TestCenter中儀器控制的設計與實現

方 鵬 劉 毅 邱田華

（中國電子科技集團公司 第四十一研究所，山東 青島266555）

0 引言

筆者在參與一些自動測試系統軟件開發工程中，發現很多儀器設備，有現成的驅動程序，比如供應商提供的，或者用戶自己開發的；有些儀器設備直接就沒有驅動程序，但支持遠程控制；又或者，儀器設備的驅動程序提供的功能沒有完全覆蓋儀器設備的功能，而實際測試中又需要這些驅動之外的功能等。 對于以上幾種情形，本文提出了一種綜合性的儀器控制設計方法， 該設計方法在自動測試系統軟件平臺TestCenter 中已得到實際應用。TestCenter 是中國電子科技集團公司第四十一研究所研發的自動測試系統軟件平臺，集測試程序開發、調試、運行和管理于一體，主要應用于消費類電子產品、武器裝備功能測試與故障診斷等測試領域的整機、模塊、電路板等多級別的測試。本文將詳細TestCenter 軟件平臺中儀器控制技術的設計和實現。

1 設計思想

圖1 軟件架構

考慮到儀器功能和現有程控資源的差異性，TestCenter 軟件平臺采用如下圖所示的軟件結構實現對儀器設備的控制的，該軟件結構包括應用層、中間層（或插件層）、驅動層和硬件層等四個部分。頂層是應用層，即TestCenter 軟件平臺。 中間層是數據交互層，包括SCPI 插件、儀器插件等數據交互組件，負責應用層與驅動層之間的數據交互。 由于硬件層的不確定性，儀器設備的控制方式的不同，對前端產品的使用帶來挑戰。 中間層通過TestCenter 的規范接口與前端應用層進行數據交互，并通過驅動層對硬件層的物理設備進行控制，從而屏蔽這個影響。驅動層負責對硬件設備的控制，它包括SCPI 指令集、IVI 標準驅動程序、非IVI 標準驅動程序和VISA 庫等。而硬件層主要包括各種不同總線類型的硬件設備。由下圖可知，TestCenter 軟件平臺采用兩種方式控制硬件設備。 這兩種控制方式可以獨立使用，也可以相互結合使用。 在實現部分將主要對中間層的兩個關鍵組件進行詳細的介紹。

2 實現方法

自動測試系統軟件平臺TestCenter 的設計借鑒了模塊化儀器的硬件思想，采用了基于插件和軟件背板的體系架構。插件是TestCenter可識別的動態可插拔軟件模塊，是具有特定功能的軟件模塊，類似于軟件意義上的VXI 模塊。 TestCenter 提供了一個類似VXI 機箱的軟件背板，為插件的可插拔、插件的運行和插件間的數據共享提供支持。當然，插件與“背板”之間有規范的接口“插槽”，就如同VXI 或PXI 機箱與儀器模塊的接口關系。

TestCenter 插件是實現了一定功能的軟件模塊，它符合TestCenter插件的接口規范， 可被TestCenter 識別和運行， 通過插件接口與TestCenter 軟件平臺進行數據交互。 插件由一個執行程序文件和兩個網頁文件組成。 插件通過網頁的方式提供與用戶的交互界面，它包括兩個網頁，一個是設置頁面，用于讓用戶設置插件運行參數，另一個是狀態頁面，用于向用戶顯示插件運行結果。 插件執行程序用于提供設置頁面和狀態頁面中使用的ActiveX 控件以及實現TestCenter 插件接口的插件模塊。 TestCenter 通過調用插件接口方法， 從而完成插件功能。 儀器插件和SCPI 插件作為TestCenter 儀器控制插件，在其執行程序中實現了TestCenter 插件接口函數，其主要接口函數如圖2 所示。

圖2

主要接口函數功能描述如表1 所示。

表1

圖3 儀器控制流程示意圖

儀器插件和SCPI 插件是與TestCenter 軟件平臺中測試資源服務管理功能結合使用的。 測試資源服務管理是實現儀器互換的關鍵，它維護一個資源服務列表，包括對資源服務的添加、刪除、編輯等操作，并將服務列表以XML 文件進行保存。 資源服務由硬件資源和軟件資源組成。硬件資源主要包括硬件設備的描述屬性，如程控地址、設備型號、控制方式（如是否仿真）等；軟件資源主要包括驅動類別、驅動版本、驅動前綴及驅動程序路徑等。儀器插件和SCPI 插件通過服務名稱向資源服務管理器申請服務，獲取服務的硬件或軟件資源。

儀器插件主要是針對有驅動程序的儀器設備進行開發的。考慮到開發周期、成本和可重用性等實效性問題，實際應用中主要針對使用頻繁，且驅動程序有標準接口規范的儀器設備，或用戶自定義的驅動接口形式的儀器設備，如IVI 規范定義的儀器類。 當然，對于特定的儀器設備，其功能多，操作性強，且應用頻繁的，提供友好的用戶界面，能夠提高設備的易用性，對于這種情況，也適合于開發相應的儀器插件。若驅動層和插件層的接口規范通用，則硬件設備更換的時候，只需更換統一接口規范的驅動程序，即能在不改變程序代碼的前提下實現儀器設備的互換。

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儀器插件的設計流程如下：

·通過服務名稱查找服務對象；

·獲取服務對象的硬件資源和軟件資源；

·動態加載服務對象指定的設備驅動程序；

·調用驅動程序，控制服務對象指定的硬件設備。

SCPI 插件類似儀器插件， 區別在于儀器插件是通過調用儀器驅動程序來控制儀器設備的，而SCPI 插件不使用儀器驅動程序，而是通過直接調用VISA 庫函數發送程控指定， 從而實現對儀器設備的控制。 SCPI 插件維護一個SCPI 指令列表，主要包括指令添加、刪除、修改等操作， 并調用VISA 庫函數將發送指令或回讀數據。 SCPI （Standard Command for Programmable Instruments 程控儀器標準命令） 使用標準程控信息、 儀器響應和數據格式從而實現兼容的編程環境，具有很好的規范性和通用性，即使用SCPI 插件開發的測試程序也具有很好的移植性。

SCPI 插件的設計流程如下：

·通過服務名稱查找服務對象；

·獲取服務對象的硬件資源；

·直接通過VISA 庫函數發送SCPI 澄空指令，控制服務對象指定的硬件設備。

SCPI 插件對儀器設備的控制分為三個步驟：

·連接儀器；

·發送指令，發送/接收；

·斷開儀器連接。

所使用的VISA 庫函數主要包括：

ViStatus _VI_FUNC viRead (ViSession vi, ViPBufbuf, ViUInt32 cnt, ViPUInt32 retCnt);

ViStatus _VI_FUNC viWrite (ViSession vi, ViBufbuf, ViUInt32 cnt,ViPUInt32 retCnt);

ViStatus _VI_FUNC viClose (ViObject vi);

儀器插件與SCPI 插件控制流程如圖3 所示。

3 總結

本文介紹了兩種基于TestCenter 軟件平臺的儀器控制方式，兩種方法各有優勢。 儀器插件界面友好，適用于功能復雜、重用性高的，且有驅動程序有標準接口規范的儀器設備；SCPI 插件直接通過發送指令控制儀器設備，使用靈活便捷。在實際測試過程中，可以單獨使用某一種方式，也可以兩種方式結合使用，為用戶的測試序列開發提供靈活的選擇，從而更好地滿足測試需要。 使用該方法開發的測試程序具有很好的重用性和可移植性， 在實際測試中已得到較廣泛的應用，并取得了可觀的經濟效益。

［1］方葛豐，劉毅，等.自動測試系統軟件平臺技術[J].儀器儀表，2009，10.

［2］曹志偉，周曉東，等.TPS 可移植性及其評估方法研究[J].理論與方法，2007，9.