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测试测量仪器技术进入2.0时代

时间:2007/7/5
测试测量仪器市场最近发生的一些事情似乎暗示着该行业已经进入一个新的阶段。首先要提到的是安捷伦科技,尽管该公司一度认为PXI并非测试测量技术的未来趋势,但却在去年底发起了针对该项技术方案供应商的两起收购(Acqiris和PXIT),并于2007年3月底宣布加入PXI联盟。值得注意的还有泰克公司,在NI公司的协助下,这家示波器领导厂商在其TDS1000B、TDS2000B和DPO4000系列数字存储示波器中采用了由NI提供的交互式测量软件,帮助工程师可以轻松地在PC上连接并控制泰克仪器。此外,测试仪器供应商吉时力也顺应潮流,在2006年12月推出了符合PXI标准的产品线。  
  上述案例表明,以软件为中心并配合模块化I/O硬件的方式已经渐渐成为测试测量仪器行业的一个趋势,而这正是NI一直以来就在大力推广的虚拟仪器技术(VI)。“这彰显了30年来NI所坚持的道路的正确性。”NI中国市场经理朱君女士不久前在上海与业界媒体见面时表示,“在NI提出‘虚拟仪器技术’这一概念的时候,许多人都认为它不可能成为主流技术。而今天我们看到的却是,VI不但成为了测试测量行业的发展方向,而且很显然,测试测量行业已经进入仪器技术2.0(Instrumentation 2.0)的时代。”Instrumenation 2.0 借用了最近非常红火的web 2.0的概念,都突出了用户对数据的掌控和对自定义的强烈需求。  
以软件为中心,模块化硬件相结合   
  在最短时间内为产品增加尽可能多的新功能,这似乎已经成为电子系统设计工程师们目前所面临的最大挑战。测试系统必须紧跟待测产品技术的发展,但是待测系统复杂度的提高和对测试时间的要求使得传统测试技术在满足“过分的”测试需求方面越来越显得力不从心。在传统测量仪器技术下,工程师们只有两个选择:要么为该产品开发专用的测试解决方案,要么使用通用的测试仪器。但是,专用系统的价格昂贵,而通用仪器却很难达到测试要求。  
  “兼容以上两种方案的优势,以软件为中心的系统开启了一个新的时代。这种方式能为设计和测试工程师提供效率最快、性价比最高的途径来创建他们自定义的仪器系统。”朱君表示,“它就是仪器技术2.0。”  
  简单来说,仪器技术2.0是相对于完全依靠硬件来实现测试测量的1.0时代而言的:在后一种方式下,硬件本身和其具备的分析功能都是由仪器供应商来定义,用户要实现自定义只能是天方夜谭——即使将仪器连接到PC,传输的信息也是厂商定义后的测试结果,用户无法获得测量的原始数据来进行自定义分析。而2.0方式却完全不同,在获得实时的原始数据后,工程师可以利用软件来设计自己的用户界面并自定义测量任务,获得所需的分析结果。  
  以软件为核心并不代表硬件已经无足轻重,只有对数据进行高质量的数字化和快速传输才能在软件平台上真正实现精确分析的能力。模块化的I/O硬件技术的飞速发展为数据采集提供了可靠保证,工程师们可以采用通用的模块化硬件来构建测试系统。“相比传统仪器技术,仪器技术2.0赋予了他们更大的自主权和灵活性——在一个强大的应用软件平台上,选择符合需求的硬件,即可实现更多可扩展的测试功能。”朱君说。  
  朱君表示,仪器技术2.0的包括以下几项必备要素:自定义测试、实时数据传输、自定义界面、模块化硬件以及仪器同PC之间的连接性。“这些要素已经非常普遍。”她指出,这也是本文开头中所述的其他厂商之所以开始涉足软件和PXI等技术的原因。  
组成部分与必备要素  
  虚拟仪器技术的概念已经在市场上获得了广泛认同和采用,同时驱动其进步的因素仍在不断发展中。因此,理所当然的,虚拟仪器技术仍将不断获得新的飞跃:硬件方面,数据转换器(ADC)、数据总线/总线架构以及处理器技术功不可没;软件方面,LabVIEW图形化编程环境已经日益成为最普遍的应用工具。  
  首先来看ADC。过去工程师需要自己设计专用ASIC或者现成的高性能ADC。但是很显然,对于出货量相对较少的测试测量行业而言,ASIC方案的成本较高。随着ADC不断进入更多的应用领域,半导体供应商们在该项技术获得了极大的发展。今天,ADC不仅能够提供足够的性能,还由于大规模量产获得了低成本优势。  
  其次是总线技术。事实上,许多总线技术都存在着“双高问题”——在提供高带宽的同时,延迟时间也居高不下。但不幸的是,大多数情况下常常被忽略的延迟会对某些测试应用产生直接作用,影响指令在总线节点之间的传输速度。另外,各种各样的总线还存在着五花八门的要求。例如,千兆级以太网传输速度很高,但是每次改变都需要重新编写软件;GPIB没有这种麻烦,但却需要购买控制器……诸如此类不一而足。“这使得在带宽和延迟两方面性能都出色的PCI/PXI总线能够轻松胜出——被PC行业的广泛采用已经说明了该项技术的优越性。”朱君说。  
  多核处理器技术也是仪器技术发展的助推剂。作为应用软件的运算载体,处理器已经成为下一代仪器技术的核心器件。AMD和Intel两大处理器供应商的竞争使得处理器性能依然沿着摩尔定律的步伐稳步前进。Intel公司更宣布将在2011年推出80核处理器的计划,届时将能够提供万亿8进制的计算性能。很显然,处理器的未来就是多核。  
  朱君指出,与1.0方式相比,仪器技术2.0方式对于软件具有非常高的要求。为了充分融合以上硬件技术,一个强大的应用软件必须要满足以下要求:提供强大的分析能力——包括内置分析库核与第三方软件工具之间的开发连接性;让用户可以自由选择最适合需求的总线——支持各种总线技术;为了能够充分利用多核处理器的优势——支持工程师对多核处理器进行高效编程,需要开发全新的编译器来解决并行架构的开发挑战。  
  LabVIEW已经具有上述能力。与PLC组态软件、C文本语言的特性不同,这是一款图形化的编程软件平台。自1986年推出以来,LabVIEW不断增加即拖即用的分析函数,现已包含500多个内置的数学、信号处理和分析函数,并为阶次分析、调制、频谱分析、高级信号处理等要求提供附加的工具包。此外,通过MathScript提供的m-file文本语法功能,工程师们可以选择更高效的句法。该软件不仅支持所有总线技术和各种操作系统,还已经在今年4月推出的8.2.1版本中支持Vista操作系统(LabVIEW可在底层进行系统配置)。此外,在去年的NI Days上,NI还就将并行的两个程序自动配置到双核处理器中进行了相关演示。朱君指出,几乎所有的编程软件都是串行架构,而LabVIEW一开始就是一款并行架构的编程软件。“如果程序里有多个并行循环,LabVIEW会自动在多核间分配任务。”她说,“从单核升级到多核,用户无需改变代码即可享受到多核技术带来的好处。”  
  “尽管不同的行业有不同的发展道路,但共同的一点却是用户对自定义的要求愈加普遍。”朱君总结道,“仪器技术2.0已经成为测试测量行业势在必行的趋势,以软件为核心、结合模块化硬件的解决方案将为工程师实现他们所需的自定义和最优化结果。” 
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