LXI Extender

Im März 2016 hat das LXI Konsortium das LXI Reference Design in der Version 1.0 freigegeben. Mit Hilfe dieser Referenzimplementierung, die im Sourcecode vorliegt, ist es nun für die Mitglieder des LXI Konsortiums deutlich leichter geworden, ihre Messgeräte mit diesem Standard auszustatten. Auch für Messgerätehersteller, die bisher noch keine Unterstützung des LXI Standards anbieten, ist nun eine deutlich kosten- und zeitgünstigere Variante für die Implementierung verfügbar.

Das LXI Reference Design wurde hauptsächlich für die Betriebssysteme Windows und Linux entwickelt. Unter Windows werden die Architekturen für Intel x86 und x64 unterstützt. Unter Linux ist die Palette der CPUs erweitert. Hier werden nicht nur die Intel x86 und x64 Architekturen unterstützt, sondern auch die ARM Prozessoren. Eine der Entwicklungsplattformen des LXI Reference Design war ein Ubuntu Linux auf einem Cubieboard mit ARM Prozessor.

Messgerätehersteller verwenden aber nicht nur diese gängigen Plattformen, sondern haben auch andere Plattformen und Prozessoren in ihren Messgeräten verbaut, da bei einigen Messgeräten keine Notwendigkeit bestand derartige rechenstarke Plattformen zu verwenden.

Eine Gruppe von Messgeräten setzt auf leistungsschwächere Prozessoren die in der Regel mit proprietären Betriebssystemen ausgestattet sind. Um das LXI Reference Design mit geringen Mitteln portieren zu können, müssen diese Betriebssysteme folgende Anforderungen erfüllen:

    • Unterstützung von Threads
    • Unterstützung von Locking Mechanismen wie Mutex oder ähnliches
    • TCPIP Stack, wenn möglich mit Berkeley Sockets

Zusätzlich müssen die Entwicklungstools folgende Randbedingungen erfüllen

    • C++ Compiler

TSEP hat 2015 eine Machbarkeitsstudie für das STM3220G-EVAL Evaluation Board mit ARM®Cortex™-M3 32-bit Micro Controller vorgenommen. Das für den STM Microcontroller verfügbare Betriebssystem erfüllte die obengenannten Anforderungen, somit konnte eine Portierung der damaligen LXI Reference Design Version vorgenommen werden. Die Anpassung der Ressourcen war Aufgrund der Konfigurierbarkeit des LXI Reference Design einfach machbar. Da dieser Microcontroller mit geringerem Speicher ausgestattet war, wurden die Ressourcen für das LXI Reference Design um ca. 50% verringert. Die Portierung der Zugriffe auf das Betriebssystem gestaltete sich einfach, da alle diese Zugriffe im LXI Reference Design im OS Abstraction Layer zusammen gefasst sind. Für die Verwendung der Threads und Mutex musste ein etwas anderer Ansatz als im LXI Reference Design gewählt werden, da in diesem Betriebssystem keine dynamische Allokation dieser Ressourcen zur Verfügung stand. Für den mDNS Support stand bei diesem Betriebssystem eine eigene Implementierung zu Verfügung, die einen Teil der Implementierung von Apple abdeckte. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Portierung ohne größere Probleme vonstatten ging. Das LXI Reference Design erwies sich als einfach anzupassen und das Konzept war flexibel genug um Konzeptänderungen, wie bei den Threads, einfach umsetzen zu können.

Es existiert jedoch noch eine weitere Gruppe von Microcontrollern, wie zum Beispiel die Cypress PSoC 5 Microcontroller. Diese basieren ebenso auf ARM Architekturen, sind jedoch was Speicher und Leistung angeht eher im unteren Spektrum zu sehen. Auch der Preis von unter 5 Dollar für den Microcontroller, zeigt dass diese Microcontroller eher in einfacheren oder günstigeren Geräte verwendet werden. Diese Micro Controller erfüllen keine der oben genannten Anforderungen. Eine Portierung des LXI Reference Design wäre zwar technisch möglich, aber betriebswirtschaftlich als eher problematisch zu sehen.

Aus diesem Grund hat TSEP den TSEP LXI Extender entwickelt. Auf Basis von einem Low Cost Linux System wie Raspberry Pi oder Cubieboard und dem TSEP LXI Extender Interface Board können nun beliebige µC über eine standardisierte Schnittstelle angeschlossen werden. Zusätzlich besteht natürlich auch die Möglichkeit auf kundenspezifischer Hardware den TSEP LXI Extender zum Einsatz zu bringen.

TSEP stellt auf den Low Cost Linux Systemen ein erweitertes LXI Reference Design zur Verfügung. Über zusätzliche Treiber wird über eine definierte Schnittstelle mit dem bestehenden µC kommuniziert. Somit können Daten und Messwerte ausgetauscht werden. Zusätzlich ist das TSEP Remote System V2 in dieser Lösung integriert. Damit können Clients über SCPI mit dem Messgerät kommunizieren. Der Messgerätehersteller hat hier die Möglichkeit, eigene Kommandos zu implementieren. Mit dem TSEP LXI Extender erhalten diese Messgeräte und Testsysteme eine deutliche Erweiterung ihrer Funktionalität.

Die Kommunikation mit der bestehenden Messgeräte Hardware erfolgt über eine standardisierte Schnittstelle. Das TSEP LXI Extender Interface Board I bietet die Schnittstellen I²C (Master/Slave), SPI (Master/Slave), UART und RS232 an. Das LXI Extender Interface Board II unterstützt die Schnittstellen mit höherer Datenrate, wie USB und Ethernet.

Das LXI Extender Interface Board wird direkt auf das Linux Basisboard aufgesteckt und kommuniziert direkt mit dem Linux System. Die Schnittstelle ist als bidirektionale Schnittstelle ausgelegt. Zur Kommunikation zwischen der Gerätehardware des Kunden und dem TSEP LXI Interface Board wird ein von TSEP definiertes Protokoll verwendet, das für alle Schnittstellen identisch ist. Für dieses Protokoll liegt eine Referenzimplementierung in C vor. Über dieses Protokoll werden nicht nur die für das LXI Referenzdesign benötigten Daten ausgetauscht, sondern können auch kundenspezifische Daten, wie Messwerte und ähnliches ausgetauscht werden. Diese Daten können dann vom integrierten Remotesystem über die SCPI Schnittstelle ausgelesen oder verändert werden.

Das LXI Reference Design ist vielseitig einsetzbar, egal ob auf HighEnd Messgeräten unter Windows oder Linux, Mittelklasse Messgeräte unter Linux mit ARM Prozessoren oder in Low Cost Bereich auf eigenen Microcontrollern.

 

LXI Extender Produktbeschreibung