2009測試測量行業(yè)發(fā)展趨勢

如今的全球經(jīng)濟狀況對于測量效率和測試成本提出了更為嚴格的要求，測試測量工程師面臨的挑戰(zhàn)將是如何尋找更為高效的測試方法。30多年來，作為全球測試測量行業(yè)的領導者，National Instruments（簡稱NI）一直致力于為工程師和科學家們提供一個通用的軟硬件平臺，用于科技應用和工程創(chuàng)新。伴隨著測試需求的多樣化和復雜化，軟件定義的儀器系統(tǒng)的廣泛應用已成為測試測量行業(yè)最重要的發(fā)展趨勢和主流技術(shù)，幫助用戶在提高效率的同時降低測試成本。伴隨著軟件為核心的測試理念，在新興商業(yè)技術(shù)不斷涌現(xiàn)的今天，測試測量行業(yè)也正呈現(xiàn)出五個重要的發(fā)展趨勢。

趨勢一：軟件定義的儀器系統(tǒng)成為主流

現(xiàn)在的電子產(chǎn)品（像iPhone和Wii等）已越來越依重于軟件去定義產(chǎn)品的功能。同樣的，在產(chǎn)品設計和客戶需求日益復雜的今天，用于測試測量的儀器系統(tǒng)也朝著以軟件為核心的模塊化方向發(fā)展，通過整合通用的模塊化硬件和自定義的軟件處理，使得用戶能夠更快更靈活的配置測試系統(tǒng)，并滿足不斷改變的測試需求。

通過軟件定義模塊化硬件的功能，用戶可以快速實現(xiàn)不同的測試功能，并應用定制數(shù)據(jù)分析算法和創(chuàng)建自定義的用戶界面。相比于傳統(tǒng)儀器固定的功

能限制和只是“測試結(jié)果”的呈現(xiàn)，以軟件為核心的模塊化儀器系統(tǒng)能夠賦予用戶更多的主動權(quán)，甚至將自主的知識產(chǎn)權(quán)(IP)應用到測試系統(tǒng)中。

在業(yè)界，被認為是最保守的客戶之一的美國國防部在2002年向國會提交的報告中指出下一代測試系統(tǒng)（NxTest）必須是基于現(xiàn)成可用商業(yè)技術(shù)（COTS）的模塊化的硬件，并同時強調(diào)了軟件的能動作用。最新的合成儀器（Synthetic Instrumentation）的概念也無非是經(jīng)過重新包裝的虛擬儀器技術(shù)，將軟件的開放性和硬件的模塊化重新結(jié)合在了一起。

在媒體界，《電子系統(tǒng)設計》雜志的編輯Louis Frenzel先生在他最近關(guān)于測試行業(yè)趨勢的文章（Synthetic Instrumentation No Longer A Test Case）中也再次肯定了虛擬儀器技術(shù)對于測試測量行業(yè)的革新作用以及軟件定義儀器的發(fā)展方向。

如今，數(shù)以千計的公司正采用以軟件為核心的模塊化的系統(tǒng)架構(gòu)為標準（見圖1）構(gòu)建儀器系統(tǒng)。根據(jù)PXI系統(tǒng)聯(lián)盟（PXISA）的統(tǒng)計，到2009年末，將有超過100,000臺PXI系統(tǒng)應用于各大項目；預計到2014年，PXI在測量與自動化領域的營利將有望保持每年17.6%的復合增長率（CAGR）。

圖1：以軟件為核心的模塊化系統(tǒng)參考架構(gòu)

趨勢二：多核/并行測試帶來機遇和挑戰(zhàn)

多核時代的來臨已成為不可避免的發(fā)展趨勢，雙核乃至八核的商用PC現(xiàn)在已隨處可見。得益于軟件定義的儀器系統(tǒng)，用戶可以在第一時間享受到多核處理器為自動化測試應用帶來的巨大性能提升。

要充分發(fā)揮多核的性能優(yōu)勢，就必須創(chuàng)建多線程的應用程序，例如我們可以將自動化測試程序的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)記錄乃至用戶界面部分創(chuàng)建不同的線程，從而分配到不同的核上并行的運行。不過，這樣并行的開發(fā)理念使得習慣于傳統(tǒng)串行開發(fā)方式的工程師難以適應，尤其是當核的數(shù)目越來越多……

挑戰(zhàn)和機遇往往是并存的，作為圖形化語言的代表，Labview在設計當初就考慮到了并行處理的需求，從LabVIEW 5.0開始支持多線程到現(xiàn)在已有10多年的歷史。可以毫不夸張地說，天生并行的LabVIEW就是這樣一種馳騁多核技術(shù)時代的編程語言，通過自動的程序多線程化（見圖2），開發(fā)人員可以無需考慮底層的實現(xiàn)機制，就可以高效地享用多核技術(shù)所帶來的益處。

無論是歐南天文臺極大望遠鏡高達2700萬次乘加運算的鏡面控制，到Tokamak核聚變裝置的實時處理運算，還是NASA的飛機安全性測試和TORC汽車控制快速原型設計，LabVIEW多核技術(shù)都為這些應用帶來了巨大的性能和吞吐量的提升，隨著多核技術(shù)的進一步發(fā)展，提升的幅度將更為可觀。

圖2：LabVIEW中的自動多線程和并行的數(shù)據(jù)流編程

趨勢三：基于FPGA的自定義儀器將更為流行

隨著設計和測試的融合越來越緊密，人們對于測試的確定性、實時性和靈活性的要求也越來越高，F(xiàn)PGA（現(xiàn)場可編程門陣列）技術(shù)正逐漸被引入到最新的模塊化儀器系統(tǒng)中，這也就是我們所說的基于FPGA的自定義儀器。

FPGA的高性能和可重復配置特性一直是硬件設計工程師們的最愛，而對于測試工程師而言，又何嘗不想擁有硬件級的確定性和并行性呢？像諸如實時系統(tǒng)仿真、高速內(nèi)存測試等應用都需要用到FPGA來確保響應的實時性和高速的數(shù)據(jù)流入和流出，F(xiàn)PGA的IP核更是可以為工程師植入自主知識產(chǎn)權(quán)的算法提供契機。然而，苦于對硬件設計知識的缺乏和對VHDL或Verilog語言編程的恐懼，許多測試工程師對于FPGA技術(shù)望而卻步。

現(xiàn)在，NI提供的R系列數(shù)據(jù)采集卡和FlexRIO產(chǎn)品家