GPIB:挑战与机遇并存

2008-06-23 09:25:06 来源:中电网
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        IEEE 488标准有一个广为人知的名字,叫GPIB(通用接口总线)。这是一种很受欢迎的接口,用于连接测试测量仪器和计算机,以构成一套ATE(自动测试设备)。GPIB最初由惠普开发,并在1978年被确认为IEEE标准。自那时起,IEEE于1978年和1987年分别发布了定义GPIB硬件规范(包括电气参数、机械参数和基础协议参数)的IEEE 488.1标准和定义相关软件规范的IEEE 488.2标准。数十年来,GPIB受到了仪器厂商的广泛接受和采用。可以说,GPIB是当今在计算机和测试测量仪器连接中使用最多的接口。

GPIB面临的挑战

        PCI I/O总线的革命性改变(例如数据吞吐率更高、占位面积更小)推动了传统ISA总线以及更成熟的PCI总线标准的普及。这些总线标准在传输速度上远远超过RS-232。其中,最出色的是USB和LAN接口,它们被证实具有比其他接口更高、更快、更全面的性能。由于它们性价比高而且连接方便,所以现有PC机都配备了这两种接口。同时,不计其数的传统GPIB设备在经历了30多年的改进和大范围的发展之后,如今也支持热插拔功能和远程接入,以不落后于测试工程师们更熟悉的基于IP的仪器。因为GPIB的这些创新,更新和更快的I/O接口(例如USB或LAN)就很难完全取代GPIB在ATE行业中的地位。

        由于认识到GPIB在这一市场上的地位稳固,主流仪器制造商开发了由GPIB到USB或LAN的桥接通信协议。这充分保护了用户过去在GPIB接口仪器上的投资,同时也使用户受益于USB和LAN接口的灵活性和高数据吞吐率的优势。桥接通信协议以GPIB到USB/LAN适配器、GPIB-LAN网关和转换器的形式实现。桥接通信协议及相关技术趋势显示,GPIB接口仍将占有一席之地。

        从硬件角度说,GPIB与USB/LAN接口的互通性因为无需再在扩展插槽上安装ISA/GPIB卡,实现了更快速的集成和更便利的维护,从而降低了测试系统的成本和复杂度。

        从软件角度来说,GPIB与USB/LAN的组合同样很有优势。因为大多数主流操作系统都能监控LAN或USB端口的状态,所以任何新连接上的仪器都能被系统自动检测和识别。诸如Agilent I/O Library Expert之类的高度集成环境也能自动识别连接上的仪器,并为其分配专用的软件资源,因此不需对已连接设备进行手动搜索、识别和初始化。

GPIB应用需知

        在开始实现一套ATE之前,用户首先应试着回答以下几个问题/事项:

        你希望用于连接仪器的首选物理接口是哪一种:GPIB、USB还是LAN?
        软件的要求、规范、能力和性能如何?
        根据所选的软件应用,您将采用那种软件开发环境来控制仪器并与其通信?
       假设用户决定采用GPIB作为仪器的控制接口,那么下一步就是确定与仪器通信的I/O软件包。这些I/O软件工具被视为位于集成应用设计与连接仪器的物理接口之间的软件层。创建自动测试应用有两种方法:利用本地驱动程序API或通过高级仪器驱动程序。

                                                                             图1:GPIB接口卡的开发流程及工具。

        第一种方法涉及本地驱动程序的API约定。这些API约定通常由大多数适配器厂商以ANSI C函数的方式提供。建议那些需要进行复杂仪器控制并希望达到最大系统吞吐率的用户采用带SCPI字符指令的驱动程序API。

        而对于希望避免编写复杂仪器指令的用户而言,VISA或IVICOM等高级仪器驱动程序则是理想的方案。VISA是一种软件接口,为计算机与测量仪器的通信提供标准输入输出函数。

        而高级仪器库则可为各类型连接接口提供透明的软件兼容性,同时提供的函数也大多数与所使用的设备接口相独立。不论你是准备通过RS-232、GPIB、USB还是LAN接口访问测量仪器,在改变通信总线类型时,高级仪器驱动程序都不会给你增加修改软件代码的负担。最后,高级仪器驱动使你拥有更多时间专注于软件开发,同时也让用户程序在以后的重新集成中具备更大的延展性。

        确定了软件I/O层后,下一步将是选择最合适的ADE(应用开发环境)。ADE与软件工具包的结合是十分关键的,会直接影响总开发成本和应用的完工时间。因此,对软件的价格以及学习或训练所需的时间都必须谨慎考虑。同时,程序员可能还需要考虑采用软件开发包来加速测试系统的开发。软件开发有两种方式:图形化开发和文本化开发。

        目前,符合测试和测量工程学的图形化编程环境有很多。其中,最受欢迎的是Agilent公司的VEE和NI公司的LabVIEW,两者都具备友好的GUI和编程方法,因而很适合初学程序员使用。容易上手的图形化编程环境使用户可以迅速地创建测试系统原型,并有效处理几个并行活动之间的数据流。图形化环境所支持的直接编程方式远比利用文本编程来创建程序简单。此外,在图形化编程环境下,程序员无需熟悉复杂的语法,因为它能帮助程序员更轻松地学习和分享预定义代码。

        文本化ADE编程则适合在开发大规模应用和提高系统吞吐率时使用。但这种编程方式要求程序员有足够的经验。幸运的是,图形化编程和文本化编程的运行时间性能之间的差异最近正不断缩小。

        表1:表中比较了不同标准在关键规范上的差异。理论带宽与总线的实际流量并不相同,它取决于主计算机的处理速度、上面安装的设备,以及突发数据块的大小变化。

GPIB与其他接口的比较

        对仪器制造商和用户而言,快速可靠的连接是最重要的。随着商用台式机和笔记本电脑的性能日益提高,PC与仪器之间的通信基础也出现了演变。尽管GPIB仍是连接仪器的实际标准,PCI总线也仍是工业控制和测量的标准I/O接口,但新一代USB和以太网也开始闯进仪器控制领域。因此,有必要评价和比较一下这些接口标准。下表比较了不同标准在关键规格上的差异。理论带宽与总线的吞吐率并不相同,它取决于主计算机的处理器速度、所安装的设备,以及数据块大小的突发变化。

        在搭建ATE时,选择I/O接口是第一步。你可以选用带纯GPIB接口的传统仪器,也可以选用带LAN或USB接口的时新仪器。而结合了GPIB和USB/LAN的全面方案则能满足各种要求。前面提到,如果所选择的仪器均支持VISA等高级驱动程序,那么你就可以体会到高级驱动程序在创建混合式高性能测试系统时的灵活优势。

用FPGA实现GPIB控制器

        GPIB总线控制器是GPIB的一个关键组件,它通常是一块ASIC。生产这种组件的供应商不多,因此基于ASIC的GPIB价格昂贵。尽管组件制造商确信基于ASIC的GPIB比用FPGA实现的GPIB的性能更出色,但其性价比却没有后者高,尤其是在原型验证或小规模生产时。
随着EDA工具的发展,FPGA提供了一种替代昂贵的ASIC实现GPIB的选择。同时,随着越来越多的FPGA标准的出现,以及经验证的IP内核可以很容易地通过互联网获得,人们已开始把GPIB协议嵌进FPGA,这为测试和测量应用提供了一个非常有希望的发展机遇。

        从前文可以看出,GPIB作为一种可靠的I/O接口仍将在大量现役仪器中继续使用。同时,GPIB也提供了一种方便的管理复杂硬件握手的方式。然而,决定性的上市时间因素迫使GPIB接口的硬件设计师与仪器制造商尽可能早地发布产品。而谨慎地选择主控制器与远程设备之间的通信协议,并充分理解GPIB的电信号,上市时间所带来的压力可以立即得到缓解。这些因素越早得到满足,产品开发的速度就越快。

        欲获得ADLINK GPIB接口卡的详细信息请访问:https://www.adlinktech.com/GPIB/

        https://www.icembed.com/info-20738.htm

 
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