張冠杰，程 方，張治中

（重慶郵電大學(xué) 通信網(wǎng)與測試技術(shù)重點實驗室，重慶400065）

0 引 言

采用終端射頻一致性測試儀進(jìn)行測試是終端生產(chǎn)時的重要環(huán)節(jié)，它除了可以驗證終端的射頻指標(biāo)是否符合測試協(xié)議外，還能對終端射頻特性相關(guān)的硬件指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)。隨著生產(chǎn)效率需求的提高，對射頻一致性儀表在自動化測試及程控標(biāo)準(zhǔn)化方面都提出了更高的要求［1］。

SCPI是一種傳統(tǒng)的通用儀器控制命令標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了由不同廠商生產(chǎn)的不同型號、相同類型儀器的遠(yuǎn)程命令的格式。SCPI命令適用的對象是正在測試的信號，這種與儀表平臺無關(guān)的特點使其具有了良好的跨平臺特性［2］，而特殊的樹形命令結(jié)構(gòu)也使其具備一定的擴(kuò)展性，測試人員可根據(jù)功能需求對命令集進(jìn)行擴(kuò)充。隨著儀器儀表技術(shù)與自動化測試技術(shù)的結(jié)合和發(fā)展，SCPI技術(shù)也被引入到射頻一致性測試儀表中，使其具備了可自動化控制以及軟件控制標(biāo)準(zhǔn)化的特點［3］。

SCPI解析模塊是遠(yuǎn)程控制功能的核心，儀表在接收到SCPI命令后不能識別這條命令，這就需要SCPI模塊的支持，它將GPIB （general－purpose interface bus）接口傳遞過來的上位機(jī)發(fā)送的SCPI命令解析成儀表控制核心可以識別的信息［4］。

傳統(tǒng)SCPI模塊將解析命令的操作寫死在代碼中，造成了SCPI命令集在更新時必須修改模塊代碼，這就為儀器儀表的開發(fā)和維護(hù)帶來了不便。本文提出了SCPI命令集數(shù)據(jù)庫和SCPI命令集緩沖區(qū)的方法，SCPI命令集數(shù)據(jù)庫用于存儲所有SCPI命令節(jié)點信息，而緩沖區(qū)能夠在儀表啟動時將所有數(shù)據(jù)庫信息載入內(nèi)存，解析器將上位機(jī)發(fā)來的命令和緩沖區(qū)中的節(jié)點進(jìn)行遍歷比對得出解析結(jié)果。這種設(shè)計不但方便維護(hù)人員對命令集的維護(hù)，同時保證了解析時的運(yùn)行效率。

1 射頻儀表遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)描述

1.1 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

常見的儀表遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由4個部分組成，包括上位機(jī)、GPIB接口卡、SCPI模塊以及儀表控制核心［6］。其中上位機(jī)參與遠(yuǎn)程控制流程的運(yùn)行和管理；GPIB接口負(fù)責(zé)命令數(shù)據(jù)和測試結(jié)果的接收與轉(zhuǎn)發(fā)；SCPI模塊用于SCPI命令的解析；而儀表控制核心負(fù)責(zé)射頻儀表的運(yùn)行。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 射頻一致性儀表的遠(yuǎn)程控制結(jié)構(gòu)

1.2 系統(tǒng)工作流程

一次完整的系統(tǒng)測試流程包含GPIB連接建立，測試環(huán)境配置，測試?yán)龍?zhí)行，GPIB連接釋放，工作流程如圖2所示。流程中使用SCPI命令進(jìn)行的操作都需要SCPI模塊的解析。

圖2 系統(tǒng)工作流程

GPIB連接建立。該連接建立發(fā)生在上位機(jī)與GPIB接口之間，上位機(jī)通過實例化連接對象來建立一條GPIB連接通路，該連接對象中包含GPIB卡號信息和GPIB地址信息。連接建立后，GPIB模塊將連接狀態(tài)置為True，防止重復(fù)連接。

測試環(huán)境配置。GPIB 連接建立后，上位機(jī)通過GPIB接口向射頻一致性儀表發(fā)送環(huán)境配置命令，用來設(shè)置小區(qū)功率，工作信道，功率控制等級以及儀表的頻率線損表等。

測試?yán)龍?zhí)行。測試?yán)阅_本的形式順序執(zhí)行，包含測試項的運(yùn)行和測試數(shù)據(jù)的上報。

GPIB連接釋放。上位機(jī)在測試腳本執(zhí)行完成后釋放該GPIB實體連接，GPIB模塊將連接狀態(tài)置為False。至此完成一次完整的系統(tǒng)測試。

2 SCPI命令語法格式

SCPI是一種可編程儀表的標(biāo)準(zhǔn)命令集［7］，它定義了一套上位機(jī)與測試儀器通訊時的命令格式。SCPI命令從用途上分為兩種，SCPI通用命令和儀表專用SCPI命令。SCPI通用命令由IEEE488.2標(biāo)準(zhǔn)制定，它實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能的一般操作，命令以 ‘＊’開始且只有一層結(jié)構(gòu)，每條指令完成特定的功能。通用命令集見表1。

表1 SCPI通用命令集

儀表專用SCPI命令為樹形分層結(jié)構(gòu)，層與層間用 ‘：’分隔，最底層命令節(jié)點與命令參數(shù)間使用空格分隔，參數(shù)之間采用 ‘，’分隔，而完整的SCPI命令之間用 ‘；’分隔。命令格式為：

子系統(tǒng)名稱：節(jié)點名＜命令體參數(shù)＞：子節(jié)點名＜命令體參數(shù)＞＜命令參數(shù)1＞，＜命令參數(shù)2＞… …；

一套完整的儀表專用SCPI命令由多種命令樹組成，以筆者所研究的儀表為例，大致分為6類命令樹，每種命令樹代表一類功能，見表2。

3 SCPI模塊詳細(xì)設(shè)計

傳統(tǒng)的解析模塊采用單獨的SCPI解析器實現(xiàn)，所有比對數(shù)據(jù)和解析處理寫死在解析器中，為開發(fā)人員對命令集的維護(hù)和擴(kuò)展工作帶來了不便。

改進(jìn)后的SCPI模塊在SCPI解析器的基礎(chǔ)上，增加了SCPI命令集數(shù)據(jù)庫、SCPI命令集緩沖區(qū)以及解析結(jié)果緩沖區(qū)的設(shè)計。各子模塊及關(guān)系圖，如圖3所示。

表2 子系統(tǒng)分類

圖3 SCPI模塊架構(gòu)

3.1 SCPI命令集數(shù)據(jù)庫具體設(shè)計

SCPI命令集數(shù)據(jù)庫主要負(fù)責(zé)在本地文件中存儲所能支持的所有SCPI命令信息。在SCPI命令更新時，開發(fā)人員只需對SCPI命令集數(shù)據(jù)庫做簡單的升級，不需要更改解析器中的代碼。信息結(jié)構(gòu)以樹形結(jié)構(gòu)存儲，每個樹節(jié)點都代表了一條SCPI命令信息，這些信息具體包括：

SCPI命令在整個命令集樹狀結(jié)構(gòu)中的位置信息，包括命令字符串 （全寫和簡寫）、父節(jié)點信息、子節(jié)點 （集）信息，以及默認(rèn)子節(jié)點 （如果存在）；

SCPI命令的模式信息 （是否可設(shè)置、是否可查詢）；

SCPI命令的處理函數(shù)信息，包括函數(shù)名和輸入?yún)?shù)；

關(guān)于該SCPI命令信息的備注。

我們采用xml格式文件存儲命令集。使用xml方式存儲命令集有以下優(yōu)點：分離SCPI命令集內(nèi)容管理和命令解析流程管理，便于對遠(yuǎn)程控制功能的開發(fā)和維護(hù)；規(guī)范統(tǒng)一，任何系統(tǒng)和產(chǎn)品所支持的xml文檔，都具有統(tǒng)一的格式和語法，這樣就使得數(shù)據(jù)庫具有了跨平臺的特性；可擴(kuò)展性，根據(jù)射頻一致性儀表的功能需要，可方便地擴(kuò)展SCPI命令集命令，無需復(fù)雜的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫操作。以基本的查詢和設(shè)置命令為例，代碼如下：

該段XML代碼中，描述了兩條命令，具體見表3。

表3 對SCPI命令節(jié)點的解釋

3.2 SCPI命令集數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)

SCPI命令集數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)在初始化時，從SCPI命令集數(shù)據(jù)庫中讀取所有SCPI節(jié)點的信息，并存儲在內(nèi)存中，便于在使用時快速查找，保證解析時的效率。該緩沖區(qū)模塊功能由以下3個類實現(xiàn)。

SCPI命令類，存儲單條SCPI命令的全部信息，同時提供兩種操作：創(chuàng)建SCPI命令實例，其各項屬性均從當(dāng)前節(jié)點繼承而來；SCPI命令子節(jié)點添加操作，向節(jié)點中添加一個子節(jié)點。SCPI命令的存儲結(jié)構(gòu)如下：

SCPI命令集合類，該類實現(xiàn)對多個SCPI命令信息的存儲，同時提供兩種操作：在節(jié)點集合中根據(jù)子系統(tǒng)名稱查找節(jié)點；在節(jié)點集合中根據(jù)子系統(tǒng)字符串?dāng)?shù)組查找葉子節(jié)點。

SCPI解析結(jié)果類，用于存儲一條經(jīng)過SCPI模塊處理的解析結(jié)果，它包含8 個成員變量：命令模式 （配置／查詢）、查詢命令的參數(shù)個數(shù)、設(shè)置命令的參數(shù)個數(shù)、SCPI命令示例字符串、處理函數(shù)名稱字符串、原始輸入的SCPI命令字符串、是否是查詢命令、SCPI 命令攜帶的參數(shù)數(shù)組。

3.3 解析結(jié)果緩存區(qū)設(shè)計

該緩沖區(qū)按照時間順序存儲SCPI命令解析結(jié)果，這些結(jié)果被儀表控制核心調(diào)用。緩沖區(qū)的工作方式遵循先進(jìn)先出的原則，即最先進(jìn)入緩沖區(qū)的解析結(jié)果最先被儀表控制核心調(diào)用，緩沖區(qū)的設(shè)計可以保證解析模塊的運(yùn)行效率不受儀表控制核心的影響。

3.4 SCPI解析器設(shè)計

3.4.1 SCPI解析器主要功能

SCPI解析器是SCPI模塊的核心，它提供將SCPI命令集數(shù)據(jù)庫加載到SCPI命令集數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)內(nèi)的API；解析SCPI命令字符串，從SCPI命令集數(shù)據(jù)庫緩存中查找對應(yīng)的葉子節(jié)點信息；根據(jù)葉子節(jié)點信息構(gòu)造解析結(jié)果，將該結(jié)果推入解析結(jié)果緩沖區(qū)內(nèi)。

3.4.2 SCPI解析器解析流程

解析流程分為：預(yù)處理流程，分類流程，字符串解析流程，比對流程和解析結(jié)果填充流程。如圖4所示。

圖4 SCPI命令解析流程

預(yù)處理流程。模塊采集到的數(shù)據(jù)可能包含多條SCPI命令，所以首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行命令分割操作，根據(jù) ‘；’來判別一條完整的SCPI命令，預(yù)判命令的合法性，去除命令中的非法字符，并按字符串先后順序?qū)⑦@些命令存儲。

分類流程。對上一流程中存儲的SCPI命令分類。首先調(diào)用函數(shù)判斷當(dāng)前處理是SCPI通用命令還是儀表專用SCPI命令，如果為儀表專用SCPI命令，它的命令子系統(tǒng)分為CONFig，SENSe，F(xiàn)ETCh，ERRor，SYSTem，INSTrument，我們根據(jù)命令所屬的命令子系統(tǒng)分別調(diào)用各自的處理函數(shù)進(jìn)入字符串解析流程；如果為SCPI通用命令，則直接進(jìn)入比對流程。

字符串解析流程。首先根據(jù)字符串末尾的 ‘？’標(biāo)識判斷該字符串為設(shè)置命令還是查詢命令，該信息將存儲在解析結(jié)果中；其次對字符串中的命令體參數(shù)和命令參數(shù)進(jìn)行提取保存；然后按照 ‘：’對命令節(jié)點和子節(jié)點進(jìn)行分割存儲。

比對流程。根據(jù)上一步中分割得到的節(jié)點字符串在SCPI命令集緩沖區(qū)中找到相應(yīng)的節(jié)點，將解析結(jié)果中命令模式和參數(shù)個數(shù)與節(jié)點存儲的信息進(jìn)行比對，如果比對結(jié)果正確則進(jìn)入解析結(jié)果填充流程。

解析結(jié)果填充流程。把一條完整的命令解析結(jié)果封裝為一個類對象，并按順序推入解析結(jié)果緩沖區(qū)，至此完成單條SCPI命令的解析，等待儀表控制核心的調(diào)用。

4 實驗與分析

該模塊經(jīng)過實驗室環(huán)境多次測試驗證并已應(yīng)用與實際以表中。實驗室測試平臺的搭建需要多種設(shè)備的配合。

4.1 測試平臺搭建

測試平臺包含如下設(shè)備，上位機(jī)、終端、射頻一致性測試儀、電源。其中上位機(jī)與測試儀以及上位機(jī)與電源之間使用GPIB總線連接，用于控制命令的下發(fā)和數(shù)據(jù)的回傳；上位機(jī)與終端之間采用串口線連接，用于AT 指令和數(shù)據(jù)的傳輸；終端與測試儀之間采用射頻線連接，用于傳輸射頻信號。具體搭建方法如圖5所示。

圖5 自動化測試平臺搭建

4.2 測試方法

采用腳本測試的方法對SCPI模塊進(jìn)行測試，每個腳本文件對應(yīng)一個測試項并由多條SCPI命令組成。判斷SCPI模塊通過測試的標(biāo)準(zhǔn)，除了需要查看腳本運(yùn)行的結(jié)果是否符合預(yù)期，也要確認(rèn)沒有無法識別命令的情況出現(xiàn)。

確認(rèn)各個設(shè)備連接后開啟電源，運(yùn)行上位機(jī)中的自動化測試軟件并加載這些腳本文件開始測試。表4是最近的一次GSM 制式下的測試結(jié)果。

表4 GSM 制式下的腳本測試結(jié)果

以GSM＿PVT 腳本為例，該測試項用于測試發(fā)信載頻功率相對于時間的關(guān)系是否符合協(xié)議規(guī)定。其運(yùn)行時的結(jié)果如圖6所示，從圖中可以看出，運(yùn)行該腳本時儀表能夠正確進(jìn)入測試項并獲得測試結(jié)果。

圖6 時間模板測試項測試界面

5 結(jié)束語

本文對射頻一致性儀表遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，分析了SCPI命令格式，提出了SCPI解析模塊的改進(jìn)設(shè)計方案。該方案在不影響測試效率的情況下，通過增加SCPI命令集數(shù)據(jù)庫的設(shè)計完善了射頻一致性儀表的維護(hù)功能特性，同時SCPI命令集緩沖區(qū)的設(shè)計又能保證解析運(yùn)行效率，對其它儀表的SCPI模塊設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。

目前，本設(shè)計方案已經(jīng)應(yīng)用于某測試儀表中，實踐結(jié)果表明，該方案具有較好的穩(wěn)定性和執(zhí)行效率。

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