NI虚拟仪器技术在多核/并行测试系统的应用研究

虚拟仪器技术目前已经被广泛应用在测试测量和自动化的各个领域，而众多商用技术的出现，例如PCI Express总线技术、多核技术、FPGA技术等，在通过并行拓扑结构实现更高性能的同时，也在加速推动虚拟仪器技术的发展。而NI全球PXI平台经理Matthew Friedman则认为，以下几方面的趋势将在未来几年中对测试与测量行业产生极大影响。

软件定义的仪器将会增加

Friedman表示：“尽管不同的行业有不同的发展道路，但共同的一点却是用户对自定义的要求愈加普遍，复杂仪器的功能将越来越多地需要依赖于在其内置的软件中进行定义。”

而事实上，许多总线技术却都存在“双高问题”——在提供高带宽的同时，延迟时间也居高不下。PCI Express技术的诞生较好地解决了这一困难，使得虚拟仪器技术可以实现对于数据吞吐率有高要求的应用，例如汽车碰撞测试的高速图像采集或高速数字I/O应用等。

PXI Express不仅保留了PXI的定时和同步等特性、加入了很多新的同步特性，甚至还提供了微分系统时钟、微分信号以及微分星触发等。重要的是，PXI Express混合插槽技术和向后的软件兼容性使工程师可以充分利用已有的开发成果。

多核/并行测试系统大量应用

多内核处理器和多线程处理已成为目前计算领域的主流，必须承认，这对许多习惯于开发单线程应用的工程师来说是一个极大的挑战。正因如此，许多业内人士开始考虑如何在多核的性能优势与传统基于文本的串行编程语言之间寻求平衡。

NI LabVIEW等图形化并行数据流软件，则可以使用户通过采用并行编程构架来编写多线程程序，并映射至多内核架构。“如果程序里有多个并行循环，LabVIEW会自动在多核间分配任务。”朱君介绍，“从单核升级到多核，用户无需改变代码即可享受到多核技术带来的好处。”

以LabVIEW 8.5为例，它以多线程功能为基础，根据可用的内核数量，自动调整线程总数，并提供增强的线程安全驱动程序与链接库，从而提升处理性能，减少使用多核处理器的复杂性。同时，为了解决多内核开发时的调试和最优化程序代码问题，NI还推出了追踪工具组（Trace Toolkit 2.0），能够可视化地显示代码以及各个线程间和执行代码与处理器核间的定时关系。

F1： 总线带宽与延时比较。

支持FPGA的仪器将更为流行

虚拟仪器技术的一个重要特性就是可以使用软件来定制硬件的功能。LabVIEW并行化的编程方式以及图形化的编程环境允许工程师们在无需编写底层VHDL代码的情况下，快速配置FPGA，并实现不同I/O功能的创新。

LabVIEW中的FPGA项目向导功能（FPGA Project Wizard），可自动进行I/O 配置、IP开发、通用I/O的整体设定、计数器/定时器和编码器的应用，还可自动产生更复杂的高速DMA数据传输程序代码。此外，LabVIEW 还提供多信道滤波功能与机器自动化中广泛需要的PID控制函数，从而大幅减少高信道数应用的FPGA资源。目前，NI和其合作伙伴可提供超过60个可应用于LabVIEW FPGA的IP内核和实例。

F2：使用LabVIEW方便实现多线程编程。

层出不穷的无线标准

伴随着通信行业中无线协议的日趋多样化，以及产品功能的日趋集成化，传统测试中一套测试仪器针对一个协议，不同功能采用不同仪器的方法已无法满足灵活性的要求，工程师们面临持续的压力和挑战。

基于这些挑战，测试仪器也正在经历变革，即从功能固定的分立仪器向灵活的基于软件的模块化仪器架构转变。利用软件的自定义功能使得工程师们可以针对不同的协议开发对应的测试程序；而模块化的仪器架构则可以根据不同的功能测试选用不同的模块硬件，在同一个测试平台上灵活地实现测试系统的集成。

F3： 持续增长的无线市场需求

基于模拟的用于SoC/SiP测试自动化测试设备（ATE）

复杂的片上系统和封装系统相比典型的基于矢量的芯片测试而言，需要与测试布置在印刷电路板上元件结合成更为紧密的系统级功能测试系统。基于环境模拟的ATE系统通过整合基于FPGA的硬件，可以为实时响应以及传统ATE系统的标准管脚电路提供相同的接口。

将PXI技术应用在半导体ATE中，可以在现有测试系统中增添新的功能，例如通过标准接口添加测试仪器、以及精确的定时和自定义通信总线到现有ATE。目前，半导体测试联盟（STC）正在评估将PXI作为便携式测试仪器模块（PTIM）的制定平台。此外，还可同时构建验证的平台和专属的生产线测试仪，通过灵活的架构和较小的体积降低成本。例如模拟/混和信号、协议感知（protocol-aware）的待测设备、小规模的数字和直流测试等等。

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