1 VXI—跨世紀的儀器總線
VXI總線是VMEbus Extension for Instrumentation的縮寫，即VME總線在測量儀器領域的擴展。這是一種新型測量儀器的標準總線，其總線標準是一種在世界范圍內完全開放的、適用于各國不同的廠家、不同應用領域的行業標準。由于它是電子儀器發展史上一個重要的里程碑，因此被國內外專家譽為“跨世紀的儀器總線”、“劃時代的技術成果”，并被認為是電子儀器和自動測試領域的“第三次革命”。VXI總線系統自80年代末問世以來，對國際儀器儀表自動化測控技術的發展產生了重大的影響，已成為國內外關注的“熱點”。
VXI總線系統具有標準化、通用化、系列化、模塊化的顯著優點，集測量、計算、通信功能于一體，是國際90年代一項高、新科技。它不僅繼承了GPIB智能儀器和VME總線的特點，還有高速、模塊化、易于使用等優勢。其主要優點如下：
(1)它是國際上最新推出的開放式儀器系統。該系統主要由主機箱、“0槽”控制器、具有各種功能的模塊化儀器和驅動軟件、軟面板(SFP)、軟件開發平臺以及系統應用軟件等組成。
(2)它采用了當代多項高、新技術，包括微電子技術、計算機技術、自動測試技術、圖形處理技術(虛擬儀器，軟面板)、智能化儀器儀表等光、電、機技術。
(3)其核心思想是使VXI產品成為開放式結構的總線系統。標準統一，使用靈活。用戶購買VXI總線產品之后，在組建系統時能真正做到“即插即用”(Plug & Play)，立竿見影。人機界面良好，接近于“傻瓜”照相機的靈活程度。
(4)采用背板結構，數據傳輸速率快(40MB/s)，吞吐量大，系統組建靈活方便，易于同其他總線兼容。
(5)儀器系統由傳統的“多機箱堆放式”發展成“單機箱多模塊式”。它具有安裝密度高、體積小、重量輕、易于攜帶等優點。因其外形尺寸小，故可提高被測信號的保真度，能減小儀器與被測裝置的引線長度，降低系統噪聲和改善屏蔽效果。
(6)測試性能優良，技術指標先進，是對傳統測試系統更新換代的理想產品。
(7)采用模塊化的嚴密設計與工藝保證，使之具有很高的可靠性，良好的電磁兼容性和很強的抗干擾能力，具有有效的自檢與自診斷能力和良好的可維修性，大大延長了使用壽命。其平均故障間隔時間(MTBF)一般能達到10萬小時，最高可達70萬小時(折合80年使用期!)
(8)資源利用率高，很容易實現系統集成，大大縮短研制周期。能實現系統資源共享，系統易于升級和擴展，易于根據各種現場的需要方便地快速地更換模塊，重新組合系統。因此，即使若干年后老機型被淘汰，其主體部分(如計算機、VXI機箱、VXI模塊等)還可用于新機型，資源的重復使用率高達75%～85%，能將設備的成本及投資風險降至最低。
(9)VXI總線系統有著豐富的軟件開發工具。測試人員只需調出代表儀器的圖標，輸入相關的條件和參數，利用鼠標器按測試流程將有關儀器連接起來，即可完成全部編程工作，自動生成測試程序，并以用戶指定方式顯示測量結果。
(10)便于用戶自行開發“虛擬儀器”。虛擬儀器(VI)是測量儀器、計算機與軟件這三者的有機結合。它將儀器硬件(例如A/D、D/A轉換器，數字I/O)、計算機資源(如微處理器，存儲器，顯示器)、軟件(例如軟面板，圖形界面，數據處理，信息交換等)有效地結合起來，構成軟硬結合、虛實共體的新一代電子儀器。
2 VXI總線系統的發展史
2.1 國際發展動態
1987年，由美國的惠普(HP)、泰克(TEK)、雷卡(Racal)等5家公司在國際上率先成立了VXI總線聯合體，開創了VXI的新紀元。1988年美國制定了VXI總線軍用標準，1992年又制定了IEEE—1155標準。1993年制定了VXI“即插即用”(又譯為“插入即用”)標準，并成立了VXI“即插即用”系統聯盟。1996年，VXI總線系統已實現全球標準化。與此同時，VXI市場已形成一定的規模。目前，全世界已有數百家工廠生產上千種產品。VXI模塊和系統的銷售額正以每年遞增30%～40%的高速度發展，這遠遠超過其他儀器的增長率。預計到2000年，大約有50%的測試系統將使用VXI。VXI正在高新技術領域顯示出強大的生命力。例如，美國將在2002年建成距地球380公里高空、有兩個足球場大的永久性空間站，Maxsys公司最近已研制出基于VXI的能夠模擬空間站上敏感器與執行機構的SES系統，它包括溫度及壓力傳感器、繼電器、開關、電壓源、電流源、程控負荷。目前，一方面正在制定與完善各種VXI總線技術規范，另一方面則加速VXI總線平臺的開發與推廣工作。VXI總線必將在21世紀發揮更大作用。
2.2 VXI總線系統在我國的發展應用
近年來VXI總線系統在國際上獲得迅速發展和廣泛應用，立即引起國內測量儀器和自動測試領域專家們的極大興趣與高度重視。1990年，我國與VXI總線聯合體建立了正式聯系，1993年航天部門首先開始引進VXI產品。在94～95年期間我國多次舉辦過國際VXI產品展覽會，1995年中國計算機自動測量與控制技術協會和中國計量測試學會還先后組建“VXI技術委員會”和“VXI應用技術服務中心”。此后，VXI總線系統開始全面進入國內各個領域。如果說“八五”初期國內對該項新技術尚為“隔岸觀火”，“八五”后期開始“躍躍欲試”，那么“九五”規劃期間則是“競相快上，大展宏圖”的全面起動階段，這正是歷史的機遇。近幾年來，我國對VXI總線系統經歷了從“技術跟蹤——產品引進——開發研制——推廣應用”四個階段，已在該技術領域獲得長足發展，并取得一批重要科研成果
。由航天測控公司承擔的國家“八五”重點科技攻關項目VXI總線C尺寸系列功能模塊(包括5位半DVM、A/D模塊、D/A模塊、I/O模塊、計數模塊等10余種)早已通過鑒定。由航天工業總公司三十五所研制成功的“智能化VXI總線目標模擬器控制和驅動模塊”、由二院研制的“某型飛行器自動測控系統”、由中國科技大學等單位研制的“通訊產品自動測試系統”等等，標志著我國電子儀器及自動測控技術已跨入國際先進領域。我國航空航天系統已決定從戰斗機到干線飛機均采用VXI總線系統；長征三號、長征四號B、長征二號丁等大型運載火箭的測控系統也以VXI總線作為今后更新換代的首選目標。
3 VXI總線儀器系統集成
3.1 VXI總線系統的結構特點
3.1.1 標準模塊
分A尺寸(3.9×6.3英寸)、B尺寸(9.2×6.3英寸)、C尺寸(9.2×13.4英寸)、D尺寸(14.4×13.4英寸)四種。其中，C尺寸約占85%。VXI的電氣結構是在0槽控制器的控制下，各儀器模塊可通過高速通信通道聯絡，同步工作，儀器之間經局部總線進行數據交換。機箱分5槽、13槽等規格。
3.1.2 系統的結構
VXI總線系統可簡化為資源管理器和組態寄存器兩種。資源管理器用于完成下述軟件功能：識別所有的儀器，對管理器進行自檢，分配存儲器，分配中斷線，分配通信等級。資源管理器可管理0～255共計256個VXI總線儀器。
VXI總線組態寄存器用于存儲儀器模塊的各種信息。每個VXI總線儀器都包含以下信息：儀器型號及裝置類型，通信能力，狀態信息，存儲器的需求。VXI總線的通信又分兩種類型：消息基，寄存器基。前者支持高級的標準VXI總線通信協議，例如字串行協議；后者不支持高級通信協議，僅支持VXI總線的配置寄存器，因此不能通用。
3.1.3 控制器結構
常用的控制器有以下幾種：
a.IEEE-488控制器。它可以接幾個主機箱，亦可同時接IEEE-488儀器。其特點是具有最普通的儀器界面，容易將VXI總線儀器與IEEE-488儀器混合使用，最高傳輸速率為1MB/s，速度最慢，最多可控制168個標準模塊，價格最低。
b.嵌入式(亦稱內置式)VXI總線控制器。它能直接放入主機箱中，并具有一臺通用計算機(486或586微機)的全部功能。其主要特點是外形尺寸小，能直接控制VXI總線及12個標準模塊，傳輸速率達40MB/s，速度最快。
c.MXI控制器。其價格與IEEE-488控制器相當，傳輸速率可達(20～33)MB/s。
3.1.4 VXI即插即用系統的結構
采用VXI即插即用標準能夠降低成本并完全支持對VXI儀器、控制器和軟件的操作，便于實現系統集成與軟件編程。該系統是通過一個被稱作“框架”的特殊部分，用作聯接VXI總線儀器與系統軟件的橋梁。此框架能提供可操作的軟件，并規定了一個良好的軟、硬件環境。目前通用的框架就是由Windows所支持的，稱為WIN框架。它是基于Windows軟件，采用Intel PC技術支持最廣泛的編程語言，并可移植到視窗98環境中。
從技術上講，WIN框架采用Windows的圖形用戶界面，通過動態聯接庫(DLL)和虛擬儀器軟件結構(VISA)通信I/O來控制VXI儀器。WIN框架包括儀器驅動器、軟面板、在線文件、基本結構數據、VISA通信I/O和標準安裝程序。VXI即插即用系統的應用程序必須通過VISA通信I/O之后，才能經硬件I/O去控制VXI總線儀器。
3.2 系統集成
3.2.1 系統組成
系統集成由硬件(主機箱、控制器和儀器模塊)和軟件所組成。下面給出由HP公司提供的系統集成典型實例：
●E1401B型C尺寸13槽主機箱
●E1406A型0槽控制器
●外部控制器(586微機)
●E2073型HPIB總線接口卡
●E1411B型5位半數字多用表模塊
●E1428A型數字示波器模塊
●E1340A型函數發生器模塊
●E1413B型64通道A/D模塊
●E1328A型4通道D/A模塊
●E1330B型32通道數字I/O模塊
●E1469A型4×16繼電器開關模塊
●HP/VEE5.0軟件
3.2.2 軟件的安裝
首先要安裝VISA通信I/O，再裝入所需的編程語言，最后裝儀器的軟件。儀器軟件包含軟面板、驅動程序、在線文件、基本結構數據和標準的目錄結構。
3.2.3 系統檢驗
在系統集成之后應操作儀器的軟面板，檢查儀器的通信是否正常。
參考文獻
［1］ Gauravgoel.Hahly flexible Production Testing With LabVIEW and VXI.VXI Journal Winter,1996
［2］ 陳光.VXI總線測試平臺技術.成都：電子科技大學出版社，1996
