LXI: Unendliche Weiten

LXI wurde 2004 von Agilent Technologies und VXI Technology gegründet. Was bei den bislang verfügbaren LAN-basierten Messgeräten bis dato fehlte, war ein einheitlicher Standard für Testsysteme aus Komponenten verschiedener Hersteller – diese Lücke füllte der LXI-Standard. LXI ergänzt die Basistechnologie Ethernet durch die Definition einheitlicher Konzepte für Konfiguration, Triggerung, interaktive Bedienung und automatisierte Steuerung der Geräte. Das LXI-Konsortium ist mittlerweile auf rund 60 Mitglieder gewachsen. Neben den Geräteherstellern finden sich auch Dienstleister und Universitäten. Das aktuelle Angebot umfasst etwa 1500 Geräte aus allen Bereichen der Messtechnik.

LXI-basiertes HF-Testsystem LXInstruments

Vorteile von LXI

LXI vereint einzigartig die Vorteile von Einzelgeräten (einfache Bedienbarkeit, garantierte Leistung durch in sich geschlossene Einheiten) mit denen herkömmlicher Einschubsysteme (einfache Integration von Elementen verschiedener Hersteller, Triggermöglichkeiten etc.). Wichtige Vorteile sind:

• Hohe Bandbreite. Mit GBit-Ethernet lassen sich über 100 MB/s zwischen den Systemkomponenten übertragen, was für die meisten Anwendungen mehr als ausreicht.
• Geringe Kosten. Sowohl für Gerätehersteller als auch für Benutzer kann Ethernet die Kosten reduzieren. Wegen seiner weiten Verbreitung sind für Ethernet Chipsätze, Kabel, Switches und Treiber günstig verfügbar.
• Eignung für verteilte Anwendungen. Mit Ethernet lassen sich auch große Strecken einfach überwinden.
• Einfache Bedienbarkeit. Über eingebaute Web-Server lassen sich die Geräte konfigurieren und meist komplett bedienen. Viele Geräte bieten über ihre Website zusätzliche Tools für die Fehlersuche.
• Triggermöglichkeiten. Geräte der Klassen A und B lassen sich über das Precision Time Protocol (PTP, IEEE-1588) synchronisieren, was neue Möglichkeiten der zeitbasierten Triggerung und die genaue Korrelation von Messergebnissen und asynchronen Events ermöglicht. Klasse A – Geräte verfügen zusätzlich über einen M-LVDS-Triggerbus für die schnelle, asynchrone Triggerung der Systemkomponenten untereinander.
• Plattformunabhängigkeit. LXI-basierte Geräte lassen sich mit geringem Aufwand auch direkt programmieren (ohne Gerätetreiber und I/O-Bibliothek). Die dafür nötigen Fähigkeiten stellt jedes moderne Betriebssystem zur Verfügung.

Die Stärke von LXI liegt in seiner Vielseitigkeit. Zwar bieten andere Standards in einzelnen Aspekten höhere Leistung; so bietet PCI-Express zum Beispiel höhere Datenübertragungsraten als Gigabit-Ethernet. Für die meisten Anwendungen bietet LXI einen ausgewogenen Kompromiss zwischen Leistung, Kosten und Effizienz bei der Inbetriebnahme und Integration der Geräte.

Der LXI-Ansatz

Jede Interface-Architektur gibt auch einen naheliegenden Ansatz für die Implementierung des Geräts oder Testsystems vor. Bei PXI ist es üblich, die Verarbeitung der Rohdaten über den Gerätetreiber oder die Applikation im Steuerrechner vorzunehmen und die PXI-Karte im Hinblick auf die Datenverarbeitung einfach zu gestalten.

LXI dagegen stattet die Geräte mit einem Controller aus, der LAN-Kommunikation, Web-Server und mehr verwaltet. Warum soll dessen günstig verfügbare Rechenleistung nicht für die Verarbeitung der Rohdaten verwendet werden?

Bild 1: Überblick über die LXI Firmware.LXInstruments

Das Gerät wird zu einer selbstständigen Einheit, deren Leistung vom Hersteller gegebenenfalls mit der Verarbeitung der Daten spezifiziert wird. Der Benutzer kann sich somit auf die Leistung verlassen, unabhängig von Gerätetreiber, Toolkits, Rechner und Betriebssystem.

Basisanforderungen

Das Ziel von LXI ist es, die Interoperabilität der Geräte sicherzustellen und dem Benutzer einen einheitlichen Look & Feel zu bieten. Neben Status-LEDs und LAN-Reset-Knopf müssen im Gerät folgende Elemente bereitgestellt werden:

• Web-Server. Die Website muss Zugriff auf LAN-Konfiguration und elementare Statusinformationen erlauben. Viele Hersteller ermöglichen zusätzlich die Gerätebedienung, Firmware-Upgrades, das Nachladen von Lizenzen für zusätzliche Geräteoptionen, etc.
• Gerätesteuerung über das VXI-11-Protokoll. Dieses Protokoll muss zumindest für die Abfrage der Gerätekennung implementiert werden, viele Hersteller verwenden es für die komplette Gerätesteuerung. Alternativ kann diese auch über TCP-Sockets erfolgen, was effizienter ist als das RPC-basierte VXI-11.
• mDNS. Dieses Protokoll ist Teil der zeroconf-Mechanismen, die die LAN-Konfiguration der Geräte stark vereinfachen. Über mDNS kann der Steuerrechner die IP-Adresse eines Geräts, basierend auf dem Namen, ohne DNS Server automatisch ermitteln . Die LXI-Geräte beantworten dazu entsprechende Multicast-Anfragen nach ihrer aktuellen IP-Adresse.

Zusätzlich schreibt der Standard vor, dass der Hersteller einen IVI-Gerätetreiber als Alternative zu direkten Gerätekommandos liefern muss.

Die Stunde von Linux

Der Schritt zu LXI bedeutet in vielen Fällen auch den Schritt zu einem Embedded Controller mit vollwertigem Betriebssystem. Ähnlich wie in der Welt der Smart-Phones, greifen Hersteller hier verstärkt zu Linux, was folgende Vorteile bietet:

• Freie Verfügbarkeit. Linux ist kostenfrei und im Quelltext verfügbar. Auch wenn der Quelltext in der Regel seltenst geändert werden muss, so bedeutet diese Möglichkeit doch Zukunftssicherheit. Linux kann niemand abkündigen!
• Flexibilität. Wie kein anderes Betriebssystem, lässt sich Linux an die speziellen Bedürfnisse der Embedded-Anwendung anpassen. Linux bootet von wenigen MByte im Flash-Speicher in wenigen Sekunden und unterstützt alle erforderlichen Protokolle.
• Tool-Chain-Unterstützung. Für die gängigen Prozessoren sind professionelle Tool-Chains frei verfügbar.

Der Weg zum zertifizierten Gerät

LXinstruments ist seit vielen Jahren Mitglied im LXI-Konsortium. Die Firma hat sich als der LXI-Spezialist unter den Systemintegratoren einen Namen gemacht und hat bereits eine Reihe von Produkten zertifiziert. Sie bietet für LXI-Produkte, neben Embedded Controller-Lösungen, einen fertigen Software-Baukasten zur Anbindung an bestehende oder neue Messtechnik an.

Bild 2: Das bereits zertifizierte LXI-(K)it von LXInstruments macht Anwendermessgeräte LXI-fähig.LXInstruments

Typische Elemente dieses Baukastens finden sich in den meisten LXI-Geräten wieder:

• I/O-Module für Socket- und VXI-11-Kommunikation. Über diese Module nimmt das Gerät I/O-Kommandos meist im lesbaren SCPI-Format entgegen und gibt sie an den Parser weiter.
• SCPI-Parser. Der SCPI-Parser interpretiert die Gerätekommandos. Nach Prüfung der Parameter ruft der Parser die entsprechende Gerätefunktion auf. Er verarbeitet viele LXI-Basisbefehle bereits selbstständig, wie beispielsweise für LAN-Konfiguration, Status- und Fehlerabfrage.
• LXI-konforme, erweiterbare Website. Sie stellt die vom LXI-Standard geforderten Fähigkeiten zur Verfügung und unterstützt das Nachladen und Updaten der Firmware.
• Lizensierungsmechanismus. Über die Eingabe von Lizenz-Schlüsseln kann der Gerätehersteller Gerätefunktionen getrennt lizensieren. Die Lizenzschlüssel sind typischerweise an die Hardware des Embedded Controllers gebunden.
• Triggersubsystem. Bei Geräten der LXI-Klasse A und B implementiert dieses Subsystem einen Hardware-Triggerbus bzw. die Triggerung über PTP. Dies setzt entsprechende Hardware-Erweiterungen des Embedded Controllers voraus. 

(jj)