文/王剛義 楊玉釗 包演生 姜濤 謝鈞安

隨著社會(huì)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在人們的工作和生活中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)也越來(lái)越復(fù)雜，嵌入式系統(tǒng)的可靠性面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。在嵌入式系統(tǒng)的各項(xiàng)測(cè)試中，上下電測(cè)試是一項(xiàng)重要的測(cè)試，能夠驗(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)的硬件和軟件可靠性及可恢復(fù)性。本文基于Python腳本語(yǔ)言，通過(guò)控制可編程電源實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下電而達(dá)到自動(dòng)測(cè)試效果，并實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是否正常上電工作，解決使用人工手動(dòng)控制重復(fù)上下電，測(cè)試效果較差并且效率較低的問(wèn)題。

圖1：測(cè)試系統(tǒng)的示意圖

1 Python腳本語(yǔ)言簡(jiǎn)介

Python是一種解釋型、交互式、面向?qū)ο?、?dòng)態(tài)語(yǔ)義、語(yǔ)法優(yōu)美的腳本語(yǔ)言，自從1989年由Guido Van Rossum設(shè)計(jì)出來(lái)后，經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展，已經(jīng)同Tcl、Perl一起，成為目前應(yīng)用最廣的三種跨平臺(tái)腳本語(yǔ)言。Python的主要特點(diǎn)有：

（1）免費(fèi)開(kāi)源 Python是FLOSS(自由/開(kāi)放源碼軟件)之一。簡(jiǎn)單地說(shuō)，你可以自由地發(fā)布這個(gè)軟件的拷貝、閱讀它的源代碼、對(duì)它做改動(dòng)、把它的一部分用于新的自由軟件中。

（2）高層語(yǔ)言當(dāng)你用Python語(yǔ)言編寫(xiě)程序的時(shí)候，你無(wú)需考慮諸如如何管理你的程序使用的內(nèi)存一類的底層細(xì)節(jié)。

（3）可移植性由于它的開(kāi)源本質(zhì)，Python已經(jīng)被移植在許多平臺(tái)上(經(jīng)過(guò)改動(dòng)使它能夠工作在不同平臺(tái)上)。這些系統(tǒng)包括如Linux、Windows、Solaris、Mac OS、Windows CE等等，甚至還有PocketPC。

（4）面向?qū)ο?Python提供類、類的繼承、類的私有和公有屬性、例外處理等完善的對(duì)面向?qū)ο蠓椒ǖ闹С帧?/p>

（5）可嵌入性可以方便地把Python嵌入C /C++程序中，為程序提供腳本功能。

（6）可擴(kuò)展性如果希望一段關(guān)鍵代碼運(yùn)行得更快或者希望某些算法不公開(kāi)，可以把部分程序用C或C++編寫(xiě)，然后在Python程序中使用它們。

（7）第三方庫(kù) Python有大量的第三方模塊，能大量節(jié)省開(kāi)發(fā)者的時(shí)間，從而能更多時(shí)間關(guān)注自己的問(wèn)題。

基于以上的特點(diǎn)，Python特別適合于作為腳本語(yǔ)言嵌入到應(yīng)用程序中，并且Python有一個(gè)專門為儀器設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)庫(kù)——VISA(Virtual Instrument Software Architecture，簡(jiǎn)稱為VISA)庫(kù)。VISA提供用于儀器編程的標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)庫(kù)，是計(jì)算機(jī)與儀器的標(biāo)準(zhǔn)軟件通信接口，計(jì)算機(jī)通過(guò)它來(lái)控制儀器。本文也通過(guò)VSIA庫(kù)來(lái)控制可編程電源。

2 可編程電源特點(diǎn)

Keysight N5700 系列直流電源采用緊湊型（1U）機(jī)箱，提供750W和1500W可編程直流輸出，共有24種型號(hào)，能適應(yīng)各種簡(jiǎn)單直流電源應(yīng)用。它們提供穩(wěn)定的輸出功率，內(nèi)置的電壓和電流測(cè)量能力，以及6V到600V的電壓和1.3A到180A的電流。帶有標(biāo)準(zhǔn)配置的GPIB、Ethernet/LAN和USB 2.0通訊接口，為您提供選擇當(dāng)前和未來(lái)I/O接口的靈活性。

本文以N5700系列中的一種電源型號(hào)為例，嘗試使用Ethernet/LAN和USB 2.0作為通訊接口來(lái)控制該電源的上下電操作。

3 自動(dòng)化測(cè)試設(shè)計(jì)

為了通過(guò)使用Python腳本語(yǔ)言VISA庫(kù)來(lái)控制可編程電源N5700系列電源，首先應(yīng)完成測(cè)試環(huán)境搭建；其次，完成Python腳本開(kāi)發(fā)；最后通過(guò)一定的測(cè)試來(lái)驗(yàn)證是否可行。

3.1 環(huán)境搭建

首先，系統(tǒng)環(huán)境的整體搭建如圖1所示。其中PC機(jī)已經(jīng)安裝好相應(yīng)軟件，以太網(wǎng)線束為RJ45轉(zhuǎn)RJ45，USB線束為USB type A轉(zhuǎn)USB type B，并且把可編程電源電壓輸出端同待測(cè)試設(shè)備電源輸入端連接。

其次，要實(shí)現(xiàn)Python腳本控制電源，PC機(jī)需要對(duì)軟件環(huán)境進(jìn)行相關(guān)的配置：

（1）安裝N5700系列電源的驅(qū)動(dòng)軟件。驅(qū)動(dòng)軟件可以到相應(yīng)官網(wǎng)進(jìn)行下載，如本文下載的是KeysightInstrumentControlBund le_4.2018軟件，其中包括相應(yīng)驅(qū)動(dòng)軟件和相應(yīng)的編程IDE；

（2）搭建Python開(kāi)發(fā)環(huán)境。具體可以參考網(wǎng)上一些教程，這里就不詳細(xì)介紹了，值得注意的是注意配置PATH環(huán)境變量、安裝VISA庫(kù)及Python編程環(huán)境。

（3）確保PC機(jī)上有visa32.dll文件的存在，一般該文件存放位置在c：/windows/system32/visa32.dll。

3.2 Python腳本開(kāi)發(fā)

首先，獲取可編程電源的USB或者以太網(wǎng)地址，把USB線束或者以太網(wǎng)線束將可編程電源和PC機(jī)相連，然后打開(kāi)已安裝好的Keysight Connection Expert軟件，該軟件中會(huì)自動(dòng)識(shí)別出該電源的相應(yīng)地址，如圖2所示。

圖2：軟件識(shí)別出的相應(yīng)地址

其次，定義相應(yīng)通訊接口，這里以以太網(wǎng)為例。利用VISA庫(kù)的API函數(shù)visa.ResourceManager創(chuàng)建visa實(shí)例對(duì)象，調(diào)用對(duì)象中的open_resource函數(shù)傳入上述所查詢的地址建立相應(yīng)的通訊連接。然后調(diào)用相應(yīng)的SCPI指令實(shí)現(xiàn)控制（詳細(xì)的指令信息可查看 IEEE488.2,根據(jù)需要選擇性的使用），如發(fā)送“*IDN?”查看可編程電源相關(guān)信息，同時(shí)也可以驗(yàn)證是否和可編程電源通訊成功。

最后，通過(guò)Python語(yǔ)言定義一個(gè)循環(huán)，循環(huán)中通過(guò)發(fā)送SCPI指令來(lái)控制可編程電源的電壓輸出，并監(jiān)測(cè)上電情況下可編程電源的電流值，作為判斷可編程電源是否正常啟動(dòng)的標(biāo)志。值得注意的是，設(shè)置斷電控制是把電壓設(shè)置一個(gè)比較小的電壓（低于設(shè)備的供電電壓），而不是設(shè)置為0，這樣減少對(duì)可編程電源的沖擊；設(shè)置時(shí)間間隔的話需要考慮可編程電源電壓輸出至穩(wěn)定輸出的時(shí)間。具體的控制流程圖如圖3所示。

3.3 測(cè)試階段

在完成設(shè)備相關(guān)連接及可編程電源的Python腳本控制的設(shè)計(jì)后，給相應(yīng)設(shè)備上電進(jìn)行調(diào)試。通過(guò)以太網(wǎng)連接可編程電源和PC，運(yùn)行Python腳本，觀察可編程電源的電壓變化情況，并觀察測(cè)試設(shè)備的上下電情況。通過(guò)觀察，可編程電源按照設(shè)定的時(shí)間間隔調(diào)整電壓輸出，并且測(cè)試設(shè)備根據(jù)電壓變換正常上下電，完成測(cè)試設(shè)備的上下電自動(dòng)化測(cè)試，驗(yàn)證了設(shè)備軟硬件的可靠性。

4 總結(jié)

文章介紹Python、可編程電源和上下電測(cè)試實(shí)現(xiàn)的一些關(guān)鍵技術(shù)，在硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，采用Python腳本語(yǔ)言和SCPI指令，實(shí)現(xiàn)了可編程電源的電壓控制，較好地解決了測(cè)試設(shè)備的上下電的自動(dòng)化測(cè)試，測(cè)試設(shè)備在正常運(yùn)行中異常掉電對(duì)設(shè)備軟硬件的影響，驗(yàn)證設(shè)備軟硬件的可靠性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，測(cè)試設(shè)備自動(dòng)化上下電測(cè)試執(zhí)行效率高，并且檢測(cè)準(zhǔn)確，對(duì)自動(dòng)化測(cè)試有一定的參考價(jià)值！

圖3：控制流程圖