基于NI-LabVIEW環境加載板傳輸速率校準自動測試系統

陸春，程金朋，成立鵬，劉向明

（武漢工程大學機電工程學院，湖北武漢430073）

基于NI-LabVIEW環境加載板傳輸速率校準自動測試系統

陸春，程金朋，成立鵬，劉向明

（武漢工程大學機電工程學院，湖北武漢430073）

針對加載板傳輸速率校準測試要求，開發了一種基于LAN接口組合儀器自動測試平臺，該平臺基于虛擬儀器技術中的LabVIEW圖形化編程開發，將多臺儀器有機組合。并采用眼圖六點法檢測的方式，將預估眼圖面積與理想狀態的眼圖面積之比與閾值比較，通過這種方法對信號的傳輸速率質量進行評判，實現了對加載板傳輸速率校準的自動有序測試，自動存儲，對加載板傳輸速率生產檢驗具有重大的實際工程意義。

LABVIEW；LAN接口；傳輸速率；眼圖六點法檢測

傳輸速率（Transmission Rate）是衡量系統傳輸能力的主要指標。它有以下幾種不同的定義：碼元傳輸速率；比特傳輸速率；消息傳輸速率。在對加載板傳輸速率校準測試系統中選取碼元傳輸速率作為其定義即每秒鐘通過信道傳輸的碼元數。

對系統的傳輸速率性能測試過程中需要同時利用多臺實驗設備，但在實際應用中多臺儀器的綜合應用會導致測試流程不清，操作混亂，數據記錄存儲程序繁瑣等問題，需要有統一的集成測試平臺將多臺儀器有機集成，實現測試的流程控制和數據的自動存取［1］。采用NI-LabVIEW虛擬平臺很好的解決了這個問題。

1　傳輸速率性能評判方法

按照設計要求規定在200 Mbps～3.6 Gbps條件下對通過加載板的傳輸速率的性能進行評判。通過示波器來獲取某傳輸速率下的眼圖是評判傳輸速率性能的一種方法，主要通過測試眼圖的眼高［2］、眼寬、上升時間、Q因子等特征參數值來評判傳輸速率的性能。

眼寬、眼高決定了眼圖縱向橫向的眼開度，眼寬反映了傳輸線上信號的穩定時間，眼高即最佳判決時刻反映了傳輸線上信號的噪聲容限，理想狀態下噪聲容限為1，在一定范圍內，眼寬、眼高越大對噪聲和抖動容許程度越好；上升時間決定了可傳遞的信號及容忍誤碼比率能力，在一定范圍內，上升時間愈短代表可傳遞的信號及容忍誤碼比率越好；Q因子綜合反映眼圖的質量問題，用于測量眼圖信噪比的參數，在一定的范圍內Q因子越高眼圖的質量就越好信噪比就越高，Q因子可以表示為式（1）

其中，“1”電平的平均值Ptop與“0”電平的平均值Pbase的差為眼幅度，“1”信號噪聲有效值δ1與“0”信號噪聲有效值δ0之和為信號噪聲有效值。

但對于通過眼圖測試出來的特征參數值能難以直觀的去判斷某傳輸速率性能指標是否合格，針對這個問題提出基于六點法原理（如圖1所示）來檢測傳輸速率質量的方法。圖1為在某傳輸速率下測試得到的眼圖，將眼圖等效為圖1中的六邊形ABCDEF，根據測試得到眼高、眼寬、上升時間等參數預估實測眼圖的面積；在理想狀態下設想上升時間趨于零測試得到的眼圖應為圖1中的矩形A'B'C'D'，根據測試得到的眼高、眼寬參數預估理想狀態下眼圖面積。通過將預估眼圖面積與設定理想眼圖的面積比（即SABCDEF/SA'B'C' D'）的值（比值越大代表越接近理想狀態，則傳輸速率的性能質量越好）與設定的閾值（≤1）比較來判斷此傳輸速率性能是否合格，當大于等于給定的閾值則判斷在此傳輸速率下通過加載板后信號傳輸速率質量是合格的，否則不合格。

圖1　六點法示意圖Fig.1Six point method sketch

通過這種方法對評判傳輸速率質量給出了一定參考的標準，相比單純的通過的測試參數的值來評判傳輸速率質量更加直觀明了、方便。

在對加載板傳輸速率的測量時，由于波形經常受到噪聲和抖動效應使得眼圖變得模糊，因此我們更經常用比較清晰的20～80%幅度作為上升時間測量值，并用以下近似關系將20～80%上升時間變換為10～90%上升時間：

所以眼圖的等效面積公式為（2）及其理想狀態眼圖面積公式為（3）：

其中：LEYE-Width代表眼寬；HEYE-Height代表眼高；Tr10～90%代表幅度10%上升到幅度90%所需要的時間。

2　測試系統硬件構成實現

此加載板傳輸速率測試系統硬件如圖2所示，主要計算機、示波器（高速碼型測試儀MP1800A、高速實時示波器DSA71254C）、路由器、待測加載板、適配器、探針、專用電纜線等幾部分組成。由圖2可知此測試系統通過網線、專用電纜線等將計算機、示波器相互銜接完成人機交互與控制算法、數據處理以及結果輸出顯示［3］。

當測試系統開始工作時先由操作者在計算機上選擇VISA資源名稱及待測加載板通道號、輸入傳輸速率的參數配置后，點擊配置按鈕，等待高速碼型發生器MP1800A配置完成后；然后點擊測試按鈕，高速碼型發生器MP1800A發送測試信號，通過適配器連接探針對準待測加載板上的某個待測通道后，高速數字信號分析儀DSA71254C對發送過來的信號進行采集，經過濾波等算法后將測試的相關數據通過LAN接口發送到計算機，計算機接收到數據后將數據解包、處理、顯示。此測試系統的流程圖如圖3所示。

圖2　加載板測試系統硬件框圖Fig.2Loading plate test system hardware block diagram

圖3　加載板測試系統流程圖Fig.3The flow chart of loading plate test system

3　測試系統的軟件實現

測試系統軟件主要包括兩大模塊即參數測試采集模塊和數據處理功能模塊，參數測試采集模塊主要控制高速碼型發生器碼流的配置與發送、通過高速實時示波器對波形的采集及數據的采集并將數據初步處理打包后，將數據傳送到計算機系統；數據處理功能模塊主要將實現數據的后處理、特性參數及圖像的顯示以及數據的存儲［4］。軟件總的構成如圖4所示。

圖4　系統軟件框架Fig.4System software framework

3.1參數測試采集模塊

參數測試采集模塊主要包括碼型發生器配置模塊、波形和數據采集以及通訊模塊。

3.1.1碼型發生器配置輸出模塊

對加載板某個通道上的傳輸速率檢測過程中，需要利用高速碼型發生器MP1800A，其中MP1800A包括同步時鐘發生模塊MU18100A和可編程向量發生器模塊MU181020A，在此測試過程中同步時鐘發生器模塊MU18100A為可編程向量發生器提供時鐘信號，可編程向量發生器模塊MU181020A根據時鐘信號產生原始碼流信號，為待測試加載板提供碼流輸入。

3.1.2波形采集及通訊模塊

當碼型發生器發出碼流通過加載板后，利用高速數字信號分析儀DSA71254C內的抖動（Jitter）測試模塊對其通過加載板某通道的傳輸速率下的碼流進行波形疊加，待波形疊加完成后波形進行采集。通訊模塊主要將處理后的測試值和眼圖以約定格式的數據包傳遞給計算機。

3.2數據處理功能模塊

數據處理功能模塊采用LabVIEW圖形化的程序語言作為軟件開發平臺進行系統的應用設計，尤其使用其進行原理研究、設計實現測試儀器系統時，可大大提高開發效率。

3.2.1數據通信模塊

LAN接口是常用的計算機與外部串行設備之間的數據傳輸通道，通過LAN接口總線與PC計算機組成虛擬儀器系統，是目前虛擬儀器的重要構成方式之一，主要用于速度較低的測試系統，具有接口簡單、使用方便的特點［5］。LabVIEW提供了強大的串行通信VISA庫，其主要的VI函數介紹如下：VISA配置串口：初始化VISA resource name指定的串口通信參數（波特率，數據位，奇偶位，起始位，停止位等）；VISA寫入：將緩沖區中的數據發送到指定的串口；VISA讀取：將VISA指定的串口接收緩沖區中的數據讀取指定字節數的數據到計算機內存中；VISA Bytes at Serial Port：查詢指定串口接收緩沖區中的數據字節數；VISA關閉：結束指定串口資源之間的會話。設置好各項通信參數后，將這些VI彼此按設計流程連接就可以實現上位機和下位機之間的通信。

3.2.2數據處理及顯示模塊

該模塊包括從LAN接口讀取數據的判斷解析，數據的處理，圖形顯示。數據判斷保證從LAN接口傳過來的數據是高速數字信號分析儀DSA71254C傳送的正常數據，因為DSA71254C發送數據均是用分號隔開的無單位字符串，計算機系統接到數據后首先利用搜索/拆分VI搜索字符串“；”；其次利用掃描字符串VI將拆分后的字符串值轉為數值類型并對其放大相應的倍數；再次利用數值至小數字符串轉換函數將前面放大后的數值轉換成字符串；最后利用連接字符串函數將字符串與相應的單位字符串連接得到符合要求的帶單位的字符串。數據解析：將打包的字符串數據全部送入表格中，利用索引數組函數提取特征參數的均值。數據處理：將得到的眼圖特征參數值，通過預估眼圖面積與理想眼圖之比，來得到傳輸速率的質量是否合格。由于眼圖是根據數字波形疊加后而成，假如在數據采集過程中采取實時采集的方式數據傳輸的過程中可能有些數據不符合要求可能造成一些數據的丟失，因此不能產生完整眼圖，因此對于顯示模塊先將某傳輸速率下測試的眼圖保存在DSA71254C上，再采取文件共享的方式在計算機系統上顯示某傳輸速率下測試的眼圖，這樣可以保持數據采集的完整性。

3.2.3數據存儲模塊

數據存儲模塊要求計算機把每次測試的結果做成報表的形式存儲。LabVIEW ReportGeneration工具包通過ActiveX技術將Microsoft Excel與LabVIEW集成開發環境結合起來，用于快速生成專業的報告，從而有效的表示出各種測試數據和結果。用戶可以移植、修改現有的報告模板，并使用標準的LabVIEW功能，擴展該工具包的報告生成功能。使用該VI時，首先必須在Excel中做好模版文件（.xlt文件），將該VI放入程序框圖時將出現配置對話框，將生成的模板文件導入，再設置其參數。將要保存的數據按名稱連線到相應的端子，各數據就會保存到模板定義的Excel單元格里面。

4　實驗結果

將待測加載板通過適配器連到探針上，通過專用電纜線將探針分別與高速碼型測試儀MP1800A和高速實時示波器DSA71254C連接，利用網線通過路由器將計算機、高速碼型測試儀MP1800A和高速實時示波器DSA71254C連接。

根據設計要求需要測試200Mbps-3.6Gbps通過加載板的傳輸速率是否合格，選取200 Mbps、1 Gbps、3.6 Gbps作為試驗，利用六點法檢測方法并結合LabVIEW測試系統來檢測通過加載板某通道的傳輸速率是否合格。表1為閾值設置為0.9、0.95時，在200 Mbps、1 Gbps、3.6 Gbps傳輸速率下通過自動測試與手動測試測得眼高、眼寬、上升時間值的對比。圖5（a）、（b）、（c）分別為200 Mbps、1 Gbps、3.6 Gbps通過加載板測試得到眼圖結果。

根據測試結果表明在一定的誤差范圍內，自動測試與手動測試的結果相差不大，并且當設定的閾值越大對信號的傳輸速率質量要求更加越嚴格，得到的眼圖更加符合實際需求。通過這種方法測試的結果來評判的信號的傳輸速率性能比單純的根據測試得到的眼圖及其特征參數值來判斷信號的傳輸速率性能的方法得到的結論更加直觀，同時此測試系統對傳輸速率性能測試更加方便快捷。

5　結束語

本文基于LabVIEW軟件平臺構造與真實儀器物理面板相類似的虛擬面板，完成了對加載板傳輸速率信號參數的設置與采集并對測試數據進行處理和結果顯示，實現了“軟件就是儀器”的理念［6］。同時對傳輸速率的檢測提出一種新的檢測方法，這種方法對評判傳輸速率質量的好壞給定了一個標準，避免采用根據信號疊加產生眼圖的大小來判斷傳輸速率質量的好壞［7］，通過大量實驗結果表明：該測試系統穩定可靠、測試精度較高、測試簡單、結果直觀明了。

表1　閾值0.9、0.95時，自動測試與手動測試結果對比Tab.1Threshold is 0.9、0.95，automatic test and manual test results contrast

圖5　200M、1 G、3.6 G眼圖測試結果Fig.5The eye diagram test results of 200 M、1 G、3.6 G

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The calibration test system of loading plate transmission rate based on NI-LabVIEW environment

LU Chun，CHENG Jin-peng，CHENG Li-peng，LIU Xiang-ming
（College of Mechanical and Electronic Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430073，China）

In order to test the transfer rate of loading plate，a LAN interface independent instrument integration testing platform was developed.The development of this platform is based on virtual instrument technology in LabVIEW graphical programming environment.It's the organic integration of multiple instruments.Eye diagram six point method detection was used to get the ratio of the estimated eye diagram area and the ideal eye diagram area.Then the ratio was compared with the threshold value.This approach is used to judge the quality of the transmission rate of the signal and has achieved a ordered automatic calibration tests of transmission rate of the loading plate and automatic storage.The transmission rate of loading plate production inspection is of great practical significance.

LabVIEW；LAN interface；transmission rate；six point method to detect the eye diagram

TN06

A

1674-6236（2015）20-0106-04

2015-01-12稿件編號：201501085

陸春（1989—），男，湖北鐘祥人，碩士研究生。研究方向：精密機械與控制技術。