USBTMC如何影响测试测量工业？

2002年末，USBTMC（Universal Serial Bus Test & Measurement Class，通用串行总线测试与测量级）规范出台。随着USBTMC仪器上市，许多人可能对这种新协议如何影响测试测量工业产生疑惑。制造商如今拥有了在它们的仪器内包含 USB的选择。同样，测试工程师能够使用USB作为研制自动测试系统的框架，配有IEEE-488/ GPIB、 PCI、 PXI和以太网。


　　但是，USBTMC将震撼整个测试测量工业并且改变已有的做法吗？
　　软件是关键
　　20年前，当GPIB是唯一可用的测试测量总线时，大多数人采用GPIB专用调用编写测试应用。当引入一条新总线时，工程师不仅得学习其特性，而且还要学习新的通信协议和编程方法。
　　后来，国家仪器公司与GenRad、Racal Instruments、Tektronix及Wavetek等公司在1993年创立了VXIplug&play Systems联盟。1995年，VXIplug&play Systems联盟定义了 VISA，即虚拟仪器软件结构。它赋予了测试工程师观察仪器控制的崭新方法。通过提炼总线之间的差异，合并总线协议，并提供统一的应用编程接口（API）来与测试设备进行通信，不用考虑通信总线，VISA改变了仪器控制和测试工业。

　　不再有复杂的排列
　　通过合并VISA技术，仪器驱动器——专注于仪器功能性而不是仪器通信——成为与测试设备通信的方式。测试应用不再被迫构建仪器所接受的用于配置的复杂排列。相反，应用有望令仪器驱动器来配置仪器并创建合适的排列。由于VISA技术被应用于仪器驱动器，同样的仪器驱动器与仪器协同工作，而不用考虑通信总线。
　　正因为这些好处，VISA如今已成为仪器通信的测试测量标准。它受到所有主要仪器供应商的支持。它还包含对所有主要仪器总线的支持，如GPIB、串行、以太网、USB和VXI。此外，国家仪器公司实现的VISA还包含对PXI仪器的支持。
　　符合VXIplug&play 或 IVI （可互换虚拟仪器）仪器驱动器标准的仪器驱动器通常需要将VISA作为根本的I/O传输来使用。1996年，国家仪器公司研制出仪器驱动器网络。该网络令测试工程师能在线发现他们所需要的驱动器，下载，然后立即将其集成到他们的应用中。网上目前有面向4000多种仪器的仪器驱动器。
　　获得合适的仪器
　　由于VISA和仪器驱动器，测试工程师不需要在编写程序连接仪器时担心使用何种总线。但有一点要注意。工程师需要使用合适的仪器。由于一个标准VISA仪器session （也称为INSTR session）采用工业标准协议通信，为了与以太网仪器通信，你需要使用一个符合TCP/IP仪器协议规范的仪器（也称为VXI-11）。
　　一些仪器制造商采用专有的以太网协议与它们的仪器通信。当心这些仪器，因为复用通信代码或必要时替代该仪器将很困难。同样也需当心USB仪器。VISA支持工业标准USBTMC和USBTMC-USB488协议。不属于其中一类的USB仪器编程可能与其GPIB格式的有所不同。最佳的仪器具有多总线选择，并且遵循VISA支持的工业标准协议。
　　多总线协同
　　GPIB、以太网和USB均为可行的总线选择，而且每一个均有其优缺点。测试工程师的艰巨任务是，对于给定的应用，确定何种总线最好。
　　例如，GPIB风行30多年；当今超过90%的测试测量仪器提供GPIB通信选择。这是因为，对于大多数仪器控制应用，GPIB仍然是极好的选择。它的首字节延迟非常低，因此包含大多数为小传输的仪器控制应用在GPIB下往往比其它任何一种总线速度更快。它还有鲁棒性强的连接头、屏蔽良好的电缆和完全以硬件处理的协议，使高质量的GPIB仪器能被轻而易举地研制出来。然而，GPIB电缆可能很大，而且笨重，总吞吐量为1.5MB/s （或12Mbps），因此大量数据传输可能比其它总线效率低。支持IEEE-488.1-2003非内锁握手协议的仪器能将速率增加到8MB/s （64Mbps），从而使大量数据传输更为有效。
　　作为对比，USB和以太网的首字节延迟很高，使少量传输效率较低。然而，USB带宽为480Mbps（考虑协议和总线overhead，实际约400Mbps），在移动大块数据时非常有效。
　　此外，USB的可用性使其对仪器便携性非常重要的桌面应用充满吸引力。国家仪器公司有一篇论文载于网站上，标题为“仪器控制和连接内的新型总线技术”，探讨了多总线协同。
　　多总线测试系统
　　一个测试系统包含一个或多个采用GPIB、VXI、PXI、以太网或串行总线进行通信的仪器。随着更多测试测量总线问世，单总线测试系统将会被多总线测试系统所取代。多总线测试系统的优势在于它让测试工程师将仪器连接到最匹配其特性的总线上。比如，你能利用GPIB仪器来做大部分工作，以太网仪器在测试系统间共享，USB仪器处理大量数据组。
　　除了这些通用的基于信息的仪器总线，你能集成基于寄存器的仪器总线，如VXI和PXI。基于寄存器的总线与String不通信，因此没有分解（parsing）的费用。
　　此外，这些基于寄存器的总线延迟低，带宽大。例如PXI的延迟在亚微秒级，带宽超过1Gbps。
　　幸运的是，所有这些仪器能用采用VISA通信的仪器驱动器来控制，不用担心背后的协议。
　　因此，让我们回到最初的问题：USBTMC将震撼整个测试测量工业，并改变常规做法吗？
　　答案：不完全是。
　　每种总线有其优点，使用何种总线应该基于你的应用。自从出现了USBTMC-USB488仪器，测试工程师如今在仪器连接性方面有了另外一个选择，使他们只需对测试设置进行小许改动就能利用USB的独特特性。然而，这仅是数年前研制出的测试系统的少许进步。
　　由于灵活性，测试工程师应该寻找支持多通信总线的仪器。此外，使用能与工业标准协议通信的仪器，并且有一个基于VISA的仪器驱动器，使你具备一大优势，即你的代码工作如常，不管你选择何种总线。