AXIe 模块化测试标准

　　技术背景

　　2009 年 11 月，安捷伦科技有限公司、艾法斯公司和 Test Evolution 公司联合成立 AXIe 联盟，旨在开发和推广 AXIe 系列标准。此后又有五家公司加入 AXIe 联盟，它们分别是：Giga-tronics、ADLINK(凌华)科技公司、Advanced Testing Technologies(先进测试科技公司)、Guzik Technical Enterprises(Guzik 科技公司)和泰科电子。2010 年 6 月，AXIe 联盟发布了 AXIe 1.0 基础体系结构标准和 AXIe 3.1 半导体测试扩展技术。

　　AXIe 兼容 PXI 。它在制定之初参考了 AdvancedTCA、PXI 、LXI 和IVI等现有的标准，是一个以 AdvancedTCA为基础的开放式标准，其目标是创建一个由各种元器件、产品和系统组成的生态系统，推动通用仪器和半导体测试的发展。AXIe 标准可提供最大的可扩展性，满足各种平台的需求，包括通用机架堆叠式系统、模块化系统、半导体 ATE 系统，以及工作台和模块插件。

　　为何要再建立一个模块化测试标准?

　　AXIe 可为仪器设计师提供一系列重要优势，使其能够满足许多新数据采集和控制应用以及下一代电子产品测试的要求。AXIe 能够充分地利用机架空间，提供更高的性能、更强大的可扩展性、更出色的模块性和灵活性，可轻松与 PXI、LXI 和 IVI 进行集成并显著减少开发和部件的成本。AXIe 包括 PCIe(PCI Express)和 LAN 两种接口，是 LXI 和 PXI 标准的最佳补充。AXIe 仪器与虚拟 PXI 或 LXI 仪器比较相似，可无缝集成在系统里并提供很高的性能。

　　AdvancedTCA PICMG 3.0 标准作为 AXIe 标准的基础，是一种证明过的采用大型电路板的开放式系统体系结构，对高性能仪器来说无疑是一个理想选择。该电路板尺寸适合平面(单板)仪器设计，因此无论水平配置还是垂直配置均可充分利用机架空间。采用水平配置可以极大降低机箱高度，因为大型电路板可以插入机架之中，最充分地利用仪器前面板空间，降低因为将大型设计分解到多个电路板上而产生的互连开销。

　　AXIe 的高可扩展性

　　AXIe 具有较高的可扩展性，用户可以使用 1 至 14 个插槽和 1 个或多个机箱来集成仪器，甚至可以通过适配器使用嵌入式 PXI 或 CompactPCI 模块来集成仪器。AdvancedTCA 同时也可提供单轨功率管理和强大的散热功能，是大功率应用的理想选择。ATCA 支持 LAN 和 PCIe 数据光纤架构，可用于虚拟 LXI 和 PXI 设计。“智能平台管理界面(IPMI)”提供了强大的系统管理功能，使用户可以对单机箱系统和多机箱系统进行控制。AXIe 标准还提供了多种扩展功能，包括信号 I/O、定制背板、液体散热等，支持仪器在未来进行扩展。

　　AXIe标准结构

　　AXIe是一种分层体系结构，建立在 AdvancedTCA 标准(PICMG 3.0 和 3.4)的基础上，可提供大型电路板、LAN、PCIe 和系统管理等特性。基于 AdvancedTCA 的 AXIe 1.0 标准适用于通用仪器，并添加了核心触发功能、定时功能和高速本地总线。AXIe 1.0 是在背板 1 区和 2 区连接器上实现上述功能的，无需指定后面板连接器或使用模块或背板 3 区的接口。 AXIe 1.0 还可针对特定应用领域进行扩展设计，例如半导体测试(AXIe 3.1)，并可包括关于模块后面板连接的规定。模块后面板连接可使用 AdvancedTCA 3 区的接口。扩展后的标准可称为 AXIe 3.n， 其中 n = 1、2、3 等。

　　AXIe 仪器可在典型的机架堆叠式配置中与基于现有标准 PXI、LXI 和 IVI 的仪器实现集成。例如，PXI 仪器能够在机架中垂直安装并使用机架式安装、嵌入式或台式控制器。在同一机架中水平安装的 AXIe 模块可作为虚拟 PXI 或 LXI 仪器使用。机架中还可添加 LXI 综合仪器。

　　基于 PCIe 的 AXIe 仪器模块可像 PCIe 硬件器件一样充当控制计算机，其工作方式与 PXI 仪器模块一样。基于 LAN 的 AXIe 仪器模块可像网络节点一样充当控制计算机，其工作方式与 LXI 仪器相同。所有这些仪器均能使用符合 IVI 标准、可在所有应用程序开发环境中运行的驱动程序。

　　AXIe通过 PICMG3.0 AdvancedTCA 标准可使用背板 1 区连接器上的机械接口、功率接口和智能平台管理接口(IPMI)。AXIe还可提供单星型 AdvancedTCA 基础接口千兆位以太网，并利用PICMG3.4 标准在双星型 2 区光纤上传输高速低时延 PCIe 信令。PCIe 100 MHz 时钟由 J20 上的 AdvancedTCA 时钟对定义。AXIe 系统模块安装在逻辑插槽 1 上，仪器或外设模块安装在集线器/节点插槽 2 和节点插槽 3 到 14 上。

　　AdvancedTCA充分利用了宽电信设备机架中的可用空间，支持一个机箱背板上最多有 16 个模块插槽。由于 AXIe 主要是面向测试测量市场和常用的 19 英寸 EIA 设备机架，所以 AXIe 背板的插槽数最多为 14 个，这是 19 英寸兼容机箱最多能够容纳的垂直插槽数。

　　AXIe 的性能

　　AXIe将会在以下方面为测量系统带来改进：模块电路板面积、散热性能、功率、速度和测量完整性等。AXIe可提供900cm2以上的电路板面积，超过测试测量行业中任何其他通用平台。虽然机箱功率和散热功能是由制造商决定的，不过 AXIe 机箱通常可提供每插槽 200W 或更大的功率以及散热能力。机箱一般通过变速风扇进行散热，根据模块集成电路的温度调节风扇转速。

　　连接至计算机的AXIe背板与 PXI 背板相同。每个 PCIe G2 通道可提供 500 MB的数据带宽。AXIe 提供了单一的外设插槽至背板吞吐量，这由路由至外设连接器的通道数量决定(AXIe 为 4 个通道，而 PXIe 为 8 个通道)。系统插槽/嵌入式控制器的所有外设插槽代表了从背板下载数据并传送至系统模块(或嵌入式控制器)的能力。AXIe 的 4 个通道可从每一个外设插槽(共达 13 个)路由至 CRM(系统)模块。如果是 PXIe，则目前的实施需要将 16 个通道路由至系统插槽(而标准要求是 24 个通道)。实际数据自始至终都将取决于具体的开关结构体系和 CRM/系统模块或嵌入式控制器的功能。

　　AXIe 融合了 LAN 和 PCIe 两种数据通信架构。千兆位 LAN 可提供行业标准协议，包括用于 SCPI 通信的协议(例如套接字协议、VXI-11 协议和新的 IVI HiSLIP 协议)PCIe 接口经证明可在计算机至仪器模块间提供 PCIe G2 速率，以及 2.2G bit/s 的写入速率和 2.7G bit/s 的读出速率。

　　AXIe 提供了很宽和快速的本地总线。数据采集模块可产生很高速率的数据，并能够分流这些数据，从而方便数据传输到系统计算机。

　　这些较宽的本地总线可以提供一个非常快速的通道，可将高速数据移至相邻数字信号处理模块，从而在通过 PCIe 背板将数据传输到计算机之前对部分数据进行分流。这种模块也可以用于实时生成数据并传输至相邻数据生成模块(例如任意波形发生器和数字码型发生器)。

　　测量完整性通常需要非常紧密和可重复的计时生成和精度。AXIe 系统已经发展到可在模块之间(通过总线触发线或星型(径向)触发线)提供 100 MHz 的时钟和计时信号。

　　最后，AXIe 标准还规定了模块和系统元器件的电磁兼容性(EMC)标准，这将有助于预防由于 AXIe 主机中的元器件的电磁干扰所导致的测量完整性问题。例如建议规定最大模块辐射，这将能够对潜在相邻模块的测试进行设计和验证，以确保它们在辐射条件下符合测量标准。

　　总结

　　与 VXI 和 PXIe 总线技术相比，AXIe 可提供大电路板尺寸、功率输出、高效散热、高速灵活的数据通信架构，以及 AdvancedTCA 标准的灵活性，同时还能与 AdvancedTCA标准兼容。

　　主要特性包括：

　　1.面积为 900 平方厘米的模块电路板。

　　2.18 至 62 个通道的本地总线可使相邻模块数据传输速率达到 600 Gbit/s。

　　3.低时延和高速 PCIe 总线使仪器至计算机间的数据传输速率达到 10 Gbit/s。

　　4.行业标准和灵活的 LAN 通信。

　　5.总线和径向分布式计时和触发可用于仪器同步。