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摩尔定律适用于软件定义的模块化自动测试系统

[日期:2012-09-23] 来源:  作者: [字体: ]

    1965年,Intel的创始人之一戈登"摩尔(GordonMoore)指出,自从1958年集成电路问世以来,集成电路上的元件个数每年翻一番。

    五年后,这个发现被叫做摩尔定律,它以预测元件数每18个月翻一番而闻名。在长达半个世纪的时间里这个定律在每个工业领域给电子器件带来了巨大的性能提升和成本降低。然而,基于传统仪器的自动化测试系统的发展并没有跟上摩尔定律,因此这些系统难以满足成本和性能要求。

 

    相比之下,摩尔定律适用于软件定义的模块化自动测试系统,其尺寸、价格和功耗减少等方面的改进可达10倍以上。然而,如果没有合适的软件与硬件组成相配合的测试系统,那么驾驭最先进的PC处理器,可编程门阵列(FPGAs)、模拟数字转换器(ADCs),以及存储架构也会使得任务变得复杂。NI认识到了这个挑战,不断改进设计出一个完整的平台以使用最先进的基于PC的技术,同时保证快速的系统开发和系统的稳定性。总的来说,NI相信有四个必要的模块来帮助工程师们达到摩尔定律用于测试的目标:它们是图形化系统测试软件、PXI模块化设备,基于FPGA的可重配置IO,以及集成的定时和同步。

    表格1.自1997年引入PXI以来,摩尔定律给基于PXI的模块化设备造成了重大的影响

    1.图形化系统设计软件

    系统级的复杂软件以及硬件的抽象对于应用摩尔定律来说至关重要。NI在1986年发布了LabVIEW软件用以提供关于使用PC机以及传统盒形设备的仪器控制应用的系统级抽象。LabVIEW的独特能力在于其图形化的表述方式以及前面板,用户界面控制,变量和应用程序里数据流之间的联系。这些基本元素今天在LabVIEW2010中依然存在而且超过8000种仪器驱动在NI设备驱动网站上可以下载到(ni.com/idnet)。

    如今,在测试系统中加入最新的商业可用的技术比仪器控制要复杂很多。多核编程,基于FPGA的设备,实时操作系统,点对点数据传输,模块化测试,高速流盘的独立冗余磁盘阵列的(RAID)存储方法,这些只是LabVIEW帮助工业领域简化流程并优化性能的部分例子。与传统的文本编程语言不同,LabVIEW往往用来为科学家和工程师服务以帮助他们在其自动测试系统中应用最新的商业技术。包括内置的硬件连接库函数,先进的分析和报表工具,以及3D用户界面开发,NI在LabVIEW上的不断投入帮助你以最小的耗费来赶上摩尔测试定律的步伐。

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图1.NILabVIEW图形化系统设计软件提供了诸如多核优化,定时循环结构等特性,以赶上由于摩尔定律所带来的的COTS产品在性能上的提升

    2.PXI模块化仪器

    创建自动化测试系统用以验证最新型的电子设备的性能和质量需要高性能的测试仪器,数据总线,数据存储解决方案以一种紧凑和可靠的方式结合起来。NI在1997年引入PXI来满足这些需求并且跟随摩尔定律的步伐来衍进这些设备。举个例子,1998年售出的第一套PXI系统具有233MHz的奔腾处理器和128MB的RAM。今天的PXI系统具有INTEL的四核第七代处理器和高达8GB的RAM。这表示了在相同的框架因素下至少134倍的GFLOPS处理性能提升。一个额外的优点是这些系统仍然是后向兼容的。这并不是通过偶然因素,而是通过设计来实现的。因为并入COTS技术的PXI系统特性强调了长期的后向兼容性以及升级能力。现在成功采用开放PXI标准的使得目前已部署多达100,000PXI测试系统;以及由50个不同的供应商提供的多达600,000个安装的模块。这个等级的内在操作性以及多达1500个PXI产品使您可以基于这个开放的工业平台,将来自摩尔定律的创新结合起来并成功地用于自动化测试。

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图2.NIPXIe-56306GHz的矢量网络分析仪的性能特点就是摩尔定律在测试领域例子

    3.基于FPGA的可重配置I/O

    在多核处理器已经维持摩尔定律去克服由于在3GB以上的处理器时钟频率而带来的能量和热量挑战,进而使得处理器处理能力存在的下滑的可能的同时,FPGA是另一种下一代的用于自动化测试的重要处理器内核。事实上对自动化测试系统而言,FPGA相比PC处理器可以达到更高的频率和处理性能。自从2003年NI引进第一款R系列的产品以来,其在提供给科学家和工程师用户可配置的FPGA的能力方面一直是个领导者。NI提供了多种FPGA架构和形式特点:R系列和ComPACtRIO硬件以及具有用户可定义的前端适配模块架构的NIFlexRIO仪器平台,。可以预见,NI已经演示了下一代LabVIEW系统设计工具,其通过在图形化系统上简单地拖拽代码可以快速地把LabVIEW代码应用在多种硬件目标上。如此简单和方便的解决方法可以帮助您在测试系统上赶上摩尔定律。

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图3.NIFlexRIO体现了软件定义和模块化设备的特点,并通过提供一个开放的,可使用LabVIEW编程的板载FPGA的,以及标准的、用户可自定义的前端适配器模块,达到最高的性能和灵活性

    4.集成的定时和同步设备

    在自动化测试系统中可以让摩尔定律发挥最大优势必要技术是集成的定时和同步。软硬件结合的自动化测试设备需要精确地设备握手,协议同步和实时操作的系统以简单并且准确地表述软硬件定时。

    在自动化测试系统中可以让摩尔定律发挥最大优势必要技术是集成的定时和同步。软硬件结合的自动化测试设备需要精确地设备握手,协议同步和实时操作的系统以简单并且准确地表述软硬件定时。

    与之类似,PXI也为模块化仪器提供了集成的定时和同步功能—这可以在LabVIEW中使能。PXI机箱包括了高性能的背板,其包含了PCI和PCI高速总线以及定时核和触发总线,如精确的10MHz以及100MHZ的系统参考时钟,PXI触发总线,以及用于高级定时、同步和边频带通信需求的星型触发总线。

    2010年以后的摩尔定律

    英特尔的专家律计算出计算机的性能根据摩尔定律在2010以后的10年还会提升,部分专家预见纳米线架构和量子计算甚至会比摩尔定律更快地加速计算速度。NI已经准备好,并通过提供最完全的软件定义的设备系统来帮助您确保您的测试策略可以最大程度地利用摩尔定律的益处来满足你所有的测试需要。


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