網(wǎng)絡(luò)化測控-09-LXI-副本

1網(wǎng)絡(luò)化測控機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院儀器科學(xué)與技術(shù)系董志2第8次課內(nèi)容：現(xiàn)場總線技術(shù)1、現(xiàn)場總線概述2、控制局域網(wǎng)絡(luò)總線CAN3、基金會(huì)現(xiàn)場總線FF4、PROFIBUS現(xiàn)場總線5、DeviceNet現(xiàn)場總線3網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)以信息共享為目的公共Internet構(gòu)建過程控制與處理工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)建現(xiàn)場設(shè)備級網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)4第9次課內(nèi)容： LXI總線1、概述2、物理規(guī)范3、同步與觸發(fā)4、LAN通信規(guī)范5、Web接口規(guī)范5第9次課內(nèi)容： LXI總線1、概述2、物理規(guī)范3、同步與觸發(fā)4、LAN通信規(guī)范5、Web接口規(guī)范61.1儀器互聯(lián)方式的發(fā)展GPIB（GeneralPurposeInterfaceBus）通用標(biāo)準(zhǔn)接口總線

1972年由美國HP公司首先提出的，定名為HP―IB。之后這套總線相繼為IEEE和IEC認(rèn)可，并正式頒布了IEEE488和IEC625標(biāo)準(zhǔn)文本。我國也制定了相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)?？偩€由24芯無源電纜組成，其中16條為信號(hào)線，其余為屏蔽線和地線。16條信號(hào)線中有8條數(shù)據(jù)總線，3條掛鉤總線和5條管理總線。總線上最多可掛14臺(tái)儀器。系統(tǒng)各器件采用總線方式連接，總線連接器包括插頭和插座。71.1儀器互聯(lián)方式的發(fā)展81.1儀器互聯(lián)方式的發(fā)展9VXI總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)允許不同生產(chǎn)廠家的各種儀器、接口插板或計(jì)算機(jī)，以模塊形式共存于同一VXI總線主機(jī)箱中。對VXI總線系統(tǒng)的控制可以通過主機(jī)箱外的外部控制器（微型計(jì)算機(jī)），也可以通過嵌入主機(jī)箱內(nèi)的內(nèi)部控制器。內(nèi)嵌式控制器及用于連接外部計(jì)算機(jī)的翻譯器和接口都是放置在VXI主機(jī)箱的零號(hào)槽位置。因此，也常稱為零槽模塊或零槽控制器。有ABCD四種尺寸模塊，C尺寸模塊應(yīng)用最廣。VXI通用背板總線（VMEbusextensionsforInstrumentationVME總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展）1.1儀器互聯(lián)方式的發(fā)展101.1儀器互聯(lián)方式的發(fā)展111.1儀器互聯(lián)方式的發(fā)展121.1儀器互聯(lián)方式的發(fā)展13PXI總線1.1儀器互聯(lián)方式的發(fā)展14現(xiàn)有測試總線的局限性GPIB無法提供多臺(tái)儀器同步和觸發(fā)的功能；帶寬不足;VXI整個(gè)結(jié)構(gòu)太貴，起步成本太高；插卡的應(yīng)用必須受限于機(jī)箱;射頻和微波應(yīng)用受到限制；模塊數(shù)量受到限制；帶寬不足；1.2產(chǎn)生背景15現(xiàn)有測試總線的局限性PXI整個(gè)結(jié)構(gòu)太貴，起步成本太高；插卡的應(yīng)用必須受限于機(jī)箱;射頻和微波應(yīng)用受到限制；模塊數(shù)量受到限制；支持的供應(yīng)商太少；

以上總線都無法很好解決、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的編程、控制、測試測量、故障診斷、獲得數(shù)據(jù)等需求！1.2產(chǎn)生背景161.2產(chǎn)生背景17

LXI（LAN-basedExtensionsforInstrumentation—局域網(wǎng)技術(shù)在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展)總線是以LAN（局域網(wǎng)）為基礎(chǔ)，建立在IEEE802.3(以太網(wǎng))和IEEE1588(TriggerBus)之上，是新一代測量儀器接口標(biāo)準(zhǔn)，其具體思想是將成熟的以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到自動(dòng)測試系統(tǒng)中，以替代傳統(tǒng)的測試總線技術(shù)（如GPIB、VXI、PXI等）。1.3定義2004年9月美國安捷倫公司和VXI科技公司聯(lián)合推出LXI總線的概念；

2005年6月成立了LXI聯(lián)盟；

2005年8月正式發(fā)布了LXI總線標(biāo)準(zhǔn)1.0版，標(biāo)志著LXI正式誕生；

2006年8月又推出了LXI標(biāo)準(zhǔn)1.1版本；

2006年9月中國成立了LXI總線聯(lián)合體。181.3定義191.3定義201.3定義21可以提供多臺(tái)儀器同步和觸發(fā)的功能；帶寬可達(dá)10Gbit/s;成本較低；無需機(jī)箱支持;可接受射頻、微波等無線信號(hào)；設(shè)備數(shù)量不受限制；支持的供應(yīng)商很多；1.4LXI總線的優(yōu)勢2223

以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

(TCP/IP,DHCP,URL/IPaddresses,DynamicDNS,Auto-MDIX)接口標(biāo)準(zhǔn)

(IVIdriver,VXI-11discovery,Devicelocking,Security)儀器的網(wǎng)頁

(Information,Set-up,control,anddataaccessfromawebbrowser)物理標(biāo)準(zhǔn)

(IECsizes,Power,Cooling,FrontpanelIndicators,Resetbutton)觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)

(LANtriggers,IEEE1588timesynchronization,Triggerbus)24可以提供多臺(tái)儀器同步和觸發(fā)的功能；帶寬可達(dá)10Gbit/s;成本較低；無需機(jī)箱支持;可接受射頻、微波等無線信號(hào)；設(shè)備數(shù)量不受限制；支持的供應(yīng)商很多；LXI提供遠(yuǎn)程的儀器的控制、監(jiān)視和診斷；LXI總線基于LAN,LAN是一個(gè)開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)點(diǎn)突出；1.4LXI總線的優(yōu)勢25C類：提供LXI標(biāo)準(zhǔn)的LAN和Web瀏覽器接口（不支持物理觸發(fā)和IEEE1588定時(shí)要求）;B類：除C類功能外，支持IEEE1588定時(shí)要求;A類：除B類功能外，還支持硬件觸發(fā)。1.5LXI總線設(shè)備的分類261.制定規(guī)范的目的和適用范圍；2.規(guī)定了機(jī)架安裝和非機(jī)架安裝設(shè)備的機(jī)械和電氣標(biāo)準(zhǔn)；3.控制模塊和系統(tǒng)的狀態(tài)序列；4.介紹模塊至模塊消息的數(shù)據(jù)格式；5.用于精度要求較高的場合的相關(guān)規(guī)范；6.所有LXI設(shè)備都必須使用IVI規(guī)定的驅(qū)動(dòng)程序；7.必須使用802.3規(guī)范的以太網(wǎng)，對速度和傳輸媒介沒有限制。1.6LXI總線規(guī)范278.LXI設(shè)備必須支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)；9.LXI設(shè)備必須能夠提供HTMLWeb網(wǎng)頁進(jìn)行配置、控制、通信；10.LXI設(shè)備必須支持能夠用于查找、識(shí)別的VXI-11協(xié)議；11.

安全性規(guī)范；12.

文件規(guī)范；13.LXI標(biāo)記使用規(guī)范。1.6LXI總線規(guī)范28第9次課內(nèi)容： LXI總線1、概述2、物理規(guī)范3、同步與觸發(fā)4、LAN通信規(guī)范5、Web接口規(guī)范292.物理規(guī)范規(guī)定了機(jī)架安裝和非機(jī)架安裝設(shè)備的機(jī)械和電氣標(biāo)準(zhǔn)。全寬度：482.6mm（19英寸）高度：1U（44.45mm，1.75英寸）~4U（7英寸）特別：規(guī)范了半寬度機(jī)架安裝標(biāo)準(zhǔn)。302.物理規(guī)范31指示燈設(shè)置規(guī)范電源LAN狀態(tài)IEEE1588狀態(tài)LED顏色雙色（橙/綠）雙色（紅/綠）雙色（紅/綠）水平方向

左中右垂直方向

下

中

上標(biāo)記POWER（PWR）LAN15882.物理規(guī)范32電源規(guī)范推薦：100V~240V、47～66Hz交流供電（兩相或三相均可）。允許：48V直流供電（隔離的DC輸入）；PoE供電（通過以太網(wǎng)電纜供電）。電源開關(guān)位置推薦：后面板右下角（獨(dú)立使用）；前面板右下角（機(jī)架安裝）。2.物理規(guī)范33連接器（LAN、觸發(fā)、I/O）LAN類型：RJ-45連接器、M-12型連接器、屏蔽的CAT5電纜（在惡劣環(huán)境中使用）。LAN位置：后面板其他連接器左邊。觸發(fā)總線類型：25針連接器。觸發(fā)總線位置：后面板電源連接器右邊（從后面看）。I/O連接器類型：由設(shè)備供應(yīng)商或用戶確定。I/O位置：前面板（允許后面板）。2.物理規(guī)范34第9次課內(nèi)容： LXI總線1、概述2、物理規(guī)范3、同步與觸發(fā)4、LAN通信規(guī)范5、Web接口規(guī)范353.同步與觸發(fā)觸發(fā)啟動(dòng)一個(gè)動(dòng)作的執(zhí)行，如測量、輸出、開關(guān)閉合、儀器程序執(zhí)行等。同步基于一個(gè)共同的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，對準(zhǔn)多個(gè)動(dòng)作，如測量序列、信號(hào)激勵(lì)序列、時(shí)鐘等。363.同步與觸發(fā)GPIB總線設(shè)備的觸發(fā)方式37VXI總線設(shè)備的觸發(fā)方式3.同步與觸發(fā)38三種同步、觸發(fā)機(jī)制：LAN觸發(fā)；IEEE1588精密時(shí)鐘協(xié)議觸發(fā)；LXI觸發(fā)總線觸發(fā)。5種同步、觸發(fā)操作：來自控制器的驅(qū)動(dòng)程序命令；來自另一模塊的LAN消息；基于IEEE1588時(shí)間的觸發(fā)；來自LXI觸發(fā)總線；其他硬件電平觸發(fā)。3.1LXI設(shè)備的同步與觸發(fā)39403.1LXI設(shè)備的同步與觸發(fā)413.1LXI設(shè)備的同步與觸發(fā)423.1LXI設(shè)備的同步與觸發(fā)433.2模塊至模塊的通信利用UDP多點(diǎn)廣播和TCP點(diǎn)對點(diǎn)傳輸實(shí)現(xiàn)模塊至模塊時(shí)間間的通信。必須能夠收聽在LAN上多點(diǎn)廣播的UDP事件消息。（響應(yīng)或不響應(yīng)、發(fā)送或不發(fā)送）忽略重復(fù)的UDP包接收（保證同步精度）。C類設(shè)備也可利用數(shù)據(jù)包中時(shí)間標(biāo)志為“0”的方法實(shí)現(xiàn)模塊間通信（退化為LAN同步）44數(shù)據(jù)格式（UDP）1.HW檢測（3字節(jié)）：用于檢測是否是LXI數(shù)據(jù)包。當(dāng)前應(yīng)設(shè)值為“LXI”，“I”表示版本號(hào)，今后可能會(huì)變；2.域（1字節(jié)）：保留。缺省為“0”；3.事件ID（16字節(jié)）：表示LXIAPI定義的事件名（多于16字節(jié)截取前16字節(jié)；少于則補(bǔ)零）；4.序列（4字節(jié)）：序列號(hào)。每一臺(tái)儀器都必須有自己的一段序列號(hào)，每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包+1（重復(fù)發(fā)送的數(shù)據(jù)包必須具有相同的序列號(hào)）；3.2模塊至模塊的通信455.時(shí)間標(biāo)志（10字節(jié)）：秒（4字節(jié)）、納秒（4字節(jié)）、飛秒（2字節(jié)，保留），符號(hào)位用“納秒”最高位表示，如+2.000000001表示為：秒=0x00000002,納秒=0x00000001；如-2.000000001表示為：秒=0x00000002,納秒=0x80000001；3.2模塊至模塊的通信數(shù)據(jù)格式（UDP）466.初始時(shí)間（2字節(jié)）：表示IEEE1588的初始時(shí)間。7.標(biāo)志（2字節(jié)）：表示數(shù)據(jù)包的類型，位0：錯(cuò)誤信息，為“1”，表示錯(cuò)誤消息；位1：重發(fā)信息，為“1”，表示重發(fā)的數(shù)據(jù)包；位2：硬件值，為“1”，表示觸發(fā)事件的邏輯值；位3：確認(rèn)位，為“1”，表示前一個(gè)數(shù)據(jù)包成功接收；位4～位15：保留，必須設(shè)置為“0”。3.2模塊至模塊的通信數(shù)據(jù)格式（UDP）478.數(shù)據(jù)（任意字節(jié)數(shù)，但不能超過數(shù)據(jù)包容量）：數(shù)據(jù)長度（2字節(jié)）：后面的數(shù)據(jù)長度；標(biāo)識(shí)符（1字節(jié)）：0～127是用戶自定義的數(shù)據(jù)類型，128～255是LXI保留。用戶數(shù)據(jù)（隨后的字節(jié)）：長度由數(shù)據(jù)長度字段給出，長度值不包含“標(biāo)識(shí)符字段”。9.當(dāng)達(dá)到數(shù)據(jù)長度后遇到“0”時(shí)，數(shù)據(jù)包結(jié)束。3.2模塊至模塊的通信數(shù)據(jù)格式（UDP）483.3IEEE1588精密時(shí)間協(xié)議在分布式系統(tǒng)提供同步實(shí)時(shí)時(shí)鐘；通過LAN實(shí)現(xiàn)納秒級的時(shí)間同步；在工業(yè)自動(dòng)化和電信行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用；由本地時(shí)鐘完成觸發(fā)行為；所有B類、A類LXI系統(tǒng)至少應(yīng)包含一個(gè)高穩(wěn)定度的時(shí)鐘源（UTC時(shí)間基準(zhǔn)模塊）所有B類、A類LXI設(shè)備都必須包含IEEE1588主時(shí)鐘功能，僅支持從時(shí)鐘功能是不夠的。推薦IEEE1588設(shè)備應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)40ns或更高的時(shí)間精度。對UTC的可溯源性：LXI的時(shí)間基準(zhǔn)應(yīng)是能夠跟蹤UTC的。49503.4LXI的硬件觸發(fā)利用硬件觸發(fā)可啟動(dòng)LXI設(shè)備中的預(yù)訂動(dòng)作，例如產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)、進(jìn)行一次測量或閉合某個(gè)開關(guān)。用于需要較高精度、較小等待時(shí)間的觸發(fā)，是對LAN觸發(fā)的補(bǔ)充。觸發(fā)總線由8對雙絞線組成，連接方式為菊花鏈、星形或混合結(jié)構(gòu)。51菊花鏈結(jié)構(gòu)3.4LXI的硬件觸發(fā)52星形結(jié)構(gòu)3.4LXI的硬件觸發(fā)53混合結(jié)構(gòu)3.4LXI的硬件觸發(fā)54觸發(fā)電纜與連接器3.4LXI的硬件觸發(fā)55硬件觸發(fā)總線驅(qū)動(dòng)3.4LXI的硬件觸發(fā)56硬件觸發(fā)“線或”邏輯3.4LXI的硬件觸發(fā)57第9次課內(nèi)容： LXI總線1、概述2、物理規(guī)范3、同步與觸發(fā)4、LAN通信規(guī)范5、Web接口規(guī)范584.LAN通信規(guī)范594.LAN通信規(guī)范LXI設(shè)備必須使用合適的IEEE802.xPHY/