工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)3-3

工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)與技術(shù)

（現(xiàn)場(chǎng)總線）許勇xuy@主要教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配第一章工業(yè)通信概述 2第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 4第三章通信總線技術(shù)及應(yīng)用 8計(jì)算機(jī)接口總線工控機(jī)與測(cè)控儀器接口總線常用工業(yè)通信總線第四章現(xiàn)場(chǎng)總線/控制網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù) 8現(xiàn)場(chǎng)總線概述FF/Lonworks/Profibus等 網(wǎng)絡(luò)集成式控制系統(tǒng)第五章汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)和CANbus 14第六章工業(yè)以太網(wǎng)及其應(yīng)用 4合計(jì)

40隨著Wintel架構(gòu)演變成事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，ISA/PCI總線加固型PC開(kāi)始工業(yè)化改造成IPC：取消了母板，采用無(wú)源背板、插卡式模板，工業(yè)電源，全鋼密封機(jī)箱，溫度自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)整等，產(chǎn)生了一系列基于PC的嵌入式工控機(jī)，其中比較有代表性的是PC/104總線、AT96總線、

STD總線、CompactPCI/PXI總線工控機(jī)。現(xiàn)在工廠的大部分自動(dòng)化設(shè)備的核心是各種CPU，如工業(yè)PC、PLC或者嵌入式控制器等，這些設(shè)備有內(nèi)部總線，也帶有各種通信接口，以便于聯(lián)機(jī)組成集成系統(tǒng)。專用的數(shù)控中心和數(shù)控機(jī)床除了自己的內(nèi)部系統(tǒng)總線外，還有用于傳輸加工程序的外部通信端口。工業(yè)控制通信要求：實(shí)時(shí)性、高可靠性和安全性。II.工控機(jī)接口總線工控機(jī)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了20世紀(jì)80年代的第一代STD總線工控機(jī)，20世紀(jì)90年代的第二代IPC工控機(jī)，現(xiàn)在進(jìn)入了第三代CompactPCI總線工控機(jī)時(shí)期。STD總線工控機(jī)解決了當(dāng)時(shí)工控機(jī)的PC化；IPC工控機(jī)解決了低成本和兼容性問(wèn)題；CompactPCI總線工控機(jī)解決的是可靠性和可維護(hù)性問(wèn)題。CompactPCI總線工控機(jī)將是生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化系統(tǒng)的核心，IPC將逐漸由生產(chǎn)過(guò)程層向管理信息化層移動(dòng)，而STD總線工控機(jī)將退出歷史舞臺(tái)。不過(guò)，由于工業(yè)計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備的初期投資大，服務(wù)年限相對(duì)較長(zhǎng)，技術(shù)生命也遠(yuǎn)比普通PC長(zhǎng)，更新?lián)Q代的速度會(huì)比較慢，所以在實(shí)際的市場(chǎng)系統(tǒng)中，可以遇到屬于不同時(shí)代的總線設(shè)備。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，工控機(jī)的總線基本上就是PC總線的改進(jìn)。1.STD總線STD（Standard）1978年由美國(guó)Prolog公司推出，曾是工控及工業(yè)檢測(cè)中使用最廣泛的總線。1990年IEEE公布STD32。STD32具有大約1000多種功能模塊，這些模塊可以組成各種不同的數(shù)據(jù)處理以及控制系統(tǒng)。STD總線的16位總線性能滿足嵌入式和實(shí)時(shí)性應(yīng)用要求。STD總線插件板采用小尺寸板子結(jié)構(gòu)，電路板上帶有邊緣式印制插頭（也叫“金手指”）、垂直放置無(wú)源背板的直插式結(jié)構(gòu)、豐富的工業(yè)I/O模板，低成本、低功耗，擴(kuò)展的溫度范圍，良好的可維護(hù)性設(shè)計(jì)，耐振動(dòng)、沖擊，具有良好的可靠性，適合于工業(yè)測(cè)控場(chǎng)合的應(yīng)用。早期的工控機(jī)總線STD總線工控機(jī)具有以下特點(diǎn)：小板結(jié)構(gòu)，高度模塊化：STD總線采用公共母板結(jié)構(gòu)，總線被布置在一塊母板（底板）上，總線插槽的引腳連接STD總線的所有引線。這種結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、抗斷裂、抗震動(dòng)、抗老化和抗干擾方面具有很強(qiáng)的優(yōu)越性。嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化，廣泛的兼容性：STD總線模板設(shè)計(jì)有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化，總線結(jié)構(gòu)還支持8位、16位，甚至32位的微處理器，可以很方便地通過(guò)更換CPU板和軟件升級(jí)，原來(lái)的I/O模板不必更換。STD產(chǎn)品可利用IBM-PC系列軟件資源。面向I/O的開(kāi)放式設(shè)計(jì)，適合工業(yè)控制應(yīng)用：一個(gè)STD底板可插8、15或20塊模板。在眾多功能模板的支持下，用戶可以方便的組態(tài)。高可靠性：STD產(chǎn)品平均無(wú)故障時(shí)間（MTBE）已超過(guò)60年，可靠性靠小板結(jié)構(gòu)、線路設(shè)計(jì)、印刷電路板的布線、元件老化篩選、電源質(zhì)量、在線測(cè)試等一系列措施，以及固化軟件Watchdog、掉電保護(hù)等技術(shù)來(lái)提供保障。STD工控機(jī)包括Intel8088-80486和NEC的V20-V50等CPU類型的機(jī)型。

有些還帶PC/104-Plus擴(kuò)展總線，允許

PC/104或PC/104-Plus模板直接插在板上運(yùn)行，如高速顯示卡等。STD32工控機(jī)支持Profibus、DeviceNet、ControlNet接口。80年代初，國(guó)內(nèi)開(kāi)始推廣應(yīng)用STD工控機(jī)，應(yīng)用于鋼鐵冶金、石油化工等工業(yè)領(lǐng)域以及軍工和科研設(shè)備中。STD工控系統(tǒng)主要的不足有：“金手指”拔插容易造成插頭處銅箔斷裂或接觸不良；模擬輸入測(cè)量線和I/O信號(hào)線采用的前端扁平電纜連接不可靠；A/D采集板采集速度慢，板上模擬開(kāi)關(guān)、采樣保持器故障偶有發(fā)生；在LED方式參數(shù)整定不方便，需要記憶過(guò)多的功能鍵；由于考慮通用和可擴(kuò)充，許多系統(tǒng)“冗余”、資源浪費(fèi)。90年代后，STD總線的工控機(jī)逐漸被淘汰。2．PC/104總線的出現(xiàn)基于PC的（與ISA/PCI兼容）的嵌入式工控機(jī)中有代表性的是PC/104和PC/104-Plus總線嵌入式工業(yè)控制機(jī)。80年代末出現(xiàn)PC/104總線，一種專門(mén)為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線。有兩個(gè)版本8位和16位（與PCXT和PC/AT對(duì)應(yīng)），8位PC/104共有64個(gè)總線管腳，單列雙排插針和插孔，分別是64針和40針，合計(jì)104個(gè)總線信號(hào)（PC/104因此得名）。97年推出PC/104-Plus，增加了30×4根信號(hào)線的J2插座，支持PCI。國(guó)產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)PC/104嵌入式主機(jī)板PC/104與普通PC總線控制系統(tǒng)的主要不同是：

小尺寸結(jié)構(gòu)：采用自層疊互連方式和3.6in×3.8in小板結(jié)構(gòu)；堆棧式連接：去掉總線背板和插板滑道，總線以“針”和“孔”形式層疊連接，總線模塊之間的連接是通過(guò)上層的針和下層的孔相互咬和相連，具有極好的抗震性；輕松總線驅(qū)動(dòng)：減少元件數(shù)量和電源消耗，4mA總線驅(qū)動(dòng)即可使模塊正常工作，每個(gè)模塊1～2W能耗。

軟件采用結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言如Ｃ、Ｃ＋＋和面向?qū)ο蟮木幊谭椒?。整個(gè)嵌入式PC體系結(jié)構(gòu)可以作為一個(gè)單獨(dú)的插件，它上面具有所有主板功能、RAM和BIOS。利用與PC/104配套的接口板，完成對(duì)下位節(jié)點(diǎn)的通信。通過(guò)RS-232C串行異步通信協(xié)議完成與上位機(jī)的通信。PC/104總線更適合在空間受限的嵌入式環(huán)境中使用，如消費(fèi)類電子產(chǎn)品等。近來(lái)緊湊加固性設(shè)計(jì)的PC/104工控機(jī)在軍工產(chǎn)品中開(kāi)始采用，如火箭、導(dǎo)彈和戰(zhàn)斗機(jī)等。PC/104總線工控機(jī)的其驅(qū)動(dòng)能力差（4mA），擴(kuò)展和維護(hù)受限，在工業(yè)過(guò)程控制和自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用范圍受到局限。3.VME總線（VersaModuleEurocard）VME81年Motorola等推出的第一代32位工業(yè)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)總線，源于VERSAbus，是Motorola公司1980年設(shè)計(jì)推出用于支持其MC68000微處理器產(chǎn)品線的技術(shù)。87年VME被

IEEE正式確立為萬(wàn)用背板總線標(biāo)準(zhǔn)，93年被采納為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEEE155。VME數(shù)據(jù)寬度為32位，最大總線速度是40MB/s。96年新標(biāo)準(zhǔn)VME64最大數(shù)據(jù)傳輸速度為80MBps。VME總線OEM產(chǎn)品主要采用68K系列微處理器，現(xiàn)在也開(kāi)始采用Intel和AMD公司的處理器。VME定義了一個(gè)可進(jìn)行互連數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和連接外圍控制器件的系統(tǒng)。圍繞VME系統(tǒng)的產(chǎn)品曾經(jīng)遍及了工業(yè)控制、軍用系統(tǒng)、航空航天、交通運(yùn)輸和醫(yī)療等領(lǐng)域。VME總線工控機(jī)曾經(jīng)是主流產(chǎn)品，在歷史上一直是許多嵌入式工業(yè)應(yīng)用的首選機(jī)型，在圖像處理、工業(yè)控制、實(shí)時(shí)處理和軍事通信中得到了廣泛應(yīng)用。。VME系統(tǒng)有兩個(gè)部分：機(jī)械構(gòu)架和功能構(gòu)架（定義系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)流程）。機(jī)械結(jié)構(gòu)：主要部分為背板，是一個(gè)印刷電路板，大小有三種型號(hào)：3U（160mm×100mm）、6U和9U。有三種連接器，分別為P0/J0、P1/J1和

P2/J2，“P”和“J”分別代表PLUG和JACK連接器。功能結(jié)構(gòu)：由信號(hào)線、背板接口邏輯和功能模塊組成。背板接口邏輯和信號(hào)線是系統(tǒng)各部分之間的紐帶。功能模塊則是執(zhí)行具體任務(wù)的電路集合。其中主設(shè)備（master）決定著數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞?；根?jù)主設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸情況而動(dòng)作的模塊叫做從設(shè)備（slave），負(fù)責(zé)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸目標(biāo)地址的模塊被稱為定位監(jiān)控設(shè)備。此外，還有發(fā)出和處理中斷請(qǐng)求的模塊，判定和處理其他模塊請(qǐng)求的仲裁模塊。當(dāng)然，還有發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)的模塊和監(jiān)控系統(tǒng)電源工作情況的模塊。這些功能模塊在總線的支持下配合工作。各模塊以平行結(jié)構(gòu)分布，所有的數(shù)據(jù)和指令通過(guò)系統(tǒng)底層的4類總線進(jìn)行傳輸，信號(hào)的模式是TTL電平信號(hào)。VME系統(tǒng)總線：分為四大類：數(shù)據(jù)傳輸總線、數(shù)據(jù)傳輸仲裁總線、優(yōu)先中斷總線和通用總線。數(shù)據(jù)傳輸總線是一個(gè)高速異步平行數(shù)據(jù)傳輸總線，能傳輸數(shù)據(jù)和地址信號(hào)。主設(shè)備、從設(shè)備、中斷模塊和中斷處理模塊通過(guò)其交換數(shù)據(jù)。另外兩個(gè)模塊，總線時(shí)鐘和JACK菊花鏈驅(qū)動(dòng)器也通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸總線參與數(shù)據(jù)處理工作。數(shù)據(jù)傳輸仲裁總線是為確保在特定的時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)模塊占用數(shù)據(jù)傳輸總線而設(shè)定的。工作在其上的請(qǐng)求模塊和仲裁模塊將負(fù)載協(xié)調(diào)各模塊發(fā)出的指令。具體的判定方法包括了優(yōu)先權(quán)算法、round-robin算法和其他排序算法。優(yōu)先權(quán)中斷總線是處理各模塊中斷請(qǐng)求的總線。各種中斷請(qǐng)求在VME中被分成了7個(gè)等級(jí)，根據(jù)等級(jí)依次進(jìn)行中斷工作。通用總線。負(fù)責(zé)系統(tǒng)基本工作，包括對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行控制、初始化、錯(cuò)誤檢測(cè)等。它由兩條時(shí)鐘線、一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位線、一個(gè)系統(tǒng)失效線、一個(gè)AC失效線和一個(gè)串行數(shù)據(jù)線構(gòu)成。VME的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制是異步的，有多個(gè)總線周期，地址寬度是16、24、32、40或64位，數(shù)據(jù)線路的寬度是8、16、24、32、64位，系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)選擇。數(shù)據(jù)傳輸方式為異步方式，因此只受制于信號(hào)交換協(xié)議，而不依賴于系統(tǒng)時(shí)鐘；其數(shù)據(jù)傳輸速率為0～500Mbps；此外，還有UnalignedData傳輸能力，誤差糾正能力和自我診斷能力，用戶可以定義I/O端口；其配有21個(gè)插卡插槽和多個(gè)背板，在軍事應(yīng)用中可以使用傳導(dǎo)冷卻模塊。VME總線工控機(jī)是實(shí)時(shí)控制平臺(tái)，大多數(shù)運(yùn)行的是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如UNIX、VxWorks、PSOS、VRTX、PDOS、LynOS以及VMEXEC，由OS制造商提供專用的軟件開(kāi)發(fā)工具用于開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。從VXI總線和VME總線工控機(jī)運(yùn)行的操作系統(tǒng)可以看出：VXI總線工控機(jī)制造商希望兼容主流計(jì)算機(jī)市場(chǎng)提供的豐富而廉價(jià)的應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)工具包、外設(shè)和驅(qū)動(dòng)軟件，而VME總線只能利用OS制造商或第三方合作伙伴提供的專用開(kāi)發(fā)環(huán)境和外設(shè)。VME總線家族，主要有：（1）VME64：95年出現(xiàn)，加大了傳輸帶寬，拓展了地址空間和方便了板卡插拔。增加了總線鎖定周期，增加了第一插槽探測(cè)功能，加入了對(duì)熱插拔的支持。（2）VME64extension：97年，又稱VME64x。增加了一個(gè)160管腳連接器系列（按5行排列），一個(gè)P0/J0連接器，一個(gè)3.3V電源管腳。數(shù)據(jù)速率提高到160Mbps。還增加了EMC前置面板和ESD功能。（3）VME320：采用了星型互連的方法來(lái)達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸加速的目的。采用了一種叫做2eSST的信源同步傳輸協(xié)議，可將理論數(shù)據(jù)速率提高到320Mbps。沒(méi)有得到廣泛的支持。

（4）測(cè)控總線VXI。VME技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于多年積累，完備規(guī)范和技術(shù)支持。很好的模塊性。不過(guò)25年前的技術(shù)在帶寬方面不滿意。目前VME廠商們?cè)谙朕k法來(lái)延長(zhǎng)VME的技術(shù)生命。傳統(tǒng)IPC工控機(jī)存在的固有問(wèn)題有：受機(jī)箱結(jié)構(gòu)限制，散熱性能不好，容易引起印制板變形、斷線、接觸不良等問(wèn)題，還會(huì)造成電子器件壽命降低、工作不穩(wěn)定等；板卡和無(wú)源背板之間“金手指”邊緣接觸連接方式，容易造成在振動(dòng)和沖擊過(guò)程中瞬間接觸不良，引起系統(tǒng)死機(jī)；“金手指”自身在潮濕或腐蝕性氣體環(huán)境長(zhǎng)期使用，容易氧化或腐蝕，造成系統(tǒng)接觸不良，且多次拔插容易變形；多數(shù)板卡通過(guò)金屬擋片一端固定，在振動(dòng)力的作用下容易產(chǎn)生微距離逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，造成系統(tǒng)信號(hào)斷路或短路，使系統(tǒng)崩潰；系統(tǒng)機(jī)箱表面噴漆處理，不能形成一個(gè)完整的導(dǎo)電體，電磁干擾的屏蔽能力和靜電釋放能力差；故障板卡更換時(shí)間長(zhǎng)，可維護(hù)性差。經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，PCI總線由芯片級(jí)總線發(fā)展成了板級(jí)互連總線，開(kāi)始應(yīng)用到工業(yè)和儀表通信行業(yè)中。1994年成立了PICMG（PCIIndustrialComputerManufacturersGroup，PCI工業(yè)計(jì)算機(jī)制造商協(xié)會(huì)），為嵌入式計(jì)算機(jī)研制通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。CompactPCI簡(jiǎn)稱CPCI，就是

PICMG94提出來(lái)的總線接口標(biāo)準(zhǔn)。CompactPCI在電氣上完全與PCI兼容，具有抗振顫和利于散熱等，提供滿足工業(yè)環(huán)境應(yīng)用要求的高性能核心系統(tǒng)，提供高密度結(jié)構(gòu)、良好的電磁兼容性、高可靠和高可用系統(tǒng)。開(kāi)放性、高可靠性、可熱插拔等特點(diǎn)，使cPCI廣泛應(yīng)用于通信和網(wǎng)絡(luò)，在產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、軍事系統(tǒng)等應(yīng)用領(lǐng)域。CompactPCI該總線標(biāo)準(zhǔn)融合了歐洲卡結(jié)構(gòu)和

PCI總線，特點(diǎn)主要體現(xiàn)在高可用性技術(shù)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)上，在通信總線技術(shù)上并沒(méi)有重要突破。主要有以下幾點(diǎn)內(nèi)容：歐洲卡式機(jī)械結(jié)構(gòu)。板卡垂直安裝，利于散熱制冷；板卡通過(guò)上下導(dǎo)軌、前面板和后接插件從四個(gè)方向鎖緊、固定，抗振動(dòng)和沖擊，最大限度地避免由于振動(dòng)引起系統(tǒng)故障；導(dǎo)電的鋁氧化機(jī)箱通過(guò)導(dǎo)電的彈性條連接和密封，實(shí)現(xiàn)了機(jī)箱整體導(dǎo)電，有效地屏蔽了空間電磁場(chǎng)輻射，并具有良好的靜電中和及靜電對(duì)地釋放能力，電磁兼容性好。CompactPCI總線工控機(jī)的板卡和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模板和背板通過(guò)高密度和氣密性針孔連接器互連，防止腐蝕性氣體和潮濕空氣侵蝕；每個(gè)連接器具有10kg的抗拉力；在PCI總線I/O插槽擴(kuò)展到7個(gè)，0.8in的插槽間距，可以使19in的標(biāo)準(zhǔn)CompactPCI總線機(jī)箱容納21個(gè)插槽。高性能的模板間互連的PCI總線，支持32～64位的數(shù)據(jù)寬度和33～66MHz的傳輸速度，64位/66MHz的數(shù)據(jù)傳輸速度超過(guò)了4Gb/s，具有很高的數(shù)據(jù)傳輸性能。支持后出線?，F(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)線可以在背板后面與系統(tǒng)相連，方便系統(tǒng)走線；在更換系統(tǒng)故障模板時(shí)，不用拆卸和安裝現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)線，可進(jìn)一步縮短維護(hù)和維修時(shí)間。CompactPCI總線連接器具有長(zhǎng)、中、短3層結(jié)構(gòu)插針，可以方便控制總線的電氣連接和軟件連接過(guò)程，在不切斷電源的條件下可拔出故障模板，插入備份模板，保持系統(tǒng)連續(xù)不間斷運(yùn)行，這一點(diǎn)對(duì)于不能停機(jī)的重要生產(chǎn)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)非常重要，這就是CompactPCI總線的“熱插拔”功能，它為構(gòu)造高可用性的冗余系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。CPCI總線工控機(jī)控制系統(tǒng)一般由平臺(tái)系統(tǒng)、外圍I/O接口模板、數(shù)據(jù)通信與現(xiàn)場(chǎng)總線接口、人機(jī)接口以及軟件組成。平臺(tái)系統(tǒng)包括機(jī)箱、CPU板、無(wú)源背板、電源以及風(fēng)扇。外圍I/O接口模板連接計(jì)算機(jī)與工業(yè)生產(chǎn)控制對(duì)象，對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。通過(guò)傳感器或變送器將隨時(shí)間變化的被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓（或電流）信號(hào)，然后經(jīng)信號(hào)調(diào)理模板轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓（或電流）信號(hào)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換板變成數(shù)字信號(hào)，輸入到CPU板進(jìn)行處理。數(shù)字量控制信號(hào)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電壓（或電流）信號(hào)，送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。對(duì)只提供開(kāi)關(guān)量的被測(cè)信號(hào)，直接由開(kāi)關(guān)量輸入板采集后送到CPU板，對(duì)只要求提供開(kāi)關(guān)量輸入的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，就由開(kāi)關(guān)量輸出板直接輸出數(shù)字量進(jìn)行控制。此外還有其他特殊功能I/O模板，如信號(hào)調(diào)理板、接線端子板等。這些種類齊全的I/O模板與工控機(jī)平臺(tái)系統(tǒng)配合使用，很容易構(gòu)成滿足現(xiàn)場(chǎng)需要的測(cè)控系統(tǒng)。為簡(jiǎn)化測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將總線技術(shù)應(yīng)用于測(cè)試系統(tǒng)。采用總線結(jié)構(gòu)便于儀器和設(shè)備的擴(kuò)充，統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)容易在不同設(shè)備間實(shí)現(xiàn)互連。測(cè)試總線按其結(jié)構(gòu)功能和性質(zhì)的不同，可以分為內(nèi)部總線和外部總線。內(nèi)部總線延時(shí)一般小，且?guī)捯话愦蟆Ｍ獠靠偩€一般配置比較靈活，使用起來(lái)一般比內(nèi)部總線方便許多。外部總線傳輸延時(shí)一般比較大，如果傳輸距離太長(zhǎng)，則必須要有嚴(yán)格的條件限制。而內(nèi)部總線一般數(shù)據(jù)傳輸率高，可靠性好，同步和定時(shí)精確。例如，GPIB、USB、1394總線、LXI總線屬于外部總線，VXI總線和PXI總線則屬于內(nèi)部總線。外部總線大多數(shù)屬于串行總線，只適合數(shù)據(jù)傳輸和通信；而內(nèi)部總線多為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線，是并行總線，不僅能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，還能完成同步、觸發(fā)定時(shí)功能。III.測(cè)量?jī)x器總線在測(cè)試測(cè)量行業(yè)，內(nèi)部總線也稱模塊化儀器總線，提供了開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)和靈活軟件來(lái)創(chuàng)建用戶自定義儀器，解決不同的應(yīng)用需求。內(nèi)部總線具有的高帶寬特性對(duì)于高速流盤(pán)和激勵(lì)/響應(yīng)測(cè)試的應(yīng)用來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，而低延遲則決定了少量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的測(cè)試時(shí)間，如數(shù)據(jù)傳輸延遲要求較高的數(shù)字萬(wàn)用表+開(kāi)關(guān)的掃描測(cè)試。外部總線主要提供傳統(tǒng)分立式儀器與PC之間的互連性，因此通常又將這一類總線稱之為分立儀器總線。每一種總線針對(duì)不同的應(yīng)用都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，譬如說(shuō)GPIB作為最成熟的總線技術(shù)，擁有最廣泛的可供選擇的儀器種類；使用USB，用戶可以充分利用其即插即用的特性；而使用

LAN、LXI，可以滿足用戶分布式應(yīng)用和遠(yuǎn)距離儀器通信的需求。根據(jù)對(duì)測(cè)量功能、帶寬、傳輸延遲、性能和易連接性等的不同需求，用戶可以自由選擇適合自己應(yīng)用的總線連接技術(shù)。測(cè)量?jī)x器總線的發(fā)展從20世紀(jì)70年代的GPIB開(kāi)始，到現(xiàn)在被廣泛使用的USB、VXI、PXI和最新推出的LXI、PXIExpress，差不多每隔十年左右就要推出新一代儀器總線。有代表性的如VXI（80年代）、PXI（90年代）和最近推出的LXI。GPIB總線系統(tǒng)互連了通用測(cè)試儀器與計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試結(jié)果的數(shù)字化和計(jì)算機(jī)化。VXI和PXI背板測(cè)試總線易于產(chǎn)生各種同步、控制和測(cè)試所需的各種激勵(lì)信號(hào)，易于同時(shí)輸入和測(cè)試多路開(kāi)關(guān)量信號(hào)和模擬量信號(hào)，測(cè)試能力大大增強(qiáng)，測(cè)試范圍也得到極大的拓展，特別是增強(qiáng)了對(duì)現(xiàn)代多輸入/輸出數(shù)字電路的測(cè)試能力。2005年推出的LXI總線，將LAN技術(shù)應(yīng)用于自動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域，提出了解決測(cè)試平臺(tái)和測(cè)試設(shè)備之間接口總線定時(shí)、同步、控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)葐?wèn)題的新方法，實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)試。未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)將是通過(guò)互連網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)將不同測(cè)試系統(tǒng)集合一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)，將測(cè)試資源（包括硬件和軟件）和信息最大化利用，完成更全面更精確的測(cè)試任務(wù)。測(cè)試總線技術(shù)的發(fā)展常用測(cè)試總線帶寬和延遲1.傳統(tǒng)的測(cè)試總線1）IEEE488總線/GPIB（GeneralPurposeInterfaceBus）又叫HPIB（HPInterfaceBus），用來(lái)連接系統(tǒng)的并行總線接口標(biāo)準(zhǔn)。HP于1965年設(shè)計(jì)的接口總線，用于連接HP的計(jì)算機(jī)和可編程儀器。由于其轉(zhuǎn)換速率高（1Mb/s），幾乎所有獨(dú)立儀器都配有GPIB接口。

GPIB使電子測(cè)量從獨(dú)立的單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展，并且使得自動(dòng)測(cè)量中儀器的互聯(lián)有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。此后，各種標(biāo)準(zhǔn)接口的測(cè)量?jī)x器不斷出現(xiàn)。GPIB測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令很簡(jiǎn)單，有專為儀器控制所設(shè)計(jì)的接口信號(hào)和接插件，具有突出的堅(jiān)固性和可靠性。系統(tǒng)是在微機(jī)中插入一塊GPIB接口卡，通過(guò)24或25線電纜連接到儀器端的

GPIB接口。當(dāng)微機(jī)的總線變化時(shí)，例如采用ISA或PCI等不同總線，接口卡也隨之變更，其余部分可保持不變，從而使GPIB系統(tǒng)能適應(yīng)微機(jī)總線的快速變化。GPIB接口一根GPIB專用電纜可連接多臺(tái)測(cè)試儀器，但一根線上的設(shè)備不應(yīng)該超過(guò)15臺(tái)；傳輸距離小于20m；數(shù)據(jù)傳輸采用位并行、字節(jié)串行雙向異步傳輸方式，最大速率為1Mbps；GPIB總線信息邏輯采用反邏輯，TTL電平兼容；GPIB只傳輸控制命令和測(cè)試結(jié)果，不參與儀器內(nèi)部運(yùn)行。GPIB系統(tǒng)目前仍是儀器、儀表及測(cè)控系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)互連的主流并行總線。仍將在中、低速范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)外設(shè)總線應(yīng)用中占有一定的市場(chǎng)。GPIB如今也支持熱插拔功能和遠(yuǎn)程接入，也開(kāi)發(fā)了由GPIB到USB或LAN的橋接通信協(xié)議。

2）

VXI總線（VMEbuseXtensionforInstrumentation）VME計(jì)算機(jī)總線在儀器領(lǐng)域中的擴(kuò)展，87年提出，92年成為IEEE1155標(biāo)準(zhǔn)。第二代測(cè)試儀器中心代表。最早引入模塊化儀器概念的總線，減小了傳統(tǒng)儀器系統(tǒng)的尺寸，提高了系統(tǒng)集成化的水平，主要用于滿足高端自動(dòng)化測(cè)試應(yīng)用的需要，VXI有更高的帶寬，更好的延遲率，得到了軍工/航空航天領(lǐng)域的大量采用。VXI總線還具有下列特點(diǎn)：開(kāi)放式儀器系統(tǒng)。系統(tǒng)組成有主機(jī)箱、“0槽”控制器、各種功能的模塊化儀器和驅(qū)動(dòng)軟件、軟面板（SFP）、軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)及系統(tǒng)應(yīng)用軟件等。采用背板結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸速率快（40Mb/s）。儀器系統(tǒng)成“單機(jī)箱多模塊式”。安裝密度高、體積小、重量輕、易于攜帶等優(yōu)點(diǎn)?？商岣弑粶y(cè)信號(hào)的保真度，能減小引線長(zhǎng)度，降低系統(tǒng)噪聲和改善屏蔽效果。采用模塊化的嚴(yán)密設(shè)計(jì)與工藝保證，有很高的可靠性，良好的電磁兼容性和很強(qiáng)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(zhǎng)了使用壽命。其平均故障間隔時(shí)間（MTBF）一般能達(dá)到10萬(wàn)小時(shí)，最高可達(dá)70萬(wàn)小時(shí)（折合80年使用期）。資源利用率高，容易集成，縮短研制周期，易于升級(jí)和擴(kuò)展，易于快速更換模塊，重新組合系統(tǒng)。因此資源的重復(fù)使用率高達(dá)75%～85%，設(shè)備的成本及投資風(fēng)險(xiǎn)降至最低。有豐富的軟件開(kāi)發(fā)工具。便于用戶自行開(kāi)發(fā)“虛擬儀器”。98年VXI2.0版本規(guī)范提供64位擴(kuò)展能力，數(shù)據(jù)傳輸率最高可達(dá)80Mb/s。最多可包含256個(gè)器件（裝置），可組成一個(gè)或多個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)最多可包含13個(gè)插入式模塊，插入一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，在組建大、中規(guī)模自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)以及對(duì)速度、精度要求高的場(chǎng)合，具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。VXI總線滿足了目前自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)向標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化、智能化、模塊化、便攜式方向的發(fā)展要求。VXI總線系統(tǒng)組成：一般由計(jì)算機(jī)，VXI主機(jī)箱和VXI模塊或儀器組成。VXI總線系統(tǒng)主計(jì)算機(jī)可以分為外置式和內(nèi)嵌式兩種。外置主計(jì)算機(jī)接口首先把程序中的控制命令轉(zhuǎn)換為接口鏈路信號(hào)進(jìn)行傳輸，VXI接口把信號(hào)轉(zhuǎn)變成VXI總線命令。目前最常見(jiàn)的接口包括：GPIB、RS-232C、MXIbus接口、IEEE1394接口和VMEbus接口等。采用內(nèi)嵌式主計(jì)算機(jī)，主要是直接寄存器存取方式工作，這種方式減少了系統(tǒng)體積，增加了工作速度，因而在技術(shù)上是很有吸引力的。VXI器件：總線系統(tǒng)基本邏輯單元。根據(jù)性質(zhì)、特點(diǎn)和通信規(guī)程，器件可以分為4種類型：寄存器基器件：通信對(duì)它的寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)，如A／D變換器，多路開(kāi)關(guān)等。這類器件硬件電路簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)，而且速度快，只能受其它器件或系統(tǒng)控制；消息基器件：支持復(fù)雜通信協(xié)議。如計(jì)算機(jī)、資源管理器、各類有本地智能的測(cè)試儀器，488－VXI接口等?？煽刂破渌骷芙邮芎吞幚韽?fù)雜命令。速度低；存儲(chǔ)器器件：存儲(chǔ)器器件有配置寄存器、特征寄存器（只讀型寄存器）；擴(kuò)展器件：擴(kuò)展器件允許為將來(lái)的應(yīng)用定義新的器件門(mén)類，以支持更高水平的器件兼容性。相互通信的兩個(gè)器件一個(gè)稱為命令者（Commander），另一個(gè)稱為從者（Servant）。在一個(gè)VXIbus系統(tǒng)中最多可有256個(gè)邏輯地址的器件。2.

PXI(PCIeXtensionsforInstrumentation)總線PXI97年由NI發(fā)布，結(jié)合了PCI的電氣總線特性與cPCI（CompactPCI）的堅(jiān)固性、模塊化及Eurocard機(jī)械封裝的特性，加入同步時(shí)鐘、觸發(fā)等量測(cè)專用總線。PXI總線規(guī)范在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面與cPCI總線的要求基本相同，對(duì)機(jī)箱和印制電路板的溫度、濕度、振動(dòng)、沖擊、電磁兼容性和通風(fēng)散熱等提出了要求，與VXI總線的要求非常相似。PXI充分利用了PCI，具有級(jí)別更高、定義更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)沫h(huán)境一致性指標(biāo)，符合工業(yè)環(huán)境下振動(dòng)、撞擊、溫度與濕度的極限條件。提出了基于計(jì)算機(jī)的高性能標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)量與自動(dòng)化方案。以合理的價(jià)位提供比原有系統(tǒng)架構(gòu)出色得多的性能。PXI用戶自然地享有很多便利，如廉價(jià)、易用、靈活的PC技術(shù)；開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及與CompactPCI產(chǎn)品的完全互用性。PXI的技術(shù)特點(diǎn)主要有兩個(gè)：首先是基于CPCI，并兼容CPCI；其次是面向測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用設(shè)計(jì)。最終PXI將取代VXI，成為主流工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試平臺(tái)。同時(shí)PXI將向工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域擴(kuò)展，與CPCI形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，與CPCI共同奠定未來(lái)工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)。PXI是GPIB后成長(zhǎng)最快的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，產(chǎn)品豐富，性能提升，速度達(dá)到2GHz，精度提升到了7位數(shù)字，射頻測(cè)量帶寬也達(dá)到了3GHz。將來(lái)PXI可能取代傳統(tǒng)盒式測(cè)量?jī)x器，占據(jù)中、低頻段的高精度測(cè)量設(shè)備市場(chǎng)。最新的PCIExpress技術(shù)使得PXIExpress能夠進(jìn)入到更多以往被專用儀器所統(tǒng)制的一些應(yīng)用領(lǐng)域，如中頻乃至射頻的數(shù)字化儀、通訊協(xié)議的驗(yàn)證等。

PXI硬件構(gòu)架三個(gè)基本部分組成：機(jī)箱，系統(tǒng)控制器和外設(shè)模塊。1）PXI機(jī)箱：機(jī)箱為系統(tǒng)提供了堅(jiān)固的模塊化封裝結(jié)構(gòu)。機(jī)箱有4槽到18槽不等，并且還可以有專門(mén)特性如DC電源和集成式信號(hào)調(diào)理。機(jī)箱有高性能PXI背板，包括PCI總線，定時(shí)和觸發(fā)總線。使用戶可以開(kāi)發(fā)出需要精確同步的應(yīng)用系統(tǒng)。PXI的規(guī)格有兩種：3U和6U，模塊被上下兩側(cè)的導(dǎo)軌和“針－孔”式的接插端牢牢的固定住。3U應(yīng)用是便攜或小型的測(cè)試、SCADA、監(jiān)視與控制以及工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。6U的PXI主要向高采樣速度、高帶寬、高精度、多通道容量的中、大型ATE應(yīng)用發(fā)展。PXI模塊化、前插式的結(jié)構(gòu)給維護(hù)和升級(jí)帶來(lái)的極大的便利。背板提供專為測(cè)試和測(cè)量工程設(shè)計(jì)的獨(dú)到特性，還有：每個(gè)儀器模塊增加了一根10MHz的系統(tǒng)同步參考時(shí)鐘線，可以在系統(tǒng)中同步不同的儀器模塊，保證一致性和連續(xù)性。增加兩組同步觸發(fā)總線。一組是8根公共同步觸發(fā)總線，用于各儀器模塊之間的一般同步。觸發(fā)信號(hào)還能在模塊間傳遞，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所控制或監(jiān)督的外部異步事件做出確定響應(yīng)；另一組是由專用觸發(fā)模塊發(fā)出的星型同步觸發(fā)總線，每個(gè)模塊有一根專用觸發(fā)信號(hào)，同步精度<1ns，可為系統(tǒng)提供高精度的觸發(fā)基準(zhǔn)。增加了菊花鏈?zhǔn)竭B接的13根局部高速專用數(shù)據(jù)傳輸通道，用于兩個(gè)儀器模塊之間高速傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)而不需要占用共享的CompactPCI總線。2）PXI控制器：可選的控制器有標(biāo)準(zhǔn)桌面PC的遠(yuǎn)程控制，也有包含MS操作系統(tǒng)或?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)（如LabVIEWRT）的高性能嵌入式控制。（1）PXI遠(yuǎn)程控制：利用MXI-3（MeasurementeXtensionsforInstrumentation）接口工具，PXI系統(tǒng)通過(guò)串口連接被PC或其它PXI系統(tǒng)直接控制。遠(yuǎn)程可使用銅線或光纖連接。MXI-3無(wú)需額外的編程。（2）PXI嵌入式控制：使用嵌入式控制器可用PXI機(jī)箱提供一套完整的系統(tǒng)。典型的PXI嵌入式控制器如NIPXI-8176控制器有PentiumIII1.26GHz處理器，512MBRAM內(nèi)存，一個(gè)硬盤(pán)以及標(biāo)準(zhǔn)PC外設(shè)接口，如USB，并口和串口，還可安裝Windows2000/XP或LabVIEWRT模塊。嵌入式控制非常適合便攜式系統(tǒng)以及“單機(jī)箱”應(yīng)用，這樣的機(jī)箱可以很方便地從一個(gè)地點(diǎn)移到另一個(gè)地點(diǎn)。3）PXI外部模塊：從PXI成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以來(lái)，PXI系統(tǒng)聯(lián)盟廠商已提供近1000種模塊，包括：模擬輸入和輸出/總線接口和通信/數(shù)字輸入輸出/數(shù)字信號(hào)處理/功能測(cè)試和診斷/圖像采集/儀器/運(yùn)動(dòng)控制/開(kāi)關(guān)等。PXI可與CompactPCI直接兼容，因此任何3U的CompactPCI模塊可直接用于PXI系統(tǒng)。此外，Card/PCMCIA和PMC（PCIMezzanineCard）卡使用轉(zhuǎn)接模塊(CarrierModule)可直接插入PXI系統(tǒng)使用。例如，NIPXI-8221PCCardCarrier可將Cardbus和PCMCIA設(shè)備接入PXI系統(tǒng)。因?yàn)镻XI還提供了用于和獨(dú)立式傳統(tǒng)儀器或VXI系統(tǒng)通信的標(biāo)準(zhǔn)軟硬件，例如，要將PXI系統(tǒng)與GPIB儀器相連接，可使用PXI-GPIB模塊，也可使用PCI-GPIB模塊等。PXI在可靠性、穩(wěn)定性和測(cè)量精度等方面繼承了VXI的模塊化優(yōu)點(diǎn)；如數(shù)據(jù)寬度、數(shù)據(jù)速率等優(yōu)于VXI；PXI與CompactPCI保持兼容，可充分利用主流PC工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步；最后，PXI在提供高測(cè)控系統(tǒng)品質(zhì)的同時(shí)，費(fèi)用會(huì)顯著降低。3.

LXI總線（LANeXtensionsforInstrumentation）LXI是基于以太網(wǎng)LAN的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)模塊化構(gòu)架平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)。由Agilent和VXITechnology04年提出的一種新的集成測(cè)控總線?；贓thernet802.3接口技術(shù)實(shí)施功能性接口規(guī)范，保證基于嵌人式IEEE1588協(xié)議儀器間的互操作性，并提供所需的觸發(fā)功能。目前LXI只是將多種現(xiàn)有的技術(shù)（如LAN，IEEE1588等）重新整合成一種新的標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有太多技術(shù)上的革新。主要針對(duì)美國(guó)軍方的一些高端測(cè)量應(yīng)用，沒(méi)有在工業(yè)界普及。LXI采用以太網(wǎng)作為I／O接口，LXI總線的模塊化測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范融合了GPIB儀器的測(cè)量高性能、VXI/PXI卡式儀器的小體積以及LAN的高速吞吐率，并考慮了定時(shí)、觸發(fā)、冷卻、電磁兼容等儀器要求。LXI不需要帶有很多插槽的機(jī)箱和0槽控制器，也不需要昂貴的控制主機(jī)和測(cè)量?jī)x器之間的通信連接。LXI模塊帶有處理器、電源、觸發(fā)輸入和以太網(wǎng)連接。模塊尺寸為全寬和半寬的1U和2U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱。LXI模塊作為虛擬儀器由外部計(jì)算機(jī)控制。

LXI總線采用獨(dú)立儀器方式，采用以太網(wǎng)LAN替代低速的測(cè)試測(cè)量接口（如GPIB），并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)訪問(wèn)遠(yuǎn)端測(cè)試模塊及儀器。設(shè)計(jì)者可以在測(cè)試與測(cè)量系統(tǒng)中直接接入基于以太網(wǎng)LAN的測(cè)試系統(tǒng)，達(dá)到向遠(yuǎn)程地點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)或者從遠(yuǎn)程地點(diǎn)接收命令的目的。不同的LXI應(yīng)用要求不同的功能需要，如決定機(jī)制、同步機(jī)制、觸發(fā)機(jī)制和可預(yù)測(cè)軟件驅(qū)動(dòng)互操作性等。國(guó)際LXI協(xié)會(huì)初步將LXI的儀器分三個(gè)等級(jí)，如表5所示。等級(jí)特征等級(jí)A擁有等級(jí)B的一切能力，同時(shí)具備觸發(fā)總線硬件觸發(fā)機(jī)制；等級(jí)B擁有等級(jí)C的一切能力，并且加上IEEE1588精確時(shí)間協(xié)議同步；等級(jí)C網(wǎng)絡(luò)功能性（辨識(shí)，瀏覽界面），具有通過(guò)LAN的編程控制能力，可以與其他廠商的儀器一起協(xié)同工作LXI總線的同步控制：采用Agilent的IEEE1588時(shí)鐘同步標(biāo)準(zhǔn)。可實(shí)現(xiàn)亞微妙級(jí)的精確時(shí)鐘同步，簡(jiǎn)單的同步過(guò)程如下：當(dāng)同步過(guò)程開(kāi)始時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)鑒別網(wǎng)絡(luò)中最精確的時(shí)鐘，并把它作為主時(shí)鐘。1)主時(shí)鐘向網(wǎng)絡(luò)中的所有其他設(shè)備發(fā)送同步脈沖和當(dāng)前時(shí)間。所有從設(shè)備把它們的時(shí)鐘設(shè)置到主時(shí)鐘；2)各從設(shè)備發(fā)送時(shí)間戳記應(yīng)答主設(shè)備。主時(shí)鐘計(jì)算同步脈沖原發(fā)送時(shí)間和不同接收時(shí)間間的偏置量；3)主時(shí)鐘向各從設(shè)備發(fā)送偏置值，以補(bǔ)償主設(shè)備同步脈沖與從設(shè)備接收時(shí)間的差值。經(jīng)過(guò)這一初始校準(zhǔn)后，周期性的同步脈沖就可以保持從設(shè)備與主時(shí)鐘間的精確同步。LXI總線采用M—LVDS(半雙工、多點(diǎn)低壓差分信號(hào))硬件觸發(fā)總線，提供精確同步觸發(fā)，支持其他標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)觸發(fā)接口。LXI的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：1)開(kāi)放式工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不需要專用的機(jī)箱和0槽計(jì)算機(jī)；2)向后兼容性，升級(jí)不需重新配置，允許擴(kuò)展為大型卡式儀器(VXI，PXI)系統(tǒng)；3)成本低廉；4)互操作性，只需40種左右的通用模塊即可高效且靈活地組合成面向目標(biāo)服務(wù)的各種測(cè)試單元；5)新技術(shù)及時(shí)方便的引入。另外，由于LXI模塊本身配備有處理器、LAN連接、電源供應(yīng)器和觸發(fā)輸入，因此它不像模塊式卡槽必須使用昂貴的電源供應(yīng)器、背板、控制器及MXI插卡和接線。LXI測(cè)試總線技術(shù)是信息化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的必然趨勢(shì)。由于采用了通用的儀器驅(qū)動(dòng)模型(IVI，VXI一Ⅱ，VISA)，LXI總線儀器可以實(shí)現(xiàn)儀器間的自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、自動(dòng)協(xié)同控制等功能。LXI的應(yīng)用流程如下：(1)連接：設(shè)備間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)互連，構(gòu)成局域網(wǎng)。設(shè)備使用前重新分配網(wǎng)絡(luò)地址或者采用動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)配置方式。(2)工作流程：設(shè)備加電后，組網(wǎng)各設(shè)備自動(dòng)訪問(wèn)局域網(wǎng)，搜索局域網(wǎng)中其他LXI設(shè)備，通過(guò)IEEEI588協(xié)議實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的精確時(shí)鐘同步(C類設(shè)備除外)；在功能設(shè)備驅(qū)動(dòng)下，發(fā)現(xiàn)協(xié)同設(shè)備，實(shí)現(xiàn)LXI設(shè)備間的自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)連接。(3)功能實(shí)現(xiàn)：在功能設(shè)備驅(qū)動(dòng)下，可通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件協(xié)同控制各個(gè)LXI設(shè)備來(lái)完成測(cè)量測(cè)控任務(wù)，也可由LXI設(shè)備間的自動(dòng)連接、協(xié)同控制來(lái)完成既定的設(shè)備功能流程。LXI總線技術(shù)的諸多優(yōu)勢(shì)必然要在工業(yè)、軍事、航空航天等眾多領(lǐng)域中發(fā)揮不可估量的作用。LXI測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)，降低了測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建成本．提高了系統(tǒng)兼容性和可擴(kuò)展性，可以更好地支持研發(fā)與制造工程師進(jìn)行航空／國(guó)防、汽車(chē)、工業(yè)、醫(yī)療及消費(fèi)類電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作．在校準(zhǔn)測(cè)試領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

結(jié)語(yǔ)在測(cè)量和儀器系統(tǒng)機(jī)箱底板總線中，CPCI、PXI和LXI總線代表著這類總線當(dāng)前的水平。在測(cè)量?jī)x器機(jī)箱與計(jì)算機(jī)的互連總線中，IEEE488仍將被使用，VXI還會(huì)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存在。但串行總線（USB、FireWire）逐步成為測(cè)量和儀器網(wǎng)絡(luò)總線之一。各種儀器總線技術(shù)會(huì)共存，只是市場(chǎng)份額大小和應(yīng)用需求不同的分別。有越來(lái)越多的基于多種總線的混合測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)控系統(tǒng)正向高效、高速、高精度和高可靠性，及自動(dòng)化、智能和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，chw開(kāi)放型、全分布式、智能化的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。工業(yè)儀表設(shè)備間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信技術(shù)1.高速串行接口總線1）FireWire串行總線(IEEE

1394)IEEE一項(xiàng)視頻傳輸串行接口標(biāo)準(zhǔn)。早期由蘋(píng)果開(kāi)發(fā)，索尼曾參與開(kāi)發(fā)（6線改4線），注冊(cè)為iLINK商標(biāo)。1394支持外接設(shè)備熱插拔、同時(shí)可為外設(shè)提供電源，省去了外設(shè)自帶的電源、支持同步數(shù)據(jù)傳輸。主要性能特點(diǎn)如下：數(shù)字接口：數(shù)據(jù)能夠以數(shù)字形式傳輸保證了信號(hào)的質(zhì)量；“熱插拔”：包括全速工作時(shí)；即插即用：無(wú)需設(shè)定，主節(jié)點(diǎn)可以動(dòng)態(tài)確定；總線結(jié)構(gòu)：采用讀／寫(xiě)映射空間的結(jié)構(gòu)；速度快：100Mbps，200Mbps，400Mbps，1394

B定義到3．2

Gbps；IV.其它常用工業(yè)通訊技術(shù)設(shè)備可自供電或由總線供電。自供電時(shí)還可以向總線供電。兼容性好：IEEE1394總線可適應(yīng)臺(tái)式個(gè)人機(jī)用戶的全部I／O要求，并可以與SCSI并口（小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口）、RS232標(biāo)準(zhǔn)串口、Apple的DesktopBus等接口兼容；物理體積小，制造成本低，易于安裝；非專利性：使用IEEE1394串行總線不存在專利問(wèn)題；

單一總線最多連接63個(gè)物理節(jié)點(diǎn)(相當(dāng)于USB系統(tǒng)中的接口)，一個(gè)計(jì)算機(jī)可有1

024FireWire總線。

采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模型，所有設(shè)備建立對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備間可以互相直接通信。

利用FireWire總線不但可組成高速測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，還可以代替測(cè)量和儀器系統(tǒng)機(jī)箱底板的并行總線，或作為冗余測(cè)控系統(tǒng)中的機(jī)箱底板并行總線的備份總線，具有很好的應(yīng)用前景。FireWire總線的汽車(chē)電子版IDB-1394，也已經(jīng)是一種比較成熟的技術(shù)。IEEE1394傳輸協(xié)議物理層、鏈路層、事務(wù)層和總線管理層。1）物理層：提供電氣及機(jī)械方面的連接，完成實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸和接收任務(wù)。還提供初始設(shè)置（Initialization）和仲裁(Arbitration)服務(wù)，以確保在同一時(shí)刻只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。物理層功能由硬件實(shí)現(xiàn)。接口有6針和4針（iLINK）。6針接口中有4針是用于傳輸數(shù)據(jù)的信號(hào)線，另外2針是供電的電源線。電源電壓一般為8～40V，最大電流1.5A。由于傳輸速率很快，線纜對(duì)屏蔽性要求非常高，IEEE1394線都不長(zhǎng)（<3m）。

2）鏈路層負(fù)責(zé)傳輸包的生成和分解，提供數(shù)據(jù)包傳送服務(wù)，提供接收確認(rèn)，定址，數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以及數(shù)據(jù)分幀等。鏈路層功能由硬件實(shí)現(xiàn)。異步傳送與大多數(shù)計(jì)算機(jī)應(yīng)答式協(xié)議相似；同步傳送為實(shí)時(shí)帶寬保證式協(xié)議。1394的傳輸模式主要有“背板”（Backplane）和“纜線”（Cable）兩種，背板模式用于帶寬要求不高的環(huán)境。而纜線模式速度非?？?，應(yīng)用于數(shù)碼視頻流實(shí)時(shí)傳輸。支持三種事件：總線配置、總線仲裁和數(shù)據(jù)傳輸?？偩€配置無(wú)須主機(jī)干預(yù)，配置完成后開(kāi)始數(shù)據(jù)傳輸，但節(jié)點(diǎn)在每次傳輸事務(wù)之前需首先通過(guò)總線仲裁事件獲得總線控制權(quán)。3）處理層(Transaction

Layer)：也譯事務(wù)層，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的請(qǐng)求和響應(yīng)協(xié)議，向上層提供服務(wù)。支持異步協(xié)議寫(xiě)，讀和鎖定（Lock）指令。處理層功能由固件實(shí)現(xiàn)。4）串行總線管理（SerialBusManagement）：負(fù)責(zé)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制、總線配置、電源和帶寬管理、節(jié)點(diǎn)活動(dòng)管理等。提供全部總線的控制功能，包括電力供應(yīng)，優(yōu)化定時(shí)機(jī)制，分配同步通道ID，以及處理基本錯(cuò)誤提示等。在實(shí)際操作過(guò)程中，設(shè)備必須首先要求控制物理層。如果進(jìn)行異步傳輸，數(shù)據(jù)發(fā)送和接收方互換地址，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)接收方收到數(shù)據(jù)包時(shí)，會(huì)向發(fā)送方傳回確認(rèn)信息。如果接收方?jīng)]有受到數(shù)據(jù)包，則啟動(dòng)錯(cuò)誤修復(fù)機(jī)制。如果進(jìn)行同步傳輸，發(fā)送方首先要求獲得一個(gè)特定帶寬的數(shù)據(jù)通道。然后將通道ID附加在所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中一起發(fā)送。接收方對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行檢測(cè)，只有當(dāng)發(fā)現(xiàn)具有特定ID號(hào)的數(shù)據(jù)時(shí)才進(jìn)行接收。以125μs為循環(huán)周期(相當(dāng)于USB系統(tǒng)中的幀周期)。異步傳輸有至少20％的帶寬可用，等時(shí)傳輸則至多80％。在早期的USB1.1時(shí)代，1394a接口在速度上占據(jù)了很大的優(yōu)勢(shì)，在USB2.0推出后，1394a接口在速度上的優(yōu)勢(shì)不再明顯。現(xiàn)在絕對(duì)多數(shù)主流的計(jì)算機(jī)并沒(méi)有配置1394接口，要使用必須要購(gòu)買(mǎi)相關(guān)的接口卡，增加額外的開(kāi)支。目前單純1394接口的外置式光儲(chǔ)很少，大多都是同時(shí)帶有1394和USB接口的多接口產(chǎn)品，使用更為靈活方便。2）USB(UniversalSerialBus)接口總線USB

95年提出，特點(diǎn)是傳輸速率高、即插即用、熱切換(帶電插拔)和可利用總線傳送電源等特點(diǎn)。USB外圍設(shè)備通過(guò)PCI總線與PC內(nèi)部的系統(tǒng)總線連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。有三種標(biāo)準(zhǔn)：96年的1.0，98年的1.1以及最新的USB2.0，USB2.0速度到480Mbps，傳輸距離30米。理論上單個(gè)USBhost控制器可以連接最多127個(gè)設(shè)備。USB技術(shù)得以廣泛發(fā)展和應(yīng)用的主要原因是：方便：可以連接多個(gè)不同的設(shè)備，支持熱插拔。軟件驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件無(wú)需額外設(shè)置。USB口單獨(dú)使用自己的保留中斷，省去了硬件配置。速度：使大容量圖像的實(shí)時(shí)傳送成為可能。連接：支持多個(gè)不同設(shè)備的串列連接，電源：USB可通過(guò)連接線為設(shè)備提供最高5V，500mA的電力，可支持如掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等常用設(shè)備。USB系統(tǒng)組成：USB主機(jī)（Host）、USB器件（Device）和USB的連接。1）主機(jī)：一個(gè)USB系統(tǒng)僅可以有一個(gè)主機(jī)，器件連接主機(jī)的部件是USB主機(jī)控制器，由硬件、軟件和固件(Firmware)組成。PC主板兩個(gè)USB端口由一個(gè)USB主機(jī)接口芯片控制，作用有：管理和實(shí)現(xiàn)USB物理層差模信號(hào)；以寄存器的形式提供給各種端點(diǎn)；提供各種配置和存儲(chǔ)寄存器。還有電源管理的部分。通常主板的USB接口都是由ROOTHUB提供的。USB主機(jī)主要功能包括5個(gè)方面：檢測(cè)USB設(shè)備連接、管理主機(jī)和設(shè)備間控制管道、管理主機(jī)和設(shè)備間數(shù)據(jù)流、收集設(shè)備狀態(tài)和總線活動(dòng)、管理主機(jī)與設(shè)備間電氣接口。

固件以硬件為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)USB功能，包括有關(guān)系統(tǒng)配置和CPU的設(shè)置模塊、USB協(xié)議棧模塊等幾部分。設(shè)備的USB棧就要能夠識(shí)別并處理USB總線上不同的信息內(nèi)容。軟件部分就是PC的操作系統(tǒng)所能夠提供的各種驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序支持。包括三部分：USB主控制器驅(qū)動(dòng)程序：其負(fù)責(zé)CPU與USB主機(jī)接口芯片的通訊，處理底層USB包的發(fā)送與接收；USB核心驅(qū)動(dòng)程序，這部分是USB底層與用戶程序之間的橋梁，負(fù)責(zé)解釋用戶程序中對(duì)USB的各種操作命令，并解碼后發(fā)送給底層驅(qū)動(dòng)；USB用戶程序和類協(xié)議驅(qū)動(dòng)程序，這部分就是上層的應(yīng)用層，主要包括操作系統(tǒng)提供給用戶的API、以及用戶自己定義的對(duì)USB設(shè)備的各種操作，比如讀取USB設(shè)備某幾個(gè)特定的數(shù)據(jù)等等。USB器件分兩種：USBHUB和USB功能器件。有一個(gè)上行的端口(到host)，多個(gè)的下行端口(連接其它的設(shè)備)，從而可以使整個(gè)的系統(tǒng)可以擴(kuò)展的連接127個(gè)外設(shè)。對(duì)于USB系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，USB的host是PC，所有的其他連接到host都稱為設(shè)備，在設(shè)備與設(shè)備之間只有通過(guò)host的管理與調(diào)節(jié)才能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的互相傳送。USB系統(tǒng)構(gòu)成

幾種USB接口3）USB的連接，即USB器件和USB主機(jī)進(jìn)行通信的方法，如包括：總線的拓?fù)洌ㄓ梢稽c(diǎn)分出多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)形式）：即外設(shè)和主機(jī)連接的模式；各層之間的關(guān)系：即組成USB系統(tǒng)的各個(gè)部分在完成一個(gè)特定的USB任務(wù)時(shí)，各自之間的分工與合作；數(shù)據(jù)流動(dòng)的模式：即USB總線的數(shù)據(jù)傳輸方式；USB的“分時(shí)復(fù)用”：因?yàn)閁SB提供的是一種共享連接方式，因而為了進(jìn)行資料的同步傳輸，致使USB對(duì)資料的傳輸和處理必須采用分時(shí)處理的機(jī)。4）USB設(shè)備物理接口：USB兩個(gè)版本的物理接口完全一致，數(shù)據(jù)傳輸率上的差別完全由PC的USBhost控制器以及USB設(shè)備決定。每個(gè)設(shè)備可以從總線上獲得100mA的電流，如果特殊的向系統(tǒng)申請(qǐng)，最多可以獲得500mA的電流，在掛機(jī)的狀態(tài)下，電流只有500uA。USB總線協(xié)議內(nèi)容USB總線上信息有兩種：一種是差模數(shù)據(jù)線上的包；另一種則是有特殊定義的數(shù)據(jù)線的信號(hào)，比如復(fù)位信號(hào)、遠(yuǎn)程喚醒信號(hào)等等。在上層，這些信息又要被組成各種傳輸?shù)念愋蛠?lái)加以處理。所以協(xié)議棧的內(nèi)容是龐大的。這里介紹一些概要。（1）物理層：USB的電纜有四根線：地線、電源線、D+和D-差分輸入線（3.3V電壓），電源線和地線可向設(shè)備提供5V電壓，最大電流為500MA。數(shù)據(jù)由低位到高位發(fā)送。USB協(xié)議規(guī)定Bitstuffing，6位“1”加一個(gè)“0”，然后使用NRZI編碼。通常一個(gè)全速的數(shù)據(jù)幀可以最多有1500bytes，低速幀最多有187bytes。2）USB的域：USB數(shù)據(jù)首先數(shù)字構(gòu)成域（field），域再構(gòu)成包(packet)。包是USB的基本數(shù)據(jù)單元。域有7類：同步序列域SYNC（0x00000001）、包標(biāo)志域、地址域、端點(diǎn)域、幀號(hào)域、數(shù)據(jù)域和CRC校驗(yàn)域。包標(biāo)志符PID(packet

ID)：由四位標(biāo)識(shí)符+四位標(biāo)識(shí)符反碼構(gòu)成，緊跟在SYNC后面，表明包的類型和格式。USB的標(biāo)識(shí)碼一共有16種，區(qū)別包的4大類別以及每大類中的小類；地址（ADDR）：地址域有7位，可以用來(lái)尋址127個(gè)設(shè)備；端點(diǎn)（ENDP）：它由4位組成，所以它最多能尋址32個(gè)端點(diǎn)。這個(gè)數(shù)據(jù)包僅用在傳輸包OUT、IN、SET包中；循環(huán)校驗(yàn)碼（CRC）：根據(jù)不同的包類型，CRC數(shù)據(jù)域由不同的數(shù)目的位所組成。其中最重要的數(shù)據(jù)封包采用CRC16的數(shù)據(jù)域，而其它采用CRC5的數(shù)據(jù)域；數(shù)據(jù)（data）：根據(jù)PID類型的不同所擁有的字節(jié)數(shù)也就不同，從0~1023Byte；幀號(hào)碼（framenumber）：特殊的包SOF包內(nèi)用。3）USB數(shù)據(jù)包：USB包包括同步信號(hào)，包標(biāo)識(shí)PID(packet

ID)，傳送的數(shù)據(jù)以及差錯(cuò)校驗(yàn)和CRC等域。按照包在整個(gè)USB數(shù)據(jù)傳輸中的作用不同，包可以分為4大類：令牌包、數(shù)據(jù)包、握手包和特殊包，以及若干小類。在USB1.1規(guī)范里面，有10種包，USB2.0增加了差錯(cuò)控制等，有16種包。PID類型PID名稱令牌IN,OUT,SOF,SETUP數(shù)據(jù)DATA0,DATA1握手ACK,NAK,STALL特殊類型PRE3．USB的數(shù)據(jù)傳輸方式USB有效帶寬分成1ms長(zhǎng)的幀(frame)，每個(gè)設(shè)備每幀傳送一個(gè)同步傳輸包。完成系統(tǒng)配置和連接后，USBhost會(huì)對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)籌安排，適應(yīng)整個(gè)USB的帶寬。通常同步方式和中斷方式的傳送占整個(gè)帶寬的90%，剩下的安排給控制方式傳送數(shù)據(jù)。USB數(shù)據(jù)傳輸有四種：中斷傳輸、批量傳輸、同步傳輸、控制傳輸。同中斷傳輸和批量轉(zhuǎn)輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)一樣，步傳輸最簡(jiǎn)單，控制傳輸最重要也最復(fù)雜。中斷傳輸(interrupt)：由OUT事務(wù)和IN事務(wù)構(gòu)成，用于定時(shí)查詢?cè)O(shè)備是否有中斷數(shù)據(jù)要傳送。設(shè)備的端點(diǎn)模式器的結(jié)構(gòu)決定了它的查詢頻率，從1到255ms之間。這種傳輸方式典型的應(yīng)用在少量的分散的、不可預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸。鍵盤(pán)、操縱桿和鼠標(biāo)就屬于這一類型。中斷方式傳送是單向的并且對(duì)于host來(lái)說(shuō)只有輸入的方式；批量傳輸(bulk)：由OUT事務(wù)和IN事務(wù)構(gòu)成，應(yīng)用在數(shù)據(jù)大量傳送和接受數(shù)據(jù)上?？偩€忙時(shí)，USB會(huì)優(yōu)先進(jìn)行其他類型的數(shù)據(jù)傳輸，而暫時(shí)停止批量轉(zhuǎn)輸。打印機(jī)和掃描儀屬于這種類型。適合于傳輸非常慢和大量被延遲的傳輸。同步傳輸(isochronous)：由OUT事務(wù)和IN事務(wù)構(gòu)成。同步傳輸提供了確定的帶寬和間隔時(shí)間(latency)。用于時(shí)間嚴(yán)格并具有較強(qiáng)容錯(cuò)性的流數(shù)據(jù)傳輸，或要求恒定數(shù)據(jù)傳送率的即時(shí)應(yīng)用中。例如網(wǎng)絡(luò)電話?？刂苽鬏?Control)：雙向傳送，數(shù)據(jù)量較小。主要用來(lái)進(jìn)行查詢、配置和給USB設(shè)備發(fā)送通用命令。控制傳輸有三個(gè)階段（初始設(shè)置階段、可選數(shù)據(jù)階段、狀態(tài)信息步驟），用于主機(jī)識(shí)別設(shè)備，并裝相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。當(dāng)USB設(shè)備插上主機(jī)時(shí)，主機(jī)就通過(guò)一系列的動(dòng)作來(lái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行枚舉配置。USB的枚舉過(guò)程就是依靠控制傳輸來(lái)讀取設(shè)備信息、設(shè)置設(shè)備地址和讀取設(shè)備的描述符。這樣主機(jī)才能識(shí)別設(shè)備，并安上相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)。從而可以采用其它3種可能的傳輸方式進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)

USB的應(yīng)用和基于USB的測(cè)量技術(shù)USB應(yīng)用越來(lái)越多，輸入設(shè)備最成功，鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等極穩(wěn)定。問(wèn)題：串聯(lián)多個(gè)設(shè)備可能失效。實(shí)際的USB也無(wú)法串接。另一個(gè)是電源，USB本身500mA電力，不足高電耗設(shè)備供電。USB進(jìn)入測(cè)量?jī)x器從1998年開(kāi)始，最簡(jiǎn)單的做法是增加USB作為外設(shè)接口，安裝USB接口比較方便。2000年后數(shù)字示波器上開(kāi)始出現(xiàn)USB接口。安捷倫和NI在虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)（VISA）的I/O層增加了對(duì)USB的支持，所以USB普遍被測(cè)量?jī)x器接受為標(biāo)準(zhǔn)接口之一。USB接口簡(jiǎn)單方便和低成本，大量USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)推出。USB儀器出現(xiàn)屬于市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。測(cè)量?jī)x器中的PC基儀器，特別是筆記本外設(shè)插槽，只有靠各種接口。USB進(jìn)入測(cè)量?jī)x器主流。USB以即插即用和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠而進(jìn)入測(cè)量?jī)x器市場(chǎng)。較成熟的有USB數(shù)據(jù)采集器和USB數(shù)字示波器。隨著出現(xiàn)嵌入式USB和無(wú)線USB，USB的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)更加廣泛。4.USB3.0IT發(fā)展使文件體積已經(jīng)越來(lái)越大，硬盤(pán)容量也到了TB級(jí)別。新的USB3.0標(biāo)準(zhǔn)將提供達(dá)到5（4.8）Gbps的理論傳輸速度。采用9-pin線路，有4-pin線路向前兼容USB1.0/1.1/2.0，其余5-pin由USB3.0獨(dú)享。USB3.0采用USB3.0采用對(duì)偶單純形四線制差分信號(hào)線，以低電壓差動(dòng)模式進(jìn)行雙工信號(hào)傳輸。此外，USB3.0將引進(jìn)電源管理功能，周邊設(shè)備能夠獨(dú)立進(jìn)入省電模式。

USB3.0雙總線架構(gòu)圖

USB3.0在繼承USB2.0核心架構(gòu)的基礎(chǔ)上，能夠提供50%—80%更多的電力支持設(shè)備。USB3.0的最大改進(jìn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一，USB3.0將會(huì)智能管理USB設(shè)備，減少空置設(shè)備電能浪費(fèi);第二，USB3.0增大了供應(yīng)電流。大量的數(shù)據(jù)流傳輸需要更快的性能支持，同時(shí)傳輸?shù)臅r(shí)候，空閑時(shí)設(shè)備可以轉(zhuǎn)入到低功耗狀態(tài)。甚至可以空下來(lái)去接收其他的指令，完成其他動(dòng)作。USB3.0由英特爾，以及惠普（HP）、NEC、NXP半導(dǎo)體以及德州儀器（TI）等開(kāi)發(fā)。從遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)到近幾年的中、短程無(wú)線通訊技術(shù)，工業(yè)無(wú)線技術(shù)在很多應(yīng)用場(chǎng)合具有有線技術(shù)無(wú)法或很難取代的優(yōu)勢(shì)。2004年由美國(guó)能源部發(fā)起成立了無(wú)線工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟（WINA）。推進(jìn)基于工業(yè)無(wú)線技術(shù)的低成本測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用1.無(wú)線通信基礎(chǔ)無(wú)線電波的波長(zhǎng)不同，傳播特點(diǎn)也不完全相同。不同種類的無(wú)線設(shè)備工作方式不同，也工作在不同的頻段。無(wú)線電波通過(guò)多種傳輸方式從發(fā)射天線到接收天線。主要有自由空間波，對(duì)流層反射波，電離層波和地波。由于多途徑傳播使得信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)分布復(fù)雜，波動(dòng)大。，電波極化方向發(fā)生變化。信號(hào)質(zhì)量和天線距建筑物的距離及建筑物的高度有關(guān)，還和頻率有關(guān)。頻率越高，建筑物越高、越近，影響越大。相反，頻率越低，建筑物越矮、越遠(yuǎn)，影響越小。V.工業(yè)無(wú)線通訊技術(shù)常用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：

802.11，802.15，802.16ZigBee（IEEE802.15.4）

以傳感器和遠(yuǎn)程控制為代表的無(wú)線應(yīng)用不需要較高的傳輸帶寬，而需要較低的傳輸延時(shí)和極低的功率消耗。ZigBee協(xié)議是由IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的PHY和MAC層再加上ZigBee的網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用支持層所組成。突出特點(diǎn)是極低成本、易實(shí)現(xiàn)、可靠的數(shù)據(jù)傳輸、短距離操作、極低功耗、各層次的安全性等。ZigBee標(biāo)準(zhǔn)還支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，包括星型、簇狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。ZigBee技術(shù)適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)。所以ZigBee聯(lián)盟預(yù)測(cè)的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)控制、消費(fèi)性電子設(shè)備、汽車(chē)自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)用設(shè)備控制等。1）ZigBee物理層：主要功能：激活和休眠射頻收發(fā)器，信道能量檢測(cè)，信道接收數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量指示，空閑信道評(píng)估，收發(fā)數(shù)據(jù)。主要目的是控制RF收發(fā)器工作；調(diào)制方式是擴(kuò)頻通信,物理層采用DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum，直接序列擴(kuò)頻)技術(shù)，可提供27個(gè)信道用于數(shù)據(jù)收發(fā)。IEEE802.15.4定義了2.4GHz頻段和868/915MHz頻段兩種物理層標(biāo)準(zhǔn)，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式，區(qū)別在于工作頻率、調(diào)制技術(shù)、擴(kuò)頻碼片長(zhǎng)度和傳輸速率。2.4GHz能夠提供250kb/s速率，868MHz是歐洲的ISM頻段，915MHz是美國(guó)的ISM頻段。這兩個(gè)頻段的引入避免了2.4GHz附近的干擾。868MHz的傳輸速率為20kb/s，916MHz是40kb/s。這兩個(gè)頻段上信號(hào)傳播損耗小，可獲得較遠(yuǎn)通信距離

。信號(hào)傳輸距離：~50m（室內(nèi)），~150m（室外）。ZigBee在2.4GHz頻帶有16個(gè)信道（信道11－26）、915MHz頻帶提供10個(gè)信道（信道1－10）而868MHz頻帶提供1個(gè)信道（信道0）。2）數(shù)據(jù)鏈路層：MAC子層功能具體包括：協(xié)調(diào)器產(chǎn)生并發(fā)送信標(biāo)幀，普通設(shè)備根據(jù)協(xié)調(diào)器的信標(biāo)幀與協(xié)調(diào)器同步；支持PAN網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)；支持無(wú)線信道的通信安全；使用CSMA-CA機(jī)制；支持保護(hù)時(shí)隙(GTS)機(jī)制；支持不同設(shè)備的MAC層之間的可靠傳輸。LLC子層功能包括：傳輸可靠性保障和控制；數(shù)據(jù)包的分段與重組；數(shù)據(jù)包的順序傳輸。802.15.4MAC層使用CSMA/CA。幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則是保證網(wǎng)絡(luò)在有噪音的信道上能可靠傳輸，同時(shí)將網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性降到最低。ZigBee數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，最大長(zhǎng)度為127字節(jié)，包括：1）前導(dǎo)信號(hào):32位，2）幀分隔:8位，3）.幀長(zhǎng)度:8位，4）幀控制:6位，5）數(shù)據(jù)序列編碼:8位，6）地址標(biāo)識(shí):32位，7）數(shù)據(jù)負(fù)載，8）幀校驗(yàn)碼:16位。定義了4種基本幀結(jié)構(gòu)：信標(biāo)幀，數(shù)據(jù)幀，響應(yīng)幀，MAC命令幀，用來(lái)處理MAC對(duì)等實(shí)體之間的控制傳送。3）安全性：ZigBee協(xié)議中單條的數(shù)據(jù)消息是通過(guò)對(duì)MAC層的安全來(lái)做到的，而多條消息報(bào)文一般是通過(guò)更上層(如網(wǎng)絡(luò)層)的安全機(jī)制來(lái)保證的。MAC層使用了一種被稱為AES高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)的算法進(jìn)行加密。當(dāng)MAC層傳輸(接收)帶有安全性的幀時(shí)，首先檢查該幀的目標(biāo)地址(源地址)，并檢索到和該目標(biāo)地址(源地址)相對(duì)應(yīng)的密鑰，然后利用該密鑰和相對(duì)的安全級(jí)別所對(duì)應(yīng)的安全機(jī)制來(lái)進(jìn)行逆向處理。每一種安全機(jī)制都將對(duì)應(yīng)著一個(gè)密鑰，而在MAC層幀頭中有一位直接指明該幀是否使用安全機(jī)制。傳輸幀時(shí)可以利用MAC層的頭和凈荷來(lái)計(jì)算4字節(jié)、8字節(jié)或者16字節(jié)的消息完整性代碼（MessageIntegrityCode，MIC）。MIC直接被加到MAC層凈荷的后面，如果有真實(shí)性的要求，MAC層的左邊會(huì)被加入幀和序列記數(shù)器，用來(lái)對(duì)該凈荷進(jìn)行加密，并保證其新穎性。當(dāng)接收到包括了MIC的幀時(shí)，會(huì)對(duì)它進(jìn)行一定的驗(yàn)證；同樣如果接收到的幀的凈荷被加密，則需要進(jìn)行一定的解密操作。3．Z-WaveZ-Wave不倚賴IEEE標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展比ZigBee快。Z-Wave面向建筑自動(dòng)化和家庭控制，比ZigBee更簡(jiǎn)單、便宜、省電。Z-Wave運(yùn)作頻段為868.42MHz（歐洲）和908.42MHz（美國(guó)）。在傳輸上，Z-Wave以單一天線進(jìn)行半雙工（HalfDuplex）傳輸，而信號(hào)調(diào)制使用簡(jiǎn)易的頻移鍵控調(diào)變法FSK和曼徹斯特編碼。編碼、解碼都以硬件實(shí)現(xiàn)。Z-Wave有9.6kbps的傳輸率，傳輸距離約在100英尺左右，還可通過(guò)路由方式延續(xù)，最多可跨繞4個(gè)裝置，最遠(yuǎn)至400英尺。Z-Wave的NodeID僅8-bit，理論上可有256個(gè)Z-Wave節(jié)點(diǎn)，實(shí)際可用的節(jié)點(diǎn)為232個(gè)，用于家庭自動(dòng)化控制已經(jīng)夠用了。Z-Wave比ZigBee更強(qiáng)調(diào)省電，2顆AAA電池持續(xù)使用達(dá)數(shù)年。Z-Wave只需很簡(jiǎn)單的執(zhí)行核心、很少的運(yùn)算效能、以及很少的程序存儲(chǔ)器占用量，就能夠?qū)崿F(xiàn)Z-Wave傳輸。Z-Wave硬件芯片＋程序的價(jià)格不到3美元，比ZigBee設(shè)定的低價(jià)目標(biāo)5美元還要低，且已能正式供貨。4．RFID

(RadioFrequencyIdentification)射頻識(shí)別RFID90年代開(kāi)始，利用射頻信號(hào)通過(guò)空間電磁場(chǎng)耦合(交變磁場(chǎng)或)實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞。

基本原理：低頻段基于變壓器耦合模型(初級(jí)與次級(jí)之間的能量傳遞及信號(hào)傳遞)，高頻段基于雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的空間耦合模型(雷達(dá)信號(hào)碰到目標(biāo)后攜帶目標(biāo)信息返回雷達(dá)接收機(jī))。RFID其應(yīng)用形式為標(biāo)記(tag)、卡和標(biāo)簽(label)設(shè)備。標(biāo)記設(shè)備由RFID芯片和天線組成，標(biāo)記類型分為三種：自動(dòng)式，半被動(dòng)式和被動(dòng)式。現(xiàn)在市場(chǎng)上開(kāi)發(fā)的基本上是被動(dòng)式RFID標(biāo)記，因?yàn)檫@類設(shè)備造價(jià)較低，且易于配置。被動(dòng)標(biāo)記設(shè)備運(yùn)用無(wú)線電波進(jìn)行操作和通信，信號(hào)必須在識(shí)別器允許的范圍內(nèi)，通常約3米。這類標(biāo)記適合于短距離信息識(shí)別。

RFID芯片可以是只讀的，也可是讀/寫(xiě)方式，依據(jù)應(yīng)用決定。被動(dòng)式標(biāo)記設(shè)備采用E2PROM(電擦寫(xiě)可編程只讀存儲(chǔ)器)，便于運(yùn)用特定電子處理設(shè)備往上面寫(xiě)數(shù)據(jù)。一般標(biāo)記設(shè)備在出廠時(shí)都設(shè)定為只讀方式。RFID的工作原理是：標(biāo)簽