2.0時代來臨 測試測量儀器技術進入新階段

    測試測量儀器市場最近發生的一些事情似乎暗示著該行業已經進入一個新的階段。首先要提到的是安捷倫科技，盡管該公司一度認為PXI并非測試測量技術的未來趨勢，但卻在去年底發起了針對該項技術方案供應商的兩起收購(Acqiris和PXIT)，并于2007年3月底宣布加入PXI聯盟。值得注意的還有泰克公司，在NI公司的協助下，這家示波器領導廠商在其TDS1000B、TDS2000B和DPO4000系列數字存儲示波器中采用了由NI提供的交互式測量軟件，幫助工程師可以輕松地在PC上連接并控制泰克儀器。此外，測試儀器供應商吉時力也順應潮流，在2006年12月推出了符合PXI標準的產品線。

    上述案例表明，以軟件為中心并配合模塊化I/O硬件的方式已經漸漸成為測試測量儀器行業的一個趨勢，而這正是NI一直以來就在大力推廣的虛擬儀器技術(VI)。“這彰顯了30年來NI所堅持的道路的正確性。”NI中國市場經理朱君女士不久前在上海與業界媒體見面時表示，“在NI提出‘虛擬儀器技術’這一概念的時候，許多人都認為它不可能成為主流技術。而今天我們看到的卻是，VI不但成為了測試測量行業的發展方向，而且很顯然，測試測量行業已經進入儀器技術2.0(Instrumentation 2.0)的時代。”Instrumenation 2.0 借用了最近非常紅火的web 2.0的概念，都突出了用戶對數據的掌控和對自定義的強烈需求。

    以軟件為中心，模塊化硬件相結合

    在最短時間內為產品增加盡可能多的新功能，這似乎已經成為電子系統設計工程師們目前所面臨的最大挑戰。測試系統必須緊跟待測產品技術的發展，但是待測系統復雜度的提高和對測試時間的要求使得傳統測試技術在滿足“過分的”測試需求方面越來越顯得力不從心。在傳統測量儀器技術下，工程師們只有兩個選擇：要么為該產品開發專用的測試解決方案，要么使用通用的測試儀器。但是，專用系統的價格昂貴，而通用儀器卻很難達到測試要求。

    “兼容以上兩種方案的優勢，以軟件為中心的系統開啟了一個新的時代。這種方式能為設計和測試工程師提供效率最快、性價比最高的途徑來創建他們自定義的儀器系統。”朱君表示，“它就是儀器技術2.0。”

    簡單來說，儀器技術2.0是相對于完全依靠硬件來實現測試測量的1.0時代而言的：在后一種方式下，硬件本身和其具備的分析功能都是由儀器供應商來定義，用戶要實現自定義只能是天方夜譚——即使將儀器連接到PC，傳輸的信息也是廠商定義后的測試結果，用戶無法獲得測量的原始數據來進行自定義分析。而2.0方式卻完全不同，在獲得實時的原始數據后，工程師可以利用軟件來設計自己的用戶界面并自定義測量任務，獲得所需的分析結果。

    以軟件為核心并不代表硬件已經無足輕重，只有對數據進行高質量的數字化和快速傳輸才能在軟件平臺上真正實現精確分析的能力。模塊化的I/O硬件技術的飛速發展為數據采集提供了可靠保證，工程師們可以采用通用的模塊化硬件來構建測試系統。“相比傳統儀器技術，儀器技術2.0賦予了他們更大的自主權和靈活性——在一個強大的應用軟件平臺上，選擇符合需求的硬件，即可實現更多可擴展的測試功能。”朱君說。

    朱君表示，儀器技術2.0的包括以下幾項必備要素：自定義測試、實時數據傳輸、自定義界面、模塊化硬件以及儀器同PC之間的連接性。“這些要素已經非常普遍。”她指出，這也是本文開頭中所述的其他廠商之所以開始涉足軟件和PXI等技術的原因。

                      F1：儀器技術1.0與儀器技術2.0比較

    組成部分與必備要素

    虛擬儀器技術的概念已經在市場上獲得了廣泛認同和采用，同時驅動其進步的因素仍在不斷發展中。因此，理所當然的，虛擬儀器技術仍將不斷獲得新的飛躍：硬件方面，數據轉換器(ADC)、數據總線/總線架構以及處理器技術功不可沒；軟件方面，LabVIEW圖形化編程環境已經日益成為最普遍的應用工具。

    首先來看ADC。過去工程師需要自己設計專用ASIC或者現成的高性能ADC。但是很顯然，對于出貨量相對較少的測試測量行業而言，ASIC方案的成本較高。隨著ADC不斷進入更多的應用領域，半導體供應商們在該項技術獲得了極大的發展。今天，ADC不僅能夠提供足夠的性能，還由于大規模量產獲得了低成本優勢。

    其次是總線技術。事實上，許多總線技術都存在著“雙高問題”——在提供高帶寬的同時，延遲時間也居高不下。但不幸的是，大多數情況下常常被忽略的延遲會對某些測試應用產生直接作用，影響指令在總線節點之間的傳輸速度。另外，各種各樣的總線還存在著五花八門的要求。例如，千兆級以太網傳輸速度很高，但是每次改變都需要重新編寫軟件；GPIB沒有這種麻煩，但卻需要購買控制器……諸如此類不一而足。“這使得在帶寬和延遲兩方面性能都出色的PCI/PXI總線能夠輕松勝出——被PC行業的廣泛采用已經說明了該項技術的優越性。”朱君說。

    多核處理器技術也是儀器技術發展的助推劑。作為應用軟件的運算載體，處理器已經成為下一代儀器技術的核心器件。AMD和Intel兩大處理器供應商的競爭使得處理器性能依然沿著摩爾定律的步伐穩步前進。Intel公司更宣布將在2011年推出80核處理器的計劃，屆時將能夠提供萬億8進制的計算性能。很顯然，處理器的未來就是多核。

    朱君指出，與1.0方式相比，儀器技術2.0方式對于軟件具有非常高的要求。為了充分融合以上硬件技術，一個強大的應用軟件必須要滿足以下要求：提供強大的分析能力——包括內置分析庫核與第三方軟件工具之間的開發連接性；讓用戶可以自由選擇最適合需求的總線——支持各種總線技術；為了能夠充分利用多核處理器的優勢——支持工程師對多核處理器進行高效編程，需要開發全新的編譯器來解決并行架構的開發挑戰。

    LabVIEW已經具有上述能力。與PLC組態軟件、C文本語言的特性不同，這是一款圖形化的編程軟件平臺。自1986年推出以來，LabVIEW不斷增加即拖即用的分析函數，現已包含500多個內置的數學、信號處理和分析函數，并為階次分析、調制、頻譜分析、高級信號處理等要求提供附加的工具包。此外，通過MathScript提供的m-file文本語法功能，工程師們可以選擇更高效的句法。該軟件不僅支持所有總線技術和各種操作系統，還已經在今年4月推出的8.2.1版本中支持Vista操作系統(LabVIEW可在底層進行系統配置)。此外，在去年的NI Days上，NI還就將并行的兩個程序自動配置到雙核處理器中進行了相關演示。朱君指出，幾乎所有的編程軟件都是串行架構，而LabVIEW一開始就是一款并行架構的編程軟件。“如果程序里有多個并行循環，LabVIEW會自動在多核間分配任務。”她說，“從單核升級到多核，用戶無需改變代碼即可享受到多核技術帶來的好處。”

    “盡管不同的行業有不同的發展道路，但共同的一點卻是用戶對自定義的要求愈加普遍。”朱君總結道，“儀器技術2.0已經成為測試測量行業勢在必行的趨勢，以軟件為核心、結合模塊化硬件的解決方案將為工程師實現他們所需的自定義和最優化結果。”