网络化测控_09_LXI-副本

1、1网络化测控网络化测控机电工程与自动化学院机电工程与自动化学院仪器科学与技术系仪器科学与技术系董志董志2第第8次课内容：现场总线技术次课内容：现场总线技术1、现场总线概述、现场总线概述2、控制局域网络总线控制局域网络总线CAN3、基金会现场总线、基金会现场总线FF4、PROFIBUS现场总线现场总线5、DeviceNet现场总线现场总线3网络化测控系统的层次结构网络化测控系统的层次结构以信息共享为目的以信息共享为目的公共公共Internet构建构建过程控制与处理过程控制与处理工业以太网构建工业以太网构建现场设备级网络现场设备级网络现场总线、以太网现场总线、以太网4第第9次课内容：次课内容： L

2、XI 总线总线1、概述、概述2、物理规范、物理规范3、同步与触发、同步与触发4、LAN通信规范通信规范5、Web接口规范接口规范5第第9次课内容：次课内容： LXI 总线总线1、概述、概述2、物理规范、物理规范3、同步与触发、同步与触发4、LAN通信规范通信规范5、Web接口规范接口规范61. 1 仪器互联方式的发展仪器互联方式的发展GPIB（General Purpose Interface Bus）通用标准接口总线通用标准接口总线n 1972年由美国年由美国HP公司首先提出的，定名为公司首先提出的，定名为HPIB。之后这。之后这套总线相继为套总线相继为IEEE和和IEC认可，并正式颁布了认

3、可，并正式颁布了IEEE488和和IEC625标准文本。我国也制定了相应的国家标准。标准文本。我国也制定了相应的国家标准。n 总线由总线由24芯无源电缆组成，其中芯无源电缆组成，其中16条为信号线，其余为屏蔽条为信号线，其余为屏蔽线和地线。线和地线。16条信号线中有条信号线中有8条数据总线，条数据总线，3条挂钩总线和条挂钩总线和5条管条管理总线。总线上最多可挂理总线。总线上最多可挂14台仪器台仪器 。n 系统各器件采用总线方式连接，总线连接器包括插头和插座系统各器件采用总线方式连接，总线连接器包括插头和插座。71. 1 仪器互联方式的发展仪器互联方式的发展81. 1 仪器互联方式的发展仪器互联

4、方式的发展9n VXI总线系统结构允许不同生产厂家的各种仪器、接口插板或计算总线系统结构允许不同生产厂家的各种仪器、接口插板或计算机，以模块形式共存于同一机，以模块形式共存于同一VXI总线主机箱总线主机箱中。中。n 对对VXI总线系统的控制可以通过主机箱外的总线系统的控制可以通过主机箱外的外部外部控制器（微型计算控制器（微型计算机），也可以通过嵌入主机箱内的机），也可以通过嵌入主机箱内的内部内部控制器。控制器。 n 内嵌内嵌式控制器及用于连接外部计算机的翻译器和接口都是放置在式控制器及用于连接外部计算机的翻译器和接口都是放置在VXI主机箱的零号槽位置。因此，也常称为主机箱的零号槽位置。因此，也

5、常称为零槽模块零槽模块或或零槽控制器零槽控制器。 n 有有ABCD四种四种尺寸模块尺寸模块，C尺寸模块应用最广。尺寸模块应用最广。 VXI通用背板总线通用背板总线（VMEbus extensions for Instrumentation VME总线在仪器领域的扩展总线在仪器领域的扩展）1. 1 仪器互联方式的发展仪器互联方式的发展101. 1 仪器互联方式的发展仪器互联方式的发展111. 1 仪器互联方式的发展仪器互联方式的发展121. 1 仪器互联方式的发展仪器互联方式的发展13PXI总线总线1. 1 仪器互联方式的发展仪器互联方式的发展14现有测试总线的局限性现有测试总线的局限性nGPI

6、B n无法提供多台仪器同步和触发的功能；无法提供多台仪器同步和触发的功能；n带宽不足带宽不足;nVXI n整个结构太贵，起步成本太高；整个结构太贵，起步成本太高；n插卡的应用必须受限于机箱插卡的应用必须受限于机箱;n射频和微波应用受到限制；射频和微波应用受到限制；n模块数量受到限制；模块数量受到限制；n带宽不足；带宽不足；1. 2 产生背景产生背景15现有测试总线的局限性现有测试总线的局限性nPXIn整个结构太贵，起步成本太高；整个结构太贵，起步成本太高；n插卡的应用必须受限于机箱插卡的应用必须受限于机箱;n射频和微波应用受到限制；射频和微波应用受到限制；n模块数量受到限制；模块数量受到限制；

7、n支持的供应商太少；支持的供应商太少； 以上总线都无法很好解决、实现以上总线都无法很好解决、实现远程远程的编程、控制、的编程、控制、测试测量、故障诊断、获得数据等需求！测试测量、故障诊断、获得数据等需求！1. 2 产生背景产生背景161. 2 产生背景产生背景17 LXI（LAN-based Extensions for Instrumentation局域网技术在局域网技术在仪器领域的扩展仪器领域的扩展) 总线是以总线是以LAN（局域网）（局域网）为基础，建立在为基础，建立在IEEE802.3(以太网以太网)和和IEEE1588(Trigger Bus)之上，是新一代测量仪之上，是新一代测量仪

8、器接口器接口标准标准，其具体思想是将成熟的以太网技术应用到自动测试系统，其具体思想是将成熟的以太网技术应用到自动测试系统中，以中，以替代替代传统的测试总线技术（如传统的测试总线技术（如GPIB 、 VXI、PXI等）。等）。 1. 3 定义定义n 2004年年9月美国安捷伦公司和月美国安捷伦公司和VXI科技公司联合推出科技公司联合推出LXI总线的概念；总线的概念；n 2005年年6月成立了月成立了LXI联盟；联盟；n 2005年年8月正式发布了月正式发布了LXI总线标准总线标准1.0版，标志着版，标志着LXI正式诞生；正式诞生；n 2006年年8月又推出了月又推出了LXI标准标准1.1版本；版

9、本；n 2006年年9月中国成立了月中国成立了LXI总线联合体。总线联合体。181. 3 定义定义191. 3 定义定义201. 3 定义定义21n可以提供多台仪器同步和触发的功能；可以提供多台仪器同步和触发的功能；n带宽可达带宽可达10Gbit/s;n成本较低；成本较低；n无需机箱支持无需机箱支持;n可接受射频、微波等无线信号；可接受射频、微波等无线信号；n设备数量不受限制；设备数量不受限制；n支持的供应商很多；支持的供应商很多；1. 4 LXI总线的优势总线的优势2223 以太网标准以太网标准 (TCP/IP, DHCP, URL / IP addresses, Dynamic DNS,

10、Auto-MDIX)接口标准接口标准 (IVI driver, VXI-11 discovery, Device locking, Security)仪器的网页仪器的网页 (Information, Set-up, control, and data access from a web browser)物理标准物理标准 (IEC sizes, Power, Cooling, Front panel Indicators, Reset button)触发标准触发标准 (LAN triggers, IEEE 1588 time synchronization, Trigger bus)24n可以提

11、供多台仪器同步和触发的功能；可以提供多台仪器同步和触发的功能；n带宽可达带宽可达10Gbit/s;n成本较低；成本较低；n无需机箱支持无需机箱支持;n可接受射频、微波等无线信号；可接受射频、微波等无线信号；n设备数量不受限制；设备数量不受限制；n支持的供应商很多；支持的供应商很多；nLXI 提供远程的仪器的控制、监视和诊断；提供远程的仪器的控制、监视和诊断；nLXI 总线基于总线基于LAN, LAN 是一个开放的工业标准，优点突出；是一个开放的工业标准，优点突出；1. 4 LXI总线的优势总线的优势25nC类：提供类：提供LXI标准的标准的LAN和和Web浏览器接口（不支持浏览器接口（不支持物

12、理触发和物理触发和IEEE1588定时要求）定时要求）;nB类：除类：除C类功能外，支持类功能外，支持IEEE1588定时要求定时要求;nA类：除类：除B类功能外，还支持硬件触发。类功能外，还支持硬件触发。1. 5 LXI总线设备的分类总线设备的分类26n1.制定规范的目的和适用范围；制定规范的目的和适用范围；n2.规定了机架安装和非机架安装设备的机械和电气标准；规定了机架安装和非机架安装设备的机械和电气标准；n3.控制模块和系统的状态序列；控制模块和系统的状态序列；n4.介绍模块至模块消息的数据格式；介绍模块至模块消息的数据格式；n5.用于精度要求较高的场合的相关规范；用于精度要求较高的场合

13、的相关规范；n6.所有所有LXI设备都必须使用设备都必须使用IVI规定的驱动程序；规定的驱动程序；n7.必须使用必须使用802.3规范的以太网，对速度和传输媒介没有限制。规范的以太网，对速度和传输媒介没有限制。1. 6 LXI总线规范总线规范27n8. LXI设备必须支持设备必须支持TCP/IP网络；网络；n9. LXI设备必须能够提供设备必须能够提供HTML Web网页进行配置、网页进行配置、控制、通信；控制、通信；n10. LXI设备必须支持能够用于查找、识别的设备必须支持能够用于查找、识别的VXI-11协议；协议；n11. 安全性安全性规范；规范；n12. 文件文件规范；规范；n13.

14、LXI标记使用规范。标记使用规范。1. 6 LXI总线规范总线规范28第第9次课内容：次课内容： LXI 总线总线1、概述、概述2、物理规范、物理规范3、同步与触发、同步与触发4、LAN通信规范通信规范5、Web接口规范接口规范292. 物理规范物理规范n规定了机架安装和非机架安装设备的机械和电气标准。规定了机架安装和非机架安装设备的机械和电气标准。n全宽度：全宽度：482.6mm（19英寸）英寸）n高度：高度：1U（44.45mm，1.75英寸）英寸） 4U（7英寸）英寸）n特别：规范了半宽度机架安装标准。特别：规范了半宽度机架安装标准。302. 物理规范物理规范31指示灯设置规范指示灯设置

15、规范电源电源LAN状态状态IEEE1588状态状态LED颜色颜色双色（双色（橙橙/绿绿）双色（双色（红红/绿绿）双色（双色（红红/绿绿）水平方向水平方向 左左中中右右垂直方向垂直方向 下下 中中 上上 标记标记POWER（PWR）LAN15882. 物理规范物理规范32电源规范电源规范n推荐：推荐：100V240V、4766Hz交流供电（两相或三相均交流供电（两相或三相均可）。可）。n允许：允许：48V直流供电（隔离的直流供电（隔离的DC输入）；输入）；PoE供电（通供电（通过以太网电缆供电）。过以太网电缆供电）。n电源开关位置推荐：后面板右下角（独立使用）；前面电源开关位置推荐：后面板右下角

16、（独立使用）；前面板右下角（机架安装）。板右下角（机架安装）。2. 物理规范物理规范33连接器（连接器（LAN、触发、触发、I/O）nLAN类型：类型：RJ-45连接器、连接器、M-12型连接器、屏蔽的型连接器、屏蔽的CAT5电缆（在恶劣环境中使用）。电缆（在恶劣环境中使用）。nLAN位置：后面板其他连接器左边。位置：后面板其他连接器左边。n触发总线类型：触发总线类型：25针连接器。针连接器。n触发总线位置：后面板电源连接器右边（从后面看）。触发总线位置：后面板电源连接器右边（从后面看）。nI/O连接器类型：由设备供应商或用户确定。连接器类型：由设备供应商或用户确定。nI/O位置：前面板（允许

17、后面板）。位置：前面板（允许后面板）。2. 物理规范物理规范34第第9次课内容：次课内容： LXI 总线总线1、概述、概述2、物理规范、物理规范3、同步与触发、同步与触发4、LAN通信规范通信规范5、Web接口规范接口规范353. 同步与触发同步与触发n触发触发 启动一个动作的执行，启动一个动作的执行， 如如测量、输出、开关闭合、测量、输出、开关闭合、仪器程序执行等。仪器程序执行等。n同步同步 基于一个共同的时间标准，基于一个共同的时间标准， 对对准多个动作，如测量序列、信准多个动作，如测量序列、信号激励序列、时钟等。号激励序列、时钟等。363. 同步与触发同步与触发GPIB总线设备的触发方式

18、总线设备的触发方式37VXI总线设备的触发方式总线设备的触发方式3. 同步与触发同步与触发38三种同步、触发机制：三种同步、触发机制：nLAN触发；触发；nIEEE1588精密时钟协议触发；精密时钟协议触发；nLXI触发总线触发。触发总线触发。5种同步、触发操作：种同步、触发操作：n来自来自控制器控制器的驱动程序命令；的驱动程序命令；n来自来自另一模块另一模块的的LAN消息；消息；n基于基于IEEE1588时间的触发；时间的触发；n来自来自LXI触发总线触发总线；n其他其他硬件电平硬件电平触发。触发。3.1 LXI设备的同步与触发设备的同步与触发39403.1 LXI设备的同步与触发设备的同步

19、与触发413.1 LXI设备的同步与触发设备的同步与触发423.1 LXI设备的同步与触发设备的同步与触发433.2 模块至模块的通信模块至模块的通信n利用利用UDP多点广播多点广播和和TCP点对点传输点对点传输实现模块至模块时间间实现模块至模块时间间的通信。的通信。n必须能够收听在必须能够收听在LAN上多点广播的上多点广播的UDP事件消息。（响应事件消息。（响应或不响应、发送或不发送）或不响应、发送或不发送）n忽略重复的忽略重复的UDP包接收（保证同步精度）。包接收（保证同步精度）。nC类设备也可利用数据包中时间标志为类设备也可利用数据包中时间标志为“0”的方法实现模块的方法实现模块间通信（

20、退化为间通信（退化为LAN同步）同步）44数据格式（数据格式（UDP）n1. HW检测（检测（3字节）：用于检测是否是字节）：用于检测是否是LXI数据包。当前应设数据包。当前应设值为值为“LXI”，“I”表示版本号，今后可能会变；表示版本号，今后可能会变；n2. 域（域（1字节）：保留。缺省为字节）：保留。缺省为“0”；n3. 事件事件ID（16字节）：表示字节）：表示LXI API定义的事件名（多于定义的事件名（多于16字字节截取前节截取前16字节；少于则补零）；字节；少于则补零）；n4. 序列（序列（4字节）：序列号。每一台仪器都必须有自己的一段序字节）：序列号。每一台仪器都必须有自己的一

21、段序列号，每发送一个数据包列号，每发送一个数据包+1（重复发送的数据包必须具有相同（重复发送的数据包必须具有相同的序列号）；的序列号）；3.2 模块至模块的通信模块至模块的通信45n5. 时间标志（时间标志（10字节）：秒（字节）：秒（4字节）、纳秒（字节）、纳秒（4字节）、字节）、飞秒（飞秒（2字节，保留），符号位用字节，保留），符号位用“纳秒纳秒”最高位表示，最高位表示，n如如+2.000000001表示为：表示为： 秒秒=0 x00000002,纳秒纳秒=0 x00000001；n如如-2.000000001表示为：表示为： 秒秒=0 x00000002,纳秒纳秒=0 x80000001

22、；3.2 模块至模块的通信模块至模块的通信数据格式（数据格式（UDP）46n6. 初始时间（初始时间（2字节）：表示字节）：表示IEEE1588的初始时间。的初始时间。n7. 标志（标志（2字节）：表示数据包的类型，字节）：表示数据包的类型， 位位0：错误信息，为：错误信息，为“1”，表示错误消息；，表示错误消息； 位位1：重发信息，为：重发信息，为“1”，表示重发的数据包；，表示重发的数据包； 位位2：硬件值，为：硬件值，为“1”，表示触发事件的逻辑值；，表示触发事件的逻辑值； 位位3：确认位，为：确认位，为“1”，表示前一个数据包成功接收；，表示前一个数据包成功接收； 位位4位位15：保留

23、，必须设置为：保留，必须设置为“0”。3.2 模块至模块的通信模块至模块的通信数据格式（数据格式（UDP）47n8. 数据（任意字节数，但不能超过数据包容量）：数据（任意字节数，但不能超过数据包容量）：数据长度（数据长度（2字节）：后面的数据长度；字节）：后面的数据长度；标识符（标识符（1字节）：字节）：0127是用户自定义的数据类型，是用户自定义的数据类型，128255是是LXI保留。保留。用户数据（随后的字节）：长度由数据长度字段给出，长用户数据（随后的字节）：长度由数据长度字段给出，长度值不包含度值不包含“标识符字段标识符字段”。n9. 当达到数据长度后遇到当达到数据长度后遇到“0”时，

24、数据包结束。时，数据包结束。3.2 模块至模块的通信模块至模块的通信数据格式（数据格式（UDP）483.3 IEEE1588精密时间协议精密时间协议n在分布式系统提供同步实时时钟；在分布式系统提供同步实时时钟；n通过通过LAN 实现纳秒级的时间同步；实现纳秒级的时间同步；n在工业自动化和电信行业已经得到了广泛的应用；在工业自动化和电信行业已经得到了广泛的应用；n由本地时钟完成触发行为；由本地时钟完成触发行为；n所有所有B类、类、A类类LXI系统至少应包含一个高稳定度的系统至少应包含一个高稳定度的时钟源时钟源（UTC时间基准模块）时间基准模块）n所有所有B类、类、A类类LXI设备都必须包含设备都

25、必须包含IEEE1588主时钟功能主时钟功能，仅支，仅支持持从从时钟功能是不够的。时钟功能是不够的。n推荐推荐IEEE1588设备应能够实现设备应能够实现40ns或更高的时间精度。或更高的时间精度。n对对UTC的可溯源性：的可溯源性：LXI的时间基准应是能够的时间基准应是能够跟踪跟踪UTC的。的。49503.4 LXI的硬件触发的硬件触发n利用硬件触发可启动利用硬件触发可启动LXI设备中的预订动作，例如产设备中的预订动作，例如产生一个信号、进行一次测量或闭合某个开关。生一个信号、进行一次测量或闭合某个开关。n用于需要较高精度、较小等待时间的触发，是对用于需要较高精度、较小等待时间的触发，是对L

26、AN触发的补充。触发的补充。n触发总线由触发总线由8对双绞线组成，连接方式为菊花链、星形对双绞线组成，连接方式为菊花链、星形或混合结构。或混合结构。51菊花链结构菊花链结构3.4 LXI的硬件触发的硬件触发52星形结构星形结构3.4 LXI的硬件触发的硬件触发53混合结构混合结构3.4 LXI的硬件触发的硬件触发54触发电缆与连接器触发电缆与连接器3.4 LXI的硬件触发的硬件触发55硬件触发总线驱动硬件触发总线驱动3.4 LXI的硬件触发的硬件触发56硬件触发硬件触发“线或线或”逻辑逻辑3.4 LXI的硬件触发的硬件触发57第第9次课内容：次课内容： LXI 总线总线1、概述、概述2、物理规范、物理规范3、同步与触发、同步与触发4、LAN通信规范通信规范5、Web接口规范接口规范584. LAN通信规范通信规范594. LAN通信规范通信规范n LXI 设备必须使用合适的设备必须使用合适的IEEE802.x PHY/MAC规范实规范实现以太网。以太网的物理连接必须使用现以太网。以太网的物理连接必须使用IEE