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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(shí)的重要環(huán)節(jié)，它除了可以驗(yàn)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(dòng)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(hào)、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(hào)，這種與儀表平臺(tái)無關(guān)的特點(diǎn)使其具有了良好的跨平臺(tái)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(dòng)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(dòng)化控制以及軟件控制標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)［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(shí)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(shí)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(shí)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(chǔ)所有SCPI命令節(jié)點(diǎn)信息，而緩沖區(qū)能夠在儀表啟動(dòng)時(shí)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(diǎn)進(jìn)行遍歷比對得出解析結(jié)果。這種設(shè)計(jì)不但方便維護(hù)人員對命令集的維護(hù)，同時(shí)保證了解析時(shí)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(gè)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(shí)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(hào)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(xiàng)的運(yùn)行和測試數(shù)據(jù)的上報(bào)。

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(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)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(diǎn)名＜命令體參數(shù)＞：子節(jié)點(diǎn)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(jì)

傳統(tǒng)的解析模塊采用單獨(dú)的SCPI解析器實(shí)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(jì)。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(jì)

SCPI命令集數(shù)據(jù)庫主要負(fù)責(zé)在本地文件中存儲(chǔ)所能支持的所有SCPI命令信息。在SCPI命令更新時(shí)，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(chǔ)，每個(gè)樹節(jié)點(diǎn)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(gè)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(diǎn)信息、子節(jié)點(diǎn) （集）信息，以及默認(rèn)子節(jié)點(diǎn) （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(chǔ)命令集。使用xml方式存儲(chǔ)命令集有以下優(yōu)點(diǎn)：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(tái)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?cái)U(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(diǎn)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(shí)，從SCPI命令集數(shù)據(jù)庫中讀取所有SCPI節(jié)點(diǎn)的信息，并存儲(chǔ)在內(nèi)存中，便于在使用時(shí)快速查找，保證解析時(shí)的效率。該緩沖區(qū)模塊功能由以下3個(gè)類實(shí)現(xiàn)。

SCPI命令類，存儲(chǔ)單條SCPI命令的全部信息，同時(shí)提供兩種操作：創(chuàng)建SCPI命令實(shí)例，其各項(xiàng)屬性均從當(dāng)前節(jié)點(diǎn)繼承而來；SCPI命令子節(jié)點(diǎn)添加操作，向節(jié)點(diǎn)中添加一個(gè)子節(jié)點(diǎn)。SCPI命令的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如下：

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

SCPI解析結(jié)果類，用于存儲(chǔ)一條經(jīng)過SCPI模塊處理的解析結(jié)果，它包含8 個(gè)成員變量：命令模式 （配置／查詢）、查詢命令的參數(shù)個(gè)數(shù)、設(shè)置命令的參數(shù)個(gè)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(jì)

該緩沖區(qū)按照時(shí)間順序存儲(chǔ)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(jì)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(jì)

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(diǎn)信息；根據(jù)葉子節(jié)點(diǎn)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(chǔ)。

分類流程。對上一流程中存儲(chǔ)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(shí)判斷該字符串為設(shè)置命令還是查詢命令，該信息將存儲(chǔ)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(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分割存儲(chǔ)。

比對流程。根據(jù)上一步中分割得到的節(jié)點(diǎn)字符串在SCPI命令集緩沖區(qū)中找到相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，將解析結(jié)果中命令模式和參數(shù)個(gè)數(shù)與節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)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(gè)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(shí)驗(yàn)與分析

該模塊經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室環(huán)境多次測試驗(yàn)證并已應(yīng)用與實(shí)際以表中。實(shí)驗(yàn)室測試平臺(tái)的搭建需要多種設(shè)備的配合。

4.1 測試平臺(tái)搭建

測試平臺(tái)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(hào)。具體搭建方法如圖5所示。

圖5 自動(dòng)化測試平臺(tái)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(gè)腳本文件對應(yīng)一個(gè)測試項(xiàng)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(shí)別命令的情況出現(xiàn)。

確認(rèn)各個(gè)設(shè)備連接后開啟電源，運(yùn)行上位機(jī)中的自動(dòng)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(xiàng)用于測試發(fā)信載頻功率相對于時(shí)間的關(guān)系是否符合協(xié)議規(guī)定。其運(yùn)行時(shí)的結(jié)果如圖6所示，從圖中可以看出，運(yùn)行該腳本時(shí)儀表能夠正確進(jìn)入測試項(xiàng)并獲得測試結(jié)果。

圖6 時(shí)間模板測試項(xiàng)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(jì)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(jì)完善了射頻一致性儀表的維護(hù)功能特性，同時(shí)SCPI命令集緩沖區(qū)的設(shè)計(jì)又能保證解析運(yùn)行效率，對其它儀表的SCPI模塊設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

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

［1］CHEN Yanfen，YANG Jingchang，ZHANG Jitao.The design of SCPI parser module between PC and remote control instruments［J］.Control and Automation Publication Group，2009，25 （1）：143－144 （in Chinese）. ［陳艷芬，楊景常，張吉濤.PC機(jī)遠(yuǎn)程控制儀器的SCPI解析模塊設(shè)計(jì) ［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2009，25 （1）：143－144.］

［2］LI Bo，ZHAO Jian，SHI Yujuan，et al.Research and realization of SCPI command interpreter based on Linux system ［J］.Computer Measurement ＆Control，2008，16 （7）：1007－1010（in Chinese）.［李博，趙建，時(shí)玉娟，等.基于Linux的SCPI命令解釋器的研究與實(shí)現(xiàn) ［J］.計(jì)算機(jī)測量與控制，2008，16（7）：1007－1010.］

［3］WANG Linlin，ZHANG Qin，XU Jingjiu，et al.Automatic test system for lower power mount calibration based on virtual instrument technique ［J］.Journal of Astronautic Metrology and Measurement，2013，33 （3）：44－47 （in Chinese）.［王林林，張琴，徐靖玖，等.基于虛擬儀器技術(shù)的小功率自動(dòng)測試系統(tǒng) ［J］.宇航計(jì)測技術(shù)，2013，33 （3）：44－47.］

［4］QIN Fan，WEI Gao.Instrument program－controlled measurement based on VISA and SCPI［J］.Modern Electronics Technique，2011，34 （11）：118－120 （in Chinese）.［秦凡，韋高.基于VISA 庫及SCPI命令的儀器程控測量 ［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34 （11）：118－120.］

［5］LI Wei，ZHU Wei.The design and realization of SCPI parser module ［J］.Science ＆ Technology Information，2011，11（3）：44－47 （in Chinese）.［李偉，朱偉.SCPI命令解析器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ［J］.科技信息，2011，11 （3）：44－47.］

［6］GAO Yudong，XIAO Tiejun，WANG Gang，et al.The design of remote test System base on GPIB interface［J］.Control and Automation Publication Group，2008，24 （10）：234－236 （in Chinese）.［髙玉棟，肖鐵軍，王剛，等.基于GPIB接口的遠(yuǎn)程測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2008，24 （10）：234－236.］

［7］WANG Xuewei，XIANG Yan，CHEN Xiaorong.The research and realization of data acquisition module SCPI interpreter［J］.Electrical Measurement ＆ Instrumentation，2008，45 （1）：30－34 （in Chinese）.［王學(xué)偉，相艷，陳小榮.數(shù)據(jù)采集模塊SCPI解釋器的研究與實(shí)現(xiàn) ［J］.電測與儀表，2008，45 （1）：30－34.］

［8］ZHU Zhengwei，ZHAO Huihui，SHEN Lin.The Application of Structure Arrays and Files in the SCPI Parsing System［C］／／ICICTA，2010.

［9］GU Daquan，WANG Xiao，WANG Yang.Multi－point data measurement system based on VISA and SCPI［J］.Instrumentation Technology，2011，40 （1）：1－2 （in Chinese）. ［顧大權(quán)，王曉，汪洋.基于VISA 和SCPI的多點(diǎn)數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)［J］.儀表技術(shù)，2011，40 （1）：1－2.］

［10］YU Hongyu，LI Zhi，LIU Chang.Research and implementation of SCPI interpreter for function／arbitrary waveform generator［J］.Foreign Electronic Measurement Technology，2009，28 （4）：70－73 （in Chinese）. ［于紅雨，李智，劉暢.函數(shù)／任意波形發(fā)生器SCPI解釋器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ［J］.國外電子測量技術(shù)，2009，28 （4）：70－73.］