测试测量技术发展趋势

作者：徐赟, 技术市场工程师, NI 中国分公司

      30多年来，作为测试测量行业的创新者和虚拟仪器技术的领导者，National Instruments一直致力于为工程师和科学家们提供一个通用的软硬件平台，用于科技应用和工程创新。伴随着测试需求的多样化和复杂化，这种以软件为核心的测试策略正逐渐成为行业主流的技术，并得到广泛的应用，在提高效率的同时降低测试成本。在新兴商业技术不断涌现的今天和未来，测试测量行业正呈现出五个重要的发展方向。

趋势一：软件定义的仪器系统成为主流

      如今的电子产品(像iPhone和Wii等)已越来越依重于软件去定义产品的功能。同样的，在产品设计和客户需求日益复杂的今天，用于测试测量的仪器系统也朝着以软件为核心的模块化方向发展，使得用户能够更快更灵活的将测试集成到设计过程中去，进一步减少了开发时间。

     通过软件定义模块化硬件的功能，用户可以快速实现不同的测试功能，并应用定制数据分析算法和创建自定义的用户界面。相比于传统仪器固定的功能限制和只是“测试结果”的呈现，以软件为核心的模块化仪器系统能够赋予用户更多的主动权，甚至将自主的知识产权(IP)应用到测试系统中。(见图1)

      在业界，被认为是最保守的客户之一的美国国防部在2002年向国会提交的报告中指出下一代测试系统(NxTest)必须是基于现成可用商业技术(COTS)的模块化的硬件，并同时强调了软件的能动作用。最新的合成仪器(Synthetic Instrumentation)的概念也无非是经过重新包装的虚拟仪器技术，将软件的开放性和硬件的模块化重新结合在了一起。

      在媒体界,《电子系统设计》杂志的编辑Louis Frenzel先生在他最近关于测试行业趋势的文章(Synthetic Instrumentation No Longer A Test Case)中也再次肯定了虚拟仪器技术对于测试测量行业的革新作用以及软件定义仪器的发展方向。

图1：以软件为核心的模块化系统参考架构

趋势二：多核/并行测试带来机遇和挑战

      多核时代的来临已成为不可避免的发展趋势，双核乃至八核的商用PC现在已随处可见。得益于PC架构的软件定义的仪器，用户可以在第一时间享受到多核处理器为自动化测试应用带来的巨大性能提升。

      要充分发挥多核的性能优势，就必须创建多线程的应用程序，例如我们可以将自动化测试程序的数据采集、数据分析、数据记录乃至用户界面部分创建不同的线程，从而分配到不同的核上并行的运行。不过，这样并行的开发理念使得习惯于传统串行开发方式的工程师难以适应，尤其是当核的数目越来越多……

      挑战和机遇往往是并存的，作为图形化语言的代表，LabVIEW在设计当初就考虑到了并行处理的需求，从LabVIEW 5.0开始支持多线程到现在已有10多年的历史。可以毫不夸张地说，天生并行的LabVIEW就是这样一种驰骋多核技术时代的编程语言，通过自动的程序多线程化(见图2)，开发人员可以无需考虑底层的实现机制，就可以高效地享用多核技术所带来的益处。

      无论是欧南天文台极大望远镜高达2700万次乘加运算的镜面控制，到Tokamak核聚变装置的实时处理运算，还是NASA的飞机安全性测试和TORC汽车控制快速原型设计，LabVIEW多核技术都为这些应用带来了巨大的性能和吞吐量的提升，随着多核技术的进一步发展，提升的幅度将更为可观。

                                        图2：LabVIEW中的自动多线程和并行的数据流编程

趋势三：基于FPGA的自定义仪器将更为流行

       随着设计和测试的要求越来越高，FPGA(现场可编程门阵列)技术正逐渐被引入到最新的模块化仪器中，这也就是我们所说的基于FPGA的自定义仪器。

       FPGA的高性能和可重复配置特性一直是硬件设计工程师们的最爱，而对于测试工程师而言，又何尝不想拥有硬件级的确定性和并行性呢？像诸如实时系统仿真、高速内存测试等应用都需要用到FPGA来确保响应的实时性和高速的数据流入和流出，FPGA的IP核更是可以为工程师植入自主知识产权的算法提供契机。然而，苦于对硬件设计知识的缺乏和对VHDL或Verilog语言编程的恐惧，许多测试工程师对于FPGA技术望而却步。

      现在，NI提供的R系列数据采集和FlexRIO产品家族将高性能的FPGA集成到现成可用的I/O 板卡上，供用户根据应用进行定制和重复配置，同时配合LabVIEW FPGA直观方便的图形化编程，用户能够在无需编写底层VHDL代码的情况下，快速地配置和编程FPGA的功能，用于自动化测试和控制应用。(见图3)

      前段时间，欧洲核子研究中心(CERN)为世界最强大的粒子加速度器——大型强子对撞机(LHC)配备了超过120套带有可重复配置I/O模块的NI PXI系统，用于控制瞄准仪的运动轨迹和监测其实时位置，从而确保粒子在既定的路径中运作。为了保证极高的可靠性和精确性，FPGA成为其必备的测试和控制技术。

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