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

趨勢(shì)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(lái)越依重于軟件去定義產(chǎn)品的功能。同樣的，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和客戶需求日益復(fù)雜的今天，用于測(cè)試測(cè)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(guò)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(cè)試系統(tǒng)，并滿足不斷改變的測(cè)試需求。

通過(guò)軟件定義模塊化硬件的功能，用戶可以快速實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)試功能，并應(yīng)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(cè)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(dòng)權(quán)，甚至將自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)應(yīng)用到測(cè)試系統(tǒng)中。

在業(yè)界，被認(rèn)為是最保守的客戶之一的美國(guó)國(guó)防部在2002年向國(guó)會(huì)提交的報(bào)告中指出下一代測(cè)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(shí)強(qiáng)調(diào)了軟件的能動(dòng)作用。最新的合成儀器（Synthetic Instrumentation）的概念也無(wú)非是經(jīng)過(guò)重新包裝的虛擬儀器技術(shù)，將軟件的開(kāi)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(shè)計(jì)》雜志的編輯Louis Frenzel先生在他最近關(guān)于測(cè)試行業(yè)趨勢(shì)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(duì)于測(cè)試測(cè)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)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(jì)，到2009年末，將有超過(guò)100,000臺(tái)PXI系統(tǒng)應(yīng)用于各大項(xiàng)目；預(yù)計(jì)到2014年，PXI在測(cè)量與自動(dòng)化領(lǐng)域的營(yíng)利將有望保持每年17.6%的復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）。

圖1：以軟件為核心的模塊化系統(tǒng)參考架構(gòu)

趨勢(shì)二：多核/并行測(cè)試帶來(lái)機(jī)遇和挑戰(zhàn)

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

要充分發(fā)揮多核的性能優(yōu)勢(shì)，就必須創(chuàng)建多線程的應(yīng)用程序，例如我們可以將自動(dòng)化測(cè)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(yùn)行。不過(guò)，這樣并行的開(kāi)發(fā)理念使得習(xí)慣于傳統(tǒng)串行開(kāi)發(fā)方式的工程師難以適應(yīng)，尤其是當(dāng)核的數(shù)目越來(lái)越多……

挑戰(zhàn)和機(jī)遇往往是并存的，作為圖形化語(yǔ)言的代表，Labview在設(shè)計(jì)當(dāng)初就考慮到了并行處理的需求，從LabVIEW 5.0開(kāi)始支持多線程到現(xiàn)在已有10多年的歷史?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，天生并行的LabVIEW就是這樣一種馳騁多核技術(shù)時(shí)代的編程語(yǔ)言，通過(guò)自動(dòng)的程序多線程化（見(jiàn)圖2），開(kāi)發(fā)人員可以無(wú)需考慮底層的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，就可以高效地享用多核技術(shù)所帶來(lái)的益處。

無(wú)論是歐南天文臺(tái)極大望遠(yuǎn)鏡高達(dá)2700萬(wàn)次乘加運(yùn)算的鏡面控制，到Tokamak核聚變裝置的實(shí)時(shí)處理運(yùn)算，還是NASA的飛機(jī)安全性測(cè)試和TORC汽車控制快速原型設(shè)計(jì)，LabVIEW多核技術(shù)都為這些應(yīng)用帶來(lái)了巨大的性能和吞吐量的提升，隨著多核技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，提升的幅度將更為可觀。

圖2：LabVIEW中的自動(dòng)多線程和并行的數(shù)據(jù)流編程

趨勢(shì)三：基于FPGA的自定義儀器將更為流行

隨著設(shè)計(jì)和測(cè)試的融合越來(lái)越緊密，人們對(duì)于測(cè)試的確定性、實(shí)時(shí)性和靈活性的要求也越來(lái)越高，F(xiàn)PGA（現(xiàn)場(chǎng)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(shuō)的基于FPGA的自定義儀器。

FPGA的高性能和可重復(fù)配置特性一直是硬件設(shè)計(jì)工程師們的最愛(ài)，而對(duì)于測(cè)試工程師而言，又何嘗不想擁有硬件級(jí)的確定性和并行性呢？像諸如實(shí)時(shí)系統(tǒng)仿真、高速內(nèi)存測(cè)試等應(yīng)用都需要用到FPGA來(lái)確保響應(yīng)的實(shí)時(shí)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(shí)產(chǎn)權(quán)的算法提供契機(jī)。然而，苦于對(duì)硬件設(shè)計(jì)知識(shí)的缺乏和對(duì)VHDL或Verilog語(yǔ)言編程的恐懼，許多測(cè)試工程師對(duì)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