（电磁场与微波技术专业论文）移动通信设备自动测试系统设计与实现.pdf

南京邮l 乜人学硕1 研究生学位论文 摘要 摘要 g s m 与c d m a 移动通信系统是当前使用得最为广泛的通信系统。随着通 信技术的不断发展，其设备的技术含量在不断提升，设备的测试方法和过程也 变得越发复杂。 传统的人工手动测试方法要求操作人员对仪器非常熟悉，对具体测试步骤、 原理等都十分了解，因此手动测试对操作人员的要求较高。并且，手动测试存 在测试周期长、工作量大、可靠性差、数据记录繁琐、缺乏客观性等诸多缺点。 已经不能适应现代通信设备测试的需求。而自动测试系统是以计算机和信息处 理为中心，解决了手动测试存在的很多问题，可以进行大量重复性的测试，可 靠性高。且功能丰富，使用方便，显示出极大的优越性。 本论文工作基于江苏省无线电管理局移动通信设备自动测试系统设计与 实现项目。介绍了现代自动测试系统接口、驱动程序和应用开发环境三个层 面的关键技术，主要包括g p i b 、v i s a 和测试数据处理的一般方法。详细说明 了g s m 和c d m a 两类移动台的指标参数，及其测试流程。最后从硬件组成、 软件体系结构和应用软件开发三个方面阐述了基于g p i b 总线技术的移动通信 设备自动测试系统设计与实现方案。 系统具有标准维护、自动测试、数据统计管理、报告自动生成等功能，体 现了实用性、完备性、灵活性、安全性、可扩展性等特点。系统方案最大限度 地实现了测试的自动化，并具有一定的代表性。该测试系统已实际运用于江苏 省无线电管理局监测站实验室，使用的过程中，给工作人员带来极大的便利， 具有一定的推广价值。 关键词自动测试系统移动台基站直放站g p i bv i s a 南京邮i u 人学颂十研究生学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t g s ma n dc d m aa r et h em o s tw i d e l yu s e dm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mn o w w i t ht h ea p p l i c a t i o no fn e wc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , t h ee q u i p m e n t sb e c o m e m o r ec o m p l i c a t e d ，a n ds oa st h em e t h o d sa n dp r o c e s s e so ft e s t i n g t h et r a d i t i o n a lm a n u a lt e s t i n gm e t h o dr e q u i r e sh i g ht e c h n i q u ef o ro p e r a t o r s t h e ym u s tb ef a m i l i a rw i t ht h et e s t i n gi n s t r u m e n t s ，t h ed e t a i l so ft e s t i n ga p p r o a c h e s a n dp r i n c i p l e s f u r t h e r m o r e ，t h et r a d i t i o n a lm e t h o dh a sm a n ys h o r t c o m i n g s ，s u c ha s b e i n gt i m e c o n s u m i n g ，l o wd e p e n d a b i l i t y , b e i n gh a r dt o r e c o r dd a t aa n dl a c ki n o b j e c t i v i t y , e t c i th a sn o tb e e na b l et om e e tm o d e mt e s t i n gr e q u i r e m e n t s h o w e v e r ， t h ea u t o m a t i ct e s t i n gs y s t e m ( a t s ) ，w h i c hb a s e do nc o m p u t e ra n di n f o r m a t i o n p r o c e s s i n gt e c h n o l o g i e s ，c a l la v o i dt h e s ed i s a d v a n t a g e so fm a n u a lt e s t i n gm e t h o d i t h a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fh i g hd e p e n d a b i l i t y , p o w e r f u lp e r f o r m a n c e s ，a n db e i n g c o n v e n i e n tt ou s e ，e t c t h ep a p e rb a s e so nt h ep r o j e c to f “m o b i l ec o m m u n i c a t i o ne q u i p m e n t s a u t o m a t i ct e s t i n gs y s t e md e s i g na n dr e a l i z a t i o n ”，w h i c hi ss e tu pb yj i a n g s u r a d i oa d m i n i s t r a t i o nb u r e a u ，2 0 0 5 f i r s t l y , t h ek e yt e c h n o l o g i e sa b o u ts y s t e m i n t e r f a c e ，d r i v e rs o f t w a r ea n da p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n ta r ei n t r o d u c e d ， m a i n l yi n c l u d i n gg p i b v i s aa n dd a t ap r o c e s s i n gm e t h o d s 强蹦t h et e c h n i c a l p a r a m e t e r so fm o b i l eu n i ta n dt e s t i n gf l o w sa r ei l l u m i n a t e di nd e t a i l a n df i n a l l y , t h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o ns c h e m e so ft h ea t s ，w h i c hb a s e do ng p i b ，a r es t a t e d f r o mt h r e ea s p e c t s ：h a r d w a r ec o n s t r u c t i o n ，s o f t w a r ea r c h i t e c t u r ea n da p p l i c a t i o n s o f t w a r e t h ea t sh a st h ef u n c t i o n so fc r i t e r i o n sm a i n t e n a n c e ，a u t o m a t i ct e s t i n g ， m a n a g i n gd a t a ，a n da u t o m a t i cc r e a t i n gt e s t i n gr e p o r t s ，e t c a n di th a st h ef e a t u r e so f a p p l i c a b i l i t y , i n t e g r a l i t y , f l e x i b i l i t y , s e c u r i t ya n de x t e n s i b i l i t y , c t c f u r t h e r m o r e ，t h e s c h e m ei sr e p r e s e n t a t i v e ，a n dr e a l i z e st h et e s t i n ga u t o m a t i s mi nt h eg r e a t e s td e g r e e k e y w o r d sa t s ；m o b i l eu n i t ；b a s es t a t i o n ；r e p e a t e r ；g p i b ；v i s a 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：工学电磁场与微波技术 研究方向： 移动通信与网络优化 作 者：三塑羔级研究生 李明 指导教师毖些苤 题 目：移动通信设备自动测试系统设计与实现 英文题目： m o b i l ec o m m u n i c a t i o ne q u i p m e n t sa u t o m a t i ct e s t i n g s y s t e md e s i g na n dr e a l i z a t i o n 主题词： 自动测试系统移动台基站直放站 g p i b v i s a k e y w o r d s ：a t s m o b i l eu n i t b a s es t a t i o n r e p e a t e r g p i b v i s a 南京邮r 包大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 自动测试系统的发展现状与方向 测试技术是研究信息采集、转化、处理的- - f - j 基础科学。在信息化的今天， 随着近现代科学技术，特别是信息科学，材料科学、微电子技术和计算技术的 迅速发展，测试技术所涵盖的内容更加深刻、更加广泛。同时，科技的发展也 对电子测试提出了越来越高的要求，主要表现在测试内容日趋复杂，工作量急 剧增加，对测试设备在功能、性能、测试速度、准确度等方面的要求也日愈提 高。在这种形势下，传统的人工测试已经很难满足要求，使用自动测试系统成 为必然选择。 所谓自动测试系统，一般是指在人工最少参与的情况下，由计算机程序控 锩4 若干可编程仪表自动进行测试和数据处理，并以适当的方式给出测试结果的 一整套装置( 1 】。具有速度快、效率高、实时性好、数据吞吐量大、操作简单、 功能强大等优点。 基于计算机的测量是以自动测试系统为代表的现代测试技术的主要特点。 自动测试系统的产生与发展最早可追溯n - - 十世纪五十年代中期，六十年代中 期进入民用市场，标准化工作从七十年代一直持续到九十年代。它的发展大体 经历了三个主要阶段。 第一代自动测试系统大多是针对某项具体测试任务而专门设计制造的专用 系统，尽管它们能完成大量复杂的测试任务，承担繁重的数据分析、t 信息处理 工作，且能快速准确地给出测试结果，但由于标准化程度比较低、可移植性差、 等因素，导致系统使用率低下。 第二代自动测试系统开始采用组合式或积木式的组建概念，即采用了标准 化的通用接口总线、可程控设备和测控计算机，从而使得a t s 的设计、使用和 组建都比较容易，因此得到了广泛的应用。 第三代自动测试系统不再是对人工测试的简单模拟。在这种系统钟，强调 了计算机的核心作用，用强有力的计算机软件代替传统仪器的某些硬件，用计 南京邮 乜大学硕士研究生学位论文 第一章绕论 算机直接参与测试信号的产生和测量特性的解析。这样，仪器中的某些硬件甚 至所有都从系统中“消失”了，而由计算机及软件来完成它们的功能，形成一 种所谓的“虚拟仪器”。所谓“虚拟仪器”是指主要用计算机附以少量通用硬件， 如a d 、d a 数据采集器等完成原来由物理仪器完成的功能，它的运行主要 依赖于软件，所以具有造价低、功能全、灵活性好等优点1 2 j 。第三代自动测试 系统不仅在硬件上采用模块化标准化思想，而且在测试软件的设计与实现中应 用面向对象设计方法实现信息封装与继承。无疑第三代自动测试系统是电子测 量的一个重要发展方向。未来的自动测试系统将是仪表互连与虚拟仪器相结合 的体系结构。 接 r n 总线 图1 1a t $ 拓扑结构框图 一个典型的自动测试系统拓扑结构如图1 1 所示。包括计算机、接口总线 和仪器三部分组成。接口总线是组建自动测试系统的关键，他将所有分立仪器 和计算机互连起来，作为各部件间通信的桥梁。利用总线技术，能够大大简化 系统结构，增加系统的开放性、可靠性和可维护性，便于实行标准化以及组织 规模化的生产，从而显著降低系统成本。 在1 9 7 5 年阻前，程控仪器的接口未标准化。在逻辑电平、编码格式、定时 关系、信号线的多寡、接口的形式和功能等方面均各自互不兼容。组建自动测 试系统不得不为每个组件设计一个专用转换接口，花费的成本较高，而且系统 组建十分麻烦。 7 0 年代中期后，接口的逐步标准化使a t s 组建工作大为简化，因此，接口 的全面标准化和使用简便化便成为自动测试系统发展中的一个极端紧要的关 键。仪器通用接口标准是考虑计算机和程控仪器通讯的特殊要求量身定制的关 于信号线数目、通信协议乃至连接装置的一套完整的技术规范。仪器接口标准 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 在a t s 中起到相当重要的作用：首先，它是专门为解决计算机和仪器接口问题 而制定的，因此能够很好的满足计算机和程控仪器交换信息的全部需要；其次， 各厂家都按统一标准规范仪器接口，实现了接口的通用性，大大简化了软、硬 件系统的设计。在硬件方面，可以像“搭积木”一样组成所需要的a t s ，这样 组成的a t s 易于扩充和重构，不仅降低了系统组建成本，而且使每台仪器的功 能得到充分发挥。在软件方面，软件从业人员根据通用接口标准推出了各种测 试软件开发平台。 在a t s 的发展过程中，先后已经出现了多种仪器标准接口，最典型的有 g p i b 、v x l 、p x i 总线三种【3 】。 1 2 本论文的选题背景和意义 本论文是在江苏省无线电管理局移动通信设备自动测试系统设计与实现 项目的基础上进行的研究。 g s m 与c d m a 移动通信系统是当前使用得最为广泛的通信系统，随着通 信技术的不断发展，其设备的测试方法和过程也变得越来越复杂。在采用自动 测试系统以前，无线电管理局监测中心对移动通信设备的抽检均采用人工手动 测试方式。手动测试要求操作人员对仪器非常熟悉，对具体测试步骤、原理等 都十分了解，因此手动测试对操作人员的要求较高。并且手动测试存在着以下 一系列的弊端： 周期长，工作量大测试一台设备需要半天时间左右，而且一次测试 的样品数有3 至5 台，因此手动测试会十分耗时； 可靠性差难以克服测试结果的随机性，加上人为失误的影响； 数据记录繁琐大量的文本数据和图像数据，并且不具有数据管理， 报告查询功能； 缺乏客观性难以保证数据的真实性，可信度低。 而移动通信设备自动测试系统是以计算机和信息处理为中心，解决了手动 测试存在的很多问题。该自动测试系统可以进行大量重复性的测试，可靠性高。 它对操作人员要求不高，只要求会使用测试软件即可，无需深入了解测试原理 及仪器等。与手工测试相比功能丰富，使用方便，显示出很大的优越性。系统 南京邮电大学硕士研究生学位论义 第一章绪论 中的数据库管理部分更是极火地提高了管理测试数据的商效性和方便性，通过 数据库管理功能可以很方便地查找以往的测试记录，包括测试日期、测试员、 测试原始数据及结果，测试完成后还可自动生成测试报告，大大减少了测试人 员的工作强度。 1 3 论文的研究内容和工作目标 设计完成的移动通信设备自动测试系统主要有频谱分析仪( e 4 4 4 0 a ) 、综 合通信测试仪( c m u 2 0 0 、c m d 5 7 、h p 8 9 2 0 ) 、信号源( e 4 4 3 7 b ) 、微波开关、 测试计算机，以及不同规格的滤波器、衰减器和连接设备组成。能够根据我国 目前移动台、基站、直放站射频行业检测标准、国际标准和国家无线电委员会 的相关规定完成g s m 和c d m a 移动台、基站、直放站的自动测试工作，并且 具有数据统计管理、测试报告自动生成功能。由于篇幅所限，本论文工作的重 点将放在g s m 9 0 0 和c d m a 2 0 0 0 两类移动台模块的设计与实现上。 全文共分六章，第一章是绪论部分，介绍了自动测试系统的发展现状与发 展方向，给出了自动测试系统的框架结构。其次，说明了本论文工作的意义、 目标和研究内容。文中提出的自动测试系统方案能够很好地解决现在无线通信 设备检测中面临的问题，具有一定的推广价值。 第= 章主要介绍了实现自动测试系统中涉及的关键技术。重点在接口技术 和测试软件体系结构。对比了g p i b 、v x i 、p x i 总线的特点，并且重点介绍了 g p i b 总线技术和其寻址方式。然后分应用程序开发环境和应用软件、设备驱动 程序和i o 接口软件三层详细阐述了测试软件体系结构。并且，明确了测试程 序实现的两种方式，即d i r e c ti o 与d r i v e r 。最后给出了误差理论和测试数据的 一般处理方法。本章为移动通信设备自动测试系统的实现奠定了理论基础。 第三章针对待测的两类移动台( g s m 9 0 0 、c d m a 2 0 0 0 1 x ) ，依据现行射频 行业检测标准，介绍了它们的各种指标参数。并联系现有测试设备，给出了每 种指标的测试方法和测试流程。 第四章主要从硬件组成、软件体系结构和应用软件开发三个方面详细介绍 了系统的具体实现。硬件系统主要从最大限度实现测试自动化出发，给出了两类 移动台的测试系统硬件组成框图；另外，介绍了微波开关控制器的设计。测试 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 软件介绍从各模块设计出发，着重体现了测试软件系统的实用性、灵活性、安 全性、可扩展性等特点。 第五章介绍了设计完成的测试软件的各功能模块及其使用，并给出了应用 该测试系统测试的某g s m 9 0 0 移动台的详细测试数据。 第六章是全文总结，概述了移动通信设备自动测试系统的特点及应用前景。 5 南京i i | i f 电犬学硕士研究生学位论文第二章现代自动测试系统关键挫术 第二章现代自动测试系统关键技术 计算机自动视4 量与控制c a m a c ( c o m p u t e ra u t o m a tm e a s u r e m e n ta n d c o n t r 0 1 ) 系统是- - 7 新兴的科学，它是自动控制技术、计算机技术和微电子学 相结合的产物。自动测试系统也是计算机测控系统的一种。卒章将详细介绍一 个典型的自动测试系统实现中所涉及的关键技术，这些技术也是本论文工作的 理论基础。 2 1 可编程仪器通用接口总线 接口总线的类别很多，分类方式也多种多样。根据用途和应用场合，测量 总线多属于外总线，它是指用来实现计算机系统与系统之间、计算机与外部设 备之间通信的一类总线，又称为通信总线( c o m m u n i c a t i o n b u s ) 或系统级总线 ( s y s t e m - l e v e lb u s ) 。这种总线并非计算机系统特有，往往是借用电子工业领 域已有的总线标准，如仪器总线等【4 】。典型的外总线包括r s 2 3 2 、 i e e e 4 8 8 2 ( g p i b ) 、v x i 、p x i 、u s b 总线等。其中g p i b 、v x i 、p i x 总线的在 目前自动测试系统中应用的最为广泛。下面比较这三种总线各自的特点，重点 介绍g p i b 总线技术。 2 1 10 p i b 、) c i 、p x l 总线概要 1 g p i b 总线 g p m ( g e n e r a lp u r p o s ei n t e r f a c eb u s ) 是一种8 位宽度，字节串行位并行的接 口总线- 1 9 8 7 年，a n s i i e e e 标准4 8 8 2 更明确地定义了控制仪器通过o p i b 通讯的方式，因此g p i b 又称为i e e e 4 8 8 2 。 g p i b 是传统测试仪器在数字接口方面的延伸和扩展，它的出现促使电子测 量由传统独立单台手工操作向大规模自动测试系统发展。其传输速率理论上可 以达到1 m b s ”。 g p i b 首次规范了接口功能，规定了控者、讲者、听者等十种接口功能。其 o p i b 首次规范了接口功能，规定了控者、讲者、听者等十种接口功能。其 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章现代自动测试系统关键技术 第二章现代自动测试系统关键技术 计算机自动测量与控制c a m a c ( c o m p u t e ra u t o m a tm e a s u r e m e n ta n d c o n t r 0 1 ) 系统是- 1 7 新兴的科学，它是自动控制技术、计算机技术和微电子学 相结合的产物。自动测试系统也是计算机测控系统的一种。本章将详细介绍一 个典型的自动测试系统实现中所涉及的关键技术，这些技术也是本论文工作的 理论基础。 2 1 可编程仪器通用接口总线 接口总线的类别很多，分类方式也多种多样。根据用途和应用场合，测量 总线多属于外总线，它是指用来实现计算机系统与系统之间、计算机与外部设 备之间通信的一类总线，又称为通信总线( c o m m u n i c a t i o nb u s ) 或系统级总线 ( s y s t e m l e v e lb u s ) 。这种总线并非计算机系统特有，往往是借用电子工业领 域已有的总线标准，如仪器总线等1 4 。典型的外总线包括r s 2 3 2 、 i e e e 4 8 8 2 ( g p i b ) 、v x i 、p x i 、u s b 总线等。其中g p i b 、v x i 、p i x 总线的在 目前自动测试系统中应用的最为广泛。下面比较这三种总线各自的特点，重点 介绍g p i b 总线技术。 2 1 1g p l b 、v x i 、p x i 总线概要 1 g p i b 总线 g p i b ( g e n e r a lp u r p o s ei n t e r f a c eb u s ) 是一种8 位宽度，字节串行位并行的接 口总线，1 9 8 7 年，a n s i e e e 标准4 8 8 2 更明确地定义了控制仪器通过g p i b 通讯的方式，因此g p i b 又称为i e e e 4 8 8 2 。 g p i b 是传统测试仪器在数字接口方面的延伸和扩展，它的出现促使电子测 量由传统独立单台手工操作向大规模自动测试系统发展。其传输速率理论上可 以达到l m b s 5 l 。 g p i b 首次规范了接口功能，规定了控者、讲者、昕者等十种接口功能。其 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章现代自动测试系统关键技术 发展成熟，性能可靠，系统结构和命令简单，主要应用于台式仪器，适用于精 确度要求高，但不要求数据高速传输的情况。广泛应用于工业现场和一般实验 条件下的基础测试，是台式仪器的主流接口总线。目前，世界各大仪器制造商 如a g i l e n t 、n a t i o ni n s t r u m e n t 生产的可编程仪表普遍配备了g p i b 接口，同时提 供了较多的软件支持。 2 v x i 总线 v x i ( v m e b u se x t e n s i o n sf o ri n s t r u m e n t a t i o n ) 是一种新的插件式接口标准， 即后来的i e e e l l 5 5 标准。v x i 是高速计算机总线v m e ( v e r s am o d u l e e u r o c a r d ) 在仪器领域的扩展，它主要针对计算机和仪器通信的特殊需要增加 了部分信号线，如模拟线、促发线、时钟线和识别线等。v x i 系统主要包括主 机箱、“0 槽”控制器、具有多种功能模块的模块仪器和驱动软件、系统应用软 件等。v x i 仪器模块装入标准机箱内，并与背板上的v x i 总线相连。并且，至 多可包含2 5 6 个装置，可组成一个或多个子系统，每个子系统最多可包含1 3 个 插入式模块。 v x i 总线系统的控制方案是影响系统整体性能的最大因素之一。常见的系 统控制方式有g p i b 、嵌入式和m x i 三种控制方案。三种控制方案均是通过“0 ” 槽控制器插件与计算机相连，不同之处在于选择的连接方式不同。g p i b 控制方 案选用g p i b v x i 转接方式，嵌入式控制方案是直接在“0 ”槽中插入嵌入式计 算机，而m x i 控制方案采用高速的m x i 连接器与背板v x i 总线连接。其中， 嵌入式方案可以获得最大的系统性能，理论上可达4 0 m b s ，相当于g p i b 总线 带宽的4 0 倍f 6 】。 v x i 总线具有标准开放、结构紧凑、数据吞吐量大、定时和同步精确、可 扩展性好等优点，特别是其使用灵活、易于组建、模块可重复利用，大大减少 了用户的系统开发时间，尤其是组建大、中规模的自动测量系统时。v x i 适用 于对速度、精度要求高的场合。但费用昂贵，现在，主要用于军事、航空航天 等领域的量测平台。 3 p x i 总线 南京邮i u 大学硕士研究生学位论文 第二章现代自动测试系统关键技术 p x if p c ie x t e n s i o n sf o ri n s t r u m e n t a t i o n ) 总线是1 9 9 7 年美国国家仪器公司 ( n d 发布的一种高性能低价位的开放性、模块化仪器总线。p x i 总线规范对机箱 和印制电路板的温度、湿度、振动、冲击、电磁兼容性和通风散热等提出了要 求，与v x i 总线的要求非常相似。p x i 总线与台式p c i 规范具有完全相同的p c i 性能。利用p c i p c i 桥技术扩展多台p x i 系统，可以使扩展槽的数量在理论上 最多能达到2 5 6 个。 p x i 总线控制方案主要包括g p i b p x i 、m x b p x i 和e t h e m e t - p x i 等。p x i 的数据传输速率的峰值在3 3m h z 、3 2b i t 的总线上，可达1 3 2 m b s ；在6 6m h z 、 6 4b i t 的总线上更可高达5 2 8 m b s ，远远高于g p i b 与v x i 接口的传输速率j 。 p x i 总线的突出特点在于实现了仪器与计算机p c i 的完全互操作，接口极 为方便，数据吞吐量高。p x i 目前己在汽车测试、半导体测试、功能性测试、 航空设备测试以及军事等诸多领域得到了广泛的应用。 2 1 2g p l b 总线技术 g p i b 总线是在美国h p 公司1 9 6 5 年推出的仪器接口系统( h p i b ) 发展而来 的，h p i b 推出以来g p i b 总线发展经历了几个阶段，如表2 - 1 所示。 表2 - 1g p i b 总线发展历程 时间 1 9 6 5 矩1 9 7 5 年1 9 8 7 生1 9 9 0 年1 9 9 2 芷 推出 被按纳为确定为国际标准 s c p i 将这个国修订 重要事件际标准定义为 i e e e 4 8 8 i p i bi e e e 4 8 8a n s i ，1 e e e 4 8 8 - 1 9 8 7 i e 髓4 8 8 22 典型的基于g p i b 总线的自动测量系统由计算机、g p i b 接口卡和若干g p i b 接口仪器采用星形或线形方式连接而成( 图2 - 1 ) 。各设备之间的通信通过接口 消息机制完成。g p i b 总线上传递的消息，分为接口消息和仪器消息两种。所谓 接口消息，是指用于实现并管理各种接口功能的控制、挂钩和命令等信息的总 称，它只能在接口功能及总线之间传递，并为接口功能所利用和处理，而决不 允许传送到仪器功能内部。仪器消息是指仪器的控制命令和数据，在仪器功能 间传输，并为仪器功能所利用和处理，它不改变接口功能的状态。 南京邮i u 人学硕十研究生学位论立 第二章现代自动测试系统关键技术 g p i b 设备 线型连接 图2 - ig p i b 总线五连方式 g p i b 总线的基本特性主要包括以下几个方面： 1 g p i b 接口采用2 4 针结构，其中5 位接口控制线，3 位通信握手线，8 位并行数据线，剩余8 位为地线和屏蔽线，如图2 2 所示。 一接口控制线：管理通过接口的控制和数据流； 一通信握手线：形成数据传输确认机制，保证数据的发送和接受顺序进 行； 一数据线：用于传输控制信息和数据。 1 n s 啪c 址ai n s t r u m e n tbi n s t r u m e n tc 图2 - 26 p i b 接口总线结构 2 g p i b 总线上最多可支持1 5 台设备( 包括控制计算机) ，并且设备只能 以听者、讲者或控者的身份存在( 图2 2 ) 。系统工作时，在某一时刻 只能有一台设备是控者，一台设备是讲者，其余设备只作为听者或处于 空闲状态，否则将会使系统的工作发生混乱 一控者：可以对系统其它部分进行寻址或发出管理信息，具有控制整个 系统协调工作的能力。如专用控制器、计算机等： 一讲者：可以通过接口发送各种数据和信息。如数字电压表、函数发生 南京邮 u 大学硕一j 研究生学位论文第二章现代自动测试系统关键技术 器等； 一听者：可以通过接口接收各种数据和信息。如示波器，计算机等。 3 g p i b 总线的总长度最大不超过2 0 米，并且任两台仪器间的总线距离不 超过2 米。 4 采用t t l 电平，负逻辑。数据传送方式为8 b i t 并行传输。传输速率一 般为2 5 0 5 0 0 k b s ，最高可达1 m b s 。 2 1 3g p i b 寻址方式 在自动测试系统中，连接在g p i b 总线上的各可编程仪器，都必须具有唯 一确定的g p i b 地址才能被控制计算机识别与访问。g p i b 地址的格式如下( 9 1 ： g p i b b o a r d ：p r i m a r ya d d r e s s ：s e e o n d a r ya d d r e s s ：i n s t r 表2 - 2g p i b 地址参数描述 参数描述 b o a r d g p i b 接口的编号( o 9 ) ，可选，默认值为0 p r i m a r ya d d r e s sg p i b 设备主地址( o 3 0 ) s e c o n d a r ya d d r e s s g p i b 设备辅地址( o 3 0 ) ，可选 i n s t r表示选择通信的资源是一台仪表 除仪器特别申明外，辅地址一般情况下不会使用。下面章节中提到的 c m u 2 0 0 移动台综合测试仪，需要使用辅地址来区分仪器内不同的测试模块。 如我们可以将仪器内g s m 9 0 0 模块对应的辅地址设为3 ，而d c s l 8 0 0 模块对应 的辅地址设为5 等等。假设c m u 2 0 0 的主地址已经设置为2 0 ，那么访问g s m 9 0 0 测试模块可以使用地址“g p i b 0 ：2 0 ：3 ：i n s t r ”。 2 2 软件开发平台 自动测试系统软件体系结构从上到下可典型地分为三层，分别是应用程序 开发环境和应用软件、设备驱动程序和i o 接口软件( 图2 3 ) 。本节和接下来 地两节将分别作详细介绍。 1 0 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章现代自动测试系统关键技术 应用软件开发环境 麻用软件 仪器驱动程序 接口f ，0 软件 图2 - 3 自动测试系统软件体系结构 应用软件的开发平台大致可以归纳为两种：一是采用通用软件进行编写， 主要包括m i c r o s o f t 公司的v i s u a lb a s i c 、v i s u a lc + + 和b o r l a n d 公司的d e l p h i ； 二是采用专业图形化编程软件进行开发，例如，d a t at r a n s l a t i o n 公司的h p v e e 和d t x e z l m 、n a t i o n a li n s t r u m e n t s 公司的l a b v i e w 和l a b w i n d o w “c v i 以及 h e w l e t tp a c k a r d 公司的h p v e e 。各开发软件的对比见表2 3 。 表2 - 3 各开发软件的特点 软件特点 m i c r o s o f tv i s u a lb a s i c易学、使用简单；面向对象的可视化编程软件；它的图形控件 m i c r o s o f tv i s u a lc + + 工具能生成复杂的多窗口用户界面而不必编写复杂的代码：可 b o r l a n dd e l p h i 仓q 建自己的a c t i v e x 空阀，以及多线程和线程安全a c t i v e x 部件 d a t at r a n s l a t i o nh p v e e用于w i n d o w s 操作系统的数据采集和产品开发的可视化编程 d t x e z l m 语言；灵活，便于应用编程以及和用户程序接口；具有a c t i v e x 控件系列，在v b 和v c 下，可以设计和配置d a t at r a n s l a t i o n 数据采集板；可以和其它a c t i v e x 控件组合创建测试应用程序 h e w l e t tp a c k a r dh p v e e不必编写代码就可以进行数据采集与分析：提供数据、处理控 制：提供测量过程和测试报告 n a t i o n a l i n s t r u m e n t s具有用于数据采集、仪器、网络和分析的完全集成库的图形开 l a b v i e w 发环境；可编译性能强；可在w i n d o w s3 1 9 5 n t 、m a co s l a b w i n d o w s c v i 和s u n 中应用，具有交叉平台兼容性；自动化的测试对接软件： s q l 数据库连接性和$ p c 分析工具 具有功能强大的函数库 用来创建数据采集和仪器控制的应用程序。 2 3 i 0 接口软件 1 s c p i 1 9 8 9 年，h e w l e t t p a c k a r d 公司引入了t m s l ( t e s t & m e a s u r e m e n ts y s t e m s l a n g u a g e ) 语言。紧接着，在t m s l 的基础上，各测量设备制造商在仪器的通 南京邮电大学预j j 研究生学位论文第二章现代自动测试系统关键技术 用控制方法上达成协议，共同提出了s c p l ( s t a n d a r dc o m m a n d s f o r p r o g r a m m a b l e ) 可编程仪器标准指令。 s c p i 编程语言的语法非常严格，并且很有层次。每条指令都对应着仪器的 一种操作。例如：“c o n f ：v o l t ：d c0 30 0 0 3 ”，这条指令告诉目标仪器准 备读入一个0 3 伏的直流信号，并且分辨率为3 毫伏。 2 s i c l 和v i s a 有了标准仪嚣指令还不够，要完成对接口的控制还需要底层的接口库，即 i t o 软件。s c p i 指令作为参数嵌入到接1 3 库函数中使用。目前，i o 软件主要包 括两大类：s i c l ( s t a n d a r di n s t r u m e n tc o n t r o ll i b r a r y ) 和v i s a ( v i s u a li n s t r u m e n t s o f i w a r va r c h i t e c t u r e ) 。不同的厂家可能会对i o 软件作稍许修改，但不会影响 到其通用性。 s i c l 称为标准仪器控制库，它是安捷伦公司( 原惠普公司) 提出的接口标 准，它支持多种平台和接口，但它只是安捷伦自己的标准。而v i s a 虚拟仪器 软件体系结构，是由v x i 总线即插即用系统联盟( v x l p l u g & p l a y ) 制定的通用仪 器接口标准。支持多种接口类型，包括g p i b 、v x i 、u s b 、l a n 和r s 一2 3 2 等。 对于支持该标准的接1 3 ，程序在不同厂家和不同类型的产品之间可以直接移植， 不需要做修改。 下面介绍几种典型的接1 3 库函数与其功能描述： 在具体使用v i s a 库进行接口操作之前，我们必须理解会话( s e s s i o n ) 这 个概念，会话其实就是一个通信的信道。使用时有两个步骤，首先打开资源管 理会话( r e s o u r c em a n a g e rs e s s i o n ) ，然后再打开使用的每个具体资源会话 ( r e s o l l r c es e s s i o n ) 。这里，资源管理会话相当于具体资源会话的父会话。表2 - 4 列出了会话控制的库函数及描述。 袁2 - 4 会话控制( v i s a 接口库函数) 函数功能 参数描述 打开一个资源s e s n ：资源管理会话名称 v i o p e n d e f a u l t p 瑚( s e s n ) 管理会话 v i o p e n ( s e s n ，r s r c n a m e ， 打开一个资源s e s d ：资源管理会话 a c c e s s m o d e ，ti m e o u t ，v i ) 会话r s r c n a m e ：资源地址 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章现代自动测试系统关键技术 a c c e s s m o d e ：使用资源的方式 ti m e o u t ：指令超时时限 v i ：该打开资源会话的指针 关闭资源会话v i ：需关闭资源会话的指针 v i c l o s e ( v i ) v i c l o s e ( s e s n )关闭资源管s e s n ：需关闭资源管理会话 理会话 查找所有满足s e s n ：资源管理会话 v i f i n d r s r c ( s e s n ，e x p r ，f i n d l i s t ， e x p r 格式限制e x p r ：查找的资源地址格式 的资源 f i n d l i s t ：记录这次查找的旬柄 r e t c n t ，i n s t r d e s c ) r e t c n t ：返回找到的资源总数 i n s t r d e s c ：当前指向资源的地址 在f i n d l i s tf i n d l i s t ：记录查找操作的旬柄 v i f i n d n e x t ( f i n d l i s t 。i n s t r d e s c )中查找下个资i n s t r d e s c ：当前指向资源的地址 源 其次，最关键的指令集是y o 指令。v i s a 的y o 指令集主要包括写入，读 取和查询三种，见表2 5 。每种指令前后两种方式的不同在于指令参数的处理上， 前者是仅支持孤立参数读写方式，而后者支持参数列表方式。 表2 - 5i o 指令( v i s a 接口库函数) 函数功能参数描述 v i p r i n t f ( v i 。w r i t e f m t 。a r 9 1 c ， 向v i 指向的 a r 9 2 )仪器中写指令 v i v p r i n t f ( v i ，w r i t e f m t ，p a r a m s ) v i s c a n f ( v i ，r e a d f m t ，a r 9 1 ， 从v i 指向的 v i ：资源会话的指针 a r 9 2 ， )仪器中读数据 w r i t e f m t ：仪器s c p i 指令 r e a d f m t ：仪器s c p i 指令 v i v s c a n f ( v i ，r e a d f m t ，p a r a m s ) a r g ( n ) ：指令参数 v i q u e r y f ( v i ，w r it e f m t ，r e a d f m t ，向v i 指向的p a r a m s ：指令参数 a r 9 1 ，a r 9 2 ， )仪器中写指 v i v q u e r y f ( v i ，w r i t e f m t ，r e a d f m t ，令，并立即读 p a r a m s )取返回数据 2 4 仪器驱动程序 仪器的驱动程序是加载在i o 库函数上的一层软件，引入的目的是简化测 试系统的开发过程，缩短开发周期。它使仪器之间、控制计算机和仪器之间通 信的具体细节变得更加透明。一台仪器的指令集通常十分庞大，而由于测试人 南京邮电大学硕i ：研究生学位论文 第二章现代自动测试系统关键技术 员经常使用的部分却十分有限! 所以仪器驱动通常不会覆盖所有的指令集，而 仅仅是其中指令集的一个子集。 仪器的驱动程序是面向确定仪器的，就像计算机中各部件的驱动程序一样， 一种品牌、型号的仪器对应一种驱动程序。 图2 - 4d i r e c ti o 和d r i v e r 两种仪器控制方式示意图