATE之前,用戶首先應(yīng)試著回答以下幾個問題/事項:

你希望用于連接儀器的首選物理接口是哪一種:GPIB、USB還是LAN？

軟件的要求、規(guī)范、能力和性能如何？

根據(jù)所選的軟件應(yīng)用,您將采用那種軟件開發(fā)環(huán)境來控制儀器并與其通信？

假設(shè)用戶決定采用GPIB作為儀器的控制接口,那么下一步就是確定與儀器通信的I/O軟件包。這些I/O軟件工具被視為位于集成應(yīng)用設(shè)計與連接儀器的物理接口之間的軟件層。創(chuàng)建自動測試應(yīng)用有兩種方法:利用本地驅(qū)動程序API或通過高級儀器驅(qū)動程序。

圖1:GPIB接口卡的開發(fā)流程及工具。

第一種方法涉及本地驅(qū)動程序的API約定。這些API約定通常由大多數(shù)適配器廠商以ANSI C函數(shù)的方式提供。建議那些需要進行復(fù)雜儀器控制并希望達到最大系統(tǒng)吞吐率的用戶采用帶SCPI字符指令的驅(qū)動程序API。

而對于希望避免編寫復(fù)雜儀器指令的用戶而言,VISA或IVICOM等高級儀器驅(qū)動程序則是理想的方案。VISA是一種軟件接口,為計算機與測量儀器的通信提供標準輸入輸出函數(shù)。

而高級儀器庫則可為各類型連接接口提供透明的軟件兼容性,同時提供的函數(shù)也大多數(shù)與所使用的設(shè)備接口相獨立。不論你是準備通過RS-232、GPIB、USB還是LAN接口訪問測量儀器,在改變通信總線類型時,高級儀器驅(qū)動程序都不會給你增加修改軟件代碼的負擔。最后,高級儀器驅(qū)動使你擁有更多時間專注于軟件開發(fā),同時也讓用戶程序在以后的重新集成中具備更大的延展性。

確定了軟件I/O層后,下一步將是選擇最合適的ADE(應(yīng)用開發(fā)環(huán)境)。ADE與軟件工具包的結(jié)合是十分關(guān)鍵的,會直接影響總開發(fā)成本和應(yīng)用的完工時間。因此,對軟件的價格以及學習或訓(xùn)練所需的時間都必須謹慎考慮。同時,程序員可能還需要考慮采用軟件開發(fā)包來加速測試系統(tǒng)的開發(fā)。軟件開發(fā)有兩種方式:圖形化開發(fā)和文本化開發(fā)。

目前,符合測試和測量工程學的圖形化編程環(huán)境有很多。其中,最受歡迎的是Agilent公司的VEE和NI公司的LabVIEW,兩者都具備友好的GUI和編程方法,因而很適合初學程序員使用。容易上手的圖形化編程環(huán)境使用戶可以迅速地創(chuàng)建測試系統(tǒng)原型,并有效處理幾個并行活動之間的數(shù)據(jù)流。圖形化環(huán)境所支持的直接編程方式遠比利用文本編程來創(chuàng)建程序簡單。此外,在圖形化編程環(huán)境下,程序員無需熟悉復(fù)雜的語法,因為它能幫助程序員更輕松地學習和分享預(yù)定義代碼。

文本化ADE編程則適合在開發(fā)大規(guī)模應(yīng)用和提高系統(tǒng)吞吐率時使用。但這種編程方式要求程序員有足夠的經(jīng)驗。幸運的是,圖形化編程和文本化編程的運行時間性能之間的差異最近正不斷縮小。

表1:表中比較了不同標準在關(guān)鍵規(guī)范上的差異。理論帶寬與總線的實際流量并不相同,它取決于主計算機的處理速度、上面安裝的設(shè)備,以及突發(fā)數(shù)據(jù)塊的大小變化。

GPIB與其他接口的比較

對儀器制造商和用戶而言,快速可靠的連接是最重要的。隨著商用臺式機和筆記本電腦的性能日益提高,PC與儀器之間的通信基礎(chǔ)也出現(xiàn)了演變。盡管GPIB仍是連接儀器的實際標準,PCI總線也仍是工業(yè)控制和測量的標準I/O接口,但新一代USB和以太網(wǎng)也開始闖進儀器控制領(lǐng)域。因此,有必要評價和比較一下這些接口標準。下表比較了不同標準在關(guān)鍵規(guī)格上的差異。理論帶寬與總線的吞吐率并不相同,它取決于主計算機的處理器速度、所安裝的設(shè)備,以及數(shù)據(jù)塊大小的突發(fā)變化。

在搭建ATE時,選擇I/O接口是第一步。你可以選用帶純GPIB接口的傳統(tǒng)儀器,也可以選用帶LAN或USB接口的時新儀器。而結(jié)合了GPIB和USB/LAN的全面方案則能滿足各種要求。前面提到,如果所選擇的儀器均支持VISA等高級驅(qū)動程序,那么你就可以體會到高級驅(qū)動程序在創(chuàng)建混合式高性能測試系統(tǒng)時的靈活優(yōu)勢。

用FPGA實現(xiàn)GPIB控制器

GPIB總線控制器是GPIB的一個關(guān)鍵組件,它通常是一塊ASIC。生產(chǎn)這種組件的供應(yīng)商不多,因此基于ASIC的GPIB價格昂貴。盡管組件制造商確信基于ASIC的GPIB比用FPGA實現(xiàn)的GPIB的性能更出色,但其性價比卻沒有后者高,尤其是在原型驗證或小規(guī)模生產(chǎn)時。

隨著EDA工具的發(fā)展,FPGA提供了一種替代昂貴的ASIC實現(xiàn)GPIB的選擇。同時,隨著越來越多的FPGA標準的出現(xiàn),以及經(jīng)驗證的IP內(nèi)核可以很容易地通過互聯(lián)網(wǎng)獲得,人們已開始把GPIB協(xié)議嵌進FPGA,這為測試和測量應(yīng)用提供了一個非常有希望的發(fā)展機遇。

從前文可以看出,GPIB作為一種可靠的I/O接口仍將在大量現(xiàn)役儀器中繼續(xù)使用。同時,GPIB也提供了一種方便的管理復(fù)雜硬件握手的方式。然而,決定性的上市時間因素迫使GPIB接口的硬件設(shè)計師與儀器制造商盡可能早地發(fā)布產(chǎn)品。而謹慎地選擇主控制器與遠程設(shè)備之間的通信協(xié)議,并充分理解GPIB的電信號,上市時間所帶來的壓力可以立即得到緩解。這些因素越早得到滿足,產(chǎn)品開發(fā)的速度就越快。

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作者:Andre Hsieh

高級應(yīng)用工程師

ADlink Technology公司