Schnittstellen für die Messtechnik LXI – Grundlagen eines wachsenden Standards

Struktur von LXI 1.4 mit erweiterten Funktionen
Struktur von LXI 1.4 mit erweiterten Funktionen

Es braucht zwar meist einige Zeit, bis sich neue Schnittstellen durchsetzen, doch im Falle des noch relativ jungen LXI-Standards ist bereits ein rasch wachsendes Interesse der Anwender zu verzeichnen. Hersteller wie Pickering Interfaces treiben diese Entwicklung massiv voran. Betrachten wir einige der Grundlagen.

Ende 2004 begann das LXI-Konsortium (LXI = LAN eXtensions for Instrumentation) mit der Entwicklung eines neuen, offenen Standards zur Steuerung von Messgeräten, die über Ethernet verbunden sind. Er sollte über kurz oder lang den GPIB-Standard ersetzen. Das Ergebnis war der LXI-Standard.

Der LXI-Standard beschreibt eine auf Ethernet basierende Steuerschnittstelle mit einem Web Interface für die Konfigurationsverwaltung und den manuellen Betrieb. Die Schnittstelle verfügt über einen Migrationspfad, um nahtlos Geschwindigkeiten von 10 Gbit/s und mehr zu erreichen, über drahtgebundene oder optische Verbindungen.

LXI beruht zum großen Teil auf vorhandenen Standards:

  • Ethernet-Netzwerk-Konnektivität (physikalisch und Protokolle)
  • TCP/IP (IPv4 und IPv6)
  • Ermittlungsprotokolle (VXI-11, mDNS)
  • W3C-Standards für Web Browser
  • IEEE 1588 Synchronisationsprotokoll
  • M-LVDS TIA/EIA-899
  • IVI-Treiber

Der LXI-Standard definiert, wie diese Standards von LXI-kompatiblen Geräten angewendet werden. Vorrangige Ziele sind vorhersehbares Verhalten und gemeinsame Realisierungsgrundsätze bei den Lieferanten, die gemäß diesen Standards entwickeln.

Das historische Klassenmodell

In früheren Versionen des LXI-Standards (Version 1.3 und früher) beschrieb das Dokument eine Hierarchie, die die Produkte als einer der Klassen A, B oder C zugehörig beschrieb, je nachdem, welche Eigenschaften die Produkte unterstützten. Die wichtigsten Eigenschaften waren eine grundlegende Konformität mit den Anforderungen der LAN-Schnittstelle (Klasse C), die Unterstützung des IEEE-1588-Timing-Standards mit den entsprechenden Eigenschaften bezüglich Triggermodellen und Ereignisprotokollen (Klasse B) sowie der fest verdrahtete Triggerbus (Wired Trigger Bus, WTB) (Klasse A).

Die Klassenstruktur beruhte teilweise auf der Annahme, dass IEEE 1588 ein besonders wichtiger Teil künftiger Test- und Messtechniksysteme sein würde. Obwohl dieses Timing-Protokoll ein sehr mächtiges Werkzeug ist, wurden die meisten Anwendungsfälle durch Produkte der Klasse C mit ihrer standardisierten LAN-Schnittstelle angemessen bedient. Die Notwendigkeit, IEEE 1588 zu unterstützen, kann sogar ein Hindernis für die Nutzung des WTB Features gewesen sein. WTB bietet ein Hardware-basiertes Triggering, das LXI-Geräte mittels Kabel verbindet und so die Eigenschaften von Backplane-Bussen modularer Plattformen wie VXI und PXI emuliert.

Die Klassenstruktur bewertete bereits vorab welche Eigenschaften für die Anwender am attraktivsten sein würden – eine Bewertung, die sich im Nachhinein als nicht Markt konform herausstellte.

Die Situation um IEEE 1588 wurde noch verworrener, als IEEE 1588-2002 auf IEEE 1588-2008 aktualisiert wurde, was zu Problemen bei der Rückwärtskompatibilität zwischen den beiden Versionen führte. In die Version 1.3 des LXI-Standards wurde dann IEEE 1588-2008 übernommen. Der verbesserte Standard IEEE 1588 ermöglichte es, die Timing-Genauigkeit auch beim Vorhandensein heftigen LAN-Verkehrs aufrecht zu erhalten, erforderte jedoch eine komplexere Lösung, die ein bestimmtes Hardware-Element im Ethernet Interface Chip benötigte. Brauchbare Lösungen für 1588-2008 für 1 Gb/s Ethernet erschienen sehr zögerlich und hatten einen nachteiligen Einfluss auf die Übernahme des Standards IEEE 1588 in den Bereichen Test- und Messtechnik.

Eine weitere Herausforderung für LXI war die Notwendigkeit, sowohl IPv6 als auch IPv4 zu unterstützen, da im Adressraum IPv4 die freien Adressen bereits zur Neige gehen und die US-Regierung immer mehr fordert, dass LAN-basierende Geräte IPv6 unterstützen sollen. Die Ergänzung um IPv6 ist natürlich eine einschneidende Veränderung und muss stimmig umgesetzt werden.