指令解碼器自動化測試技術

周逍宙， 周 敏， 賀義海， 曹培培

（上海無線電設備研究所，上海200090）

0 引言

指令解碼器用于解調射頻信號中的調制信息，廣泛用于軍用通信、數據鏈、彈間數據傳輸等領域。解碼性能的好壞直接影響產品任務的完成，常采用高靈敏度、大動態接收技術解調各種復雜條件下的射頻信號所攜帶的各種信息[1]。

產品在研制過程中，通常僅在固定信號強度，簡單通信條件下進行信息解調。未能在各種狀態下考核產品性能，導致后期試驗時暴露出各種問題，拖延整機試驗進度。針對該問題，本文設計了產品的自動化測試系統，將強弱信號、多普勒頻率變化、通信頻道變化、復雜信息傳遞等狀態，采用自動化測試方法實現多維度、多狀態遍歷測試。

1 自動化測試系統組成

指令解碼器自動化測試系統由指令信息模擬源、被測信息解碼器、計算機，指令信息模擬源由標準信號源、頻率合成與控制單元組成，如圖1所示。

自動化測試系統的主要功能：通過儀器自動化控制接口，控制儀器送出指定的基帶信號；通過微波模塊自動化控制接口對頻率合成與調制單元進行控制，實現射頻調制器功率電平、頻率、多普勒頻率變化的自動控制；完成指令信息的模擬信號輸出，為被測信息解碼器提供射頻輸入；根據信息解碼器的測試過程，制定自動化測試流程；通過產品通訊對被測信息解碼器回傳的數據進行判決。

2 接口方案優選

為實現自動測試，首先需要選擇恰當的控制接口。在自動化測試領域，為了實現標準、非標信號源的自動控制主要有四種方案：GPIB總線、VXI總線、PXI總線、LXI總線。

（1）GPIB總線

GPIB是一種傳統的且應用最為廣泛的儀器總線標準，具有堅固易用的特點。但是必須在PC主機中安裝GPIB接口卡，還需要昂貴的GPIB電纜用于設備之間的互連，并且總線上最多只能有14臺設備。由于受GPIB通信長度限制，主機與儀器一般處于幾米范圍內。

（2）VXI總線

VXI體系結構包含VXI機箱、0槽控制器和專用接口，它是將嵌入式VXI控制器直接安裝到VXI主機箱中。VXI總線的優勢是測試系統體積小、數據傳輸速度快，因此廣泛用于軍用便攜式自動化測試系統。但系統對VXI機箱、0槽控制器以及專用測試接口的特殊需求，一方面增加了組建系統的成本，另一方面VXI使用的VME總線與目前主流計算機PCI總線不兼容，VXI總線也無法利用商業軟件低成本、高性能的優勢。

（3）PXI總線

PXI是基于PCI總線的新一代VXI，除了需要與VXI類似的投入外，PXI的尺寸、功率和EMI問題也限制了通常PC插卡所覆蓋的解決方案范圍。

（4）LXI總線

LXI是由美國一公司提出的一項開放性標準，用于設計驗證與功能測試、測量和數據采集行業相關的技術規范和解決方案。

LXI采用無面板設計有諸多優點：

a）一是LXI模塊不需要安裝在PC間專用通信鏈路的專用機箱內；

b）二是LXI模塊的尺寸靈活，而卡箱式儀器的性能會受到尺寸的制約；

c）三是LXI模塊能與其它GPIB或LXI儀器可以并排安裝在機架上；

d）四是LXI搭建的系統使用簡易、成本低廉、可擴展性好、長距離工作、通用性好等特點。

因此，本文采用LXI總線進行自動化測試設計和驗證。

3 儀器的自動化控制

儀器儀表的自動化控制設計主要通過儀器儀表的IO控制接口進行設計，通過廠商提供的軟件驅動函數庫，在Lab VIEW圖形化編程環境進行儀器儀表的自動化控制設計。

3.1 Agilent IO儀器接口

無論是傳統儀器、模塊化儀器，還是功能模塊，都能用Agilent IO Libraries Suite快速和正確地連接。通過Agilent Connection Expert，可以配置接口，查找來自眾多制造商的已連接儀器，完成通信驗證。

3.2 軟件驅動函數庫

軟件驅動函數庫主要有兩種：標準儀器指令庫（SICL）和虛擬儀器標準體系結構（VISA）。

SICL（Standard Instruments Control Librar-y）是標準的儀器控制文庫，用它可以通過控制器與儀器進行通信，使控制器“知道”取出或接收來自儀器的某種信息，但它并不“關心”是什么內容，也不“關心”使用的是什么接口[2]。

VISA（Virtual Instrument Standard Architecture）是NI公司研發的一種新的驅動軟件I/O函數庫，其目的是盡量統一儀器軟件標準。與SICL等傳統的軟件驅動相同，主要是通過設備I/O端口的讀寫操作和屬性控制，實現儀器的命令與數據交換[3]。用戶可以在VISA中利用SCPI命令來控制LXI儀器。

SCPI（Standard Commands for Programmable Instrumentation）是一組采用簡單、直觀的ASCII命令與儀器通信的規則。它采用一套樹狀分層結構的命令集，提出了一個具有普遍性的通用儀器模型，它的助記符產生規則簡單、明確，且易于記憶。

本文采用VISA接口和可編程儀器標準命令（SCPI）來實現信號模擬控制。通過開放軟件工具實現高效的開發，完成儀器的自動控制。

3.3 基于LabVIEW的儀器控制

不同于傳統的編程語言，Lab VIEW是通過圖形符號來編寫程序的。通過使用Lab VIEW功能強大的圖形編程語言能夠成倍地提高開發效率，使用傳統的編程語言需要花費幾周甚至幾個月才能編寫的程序，用Lab VIEW只需幾個小時就可以完成[4]。本設計采用該軟件進行設計，設計流程框圖如圖2所示。

首先根據VISA資源名稱對儀表進行初始化，接著將上位機生成的波形數據下載到儀表存儲區，然后根據增益、偏置、采樣率等波形參數對儀表進行配置，最后輸出波形并關閉VISA連接。

4 微波模塊自動控制設計

4.1 通訊控制方式

微波模塊自動控制主要針對射頻微波單元的組件進行頻率、衰減、通斷控制，模擬產品各種工作狀態下所需的射頻信號。通訊控制可以采用串口、并口、USB、網口等，具體通訊控制方式取決于射頻單元所選用的通訊接口。本文使用的射頻單元是串口通訊，重點研究采用Lab VIEW提供的VISA完成該單元的自動控制。

4.2 基于VISA的串口通訊設計

Lab VIEW軟件中串行通訊節點為VISA，打開該節點的程序選項，轉到VISA子選項卡，可以設置串口標號、串口讀寫設置、串口開關、串口緩沖監測等。

“VISA打開”模塊用于打開VISA資源名稱指定設備的會話句柄并返回標識符，該標識符可用于調用該設備的其他操作，如圖3所示。

“VISA配置串口”模塊使VISA資源名稱指定的串口按特定設置初始化。通過連線數據至VISA資源名稱輸入端可確定要使用的多態實例，也可手動選擇實例，如圖4所示。

“VISA寫入”模塊使寫入緩沖區的數據寫入VISA資源名稱指定的設備或接口，如圖5所示。

“VISA讀取”模塊從VISA資源名稱指定的設備或接口中讀取指定數量的字節，并使數據返回至讀取緩沖區，如圖6所示。

“VISA關閉”模塊關閉VISA資源名稱指定的設備會話句柄或時間對象，如圖7所示。

使用VISA節點進行串口通訊的程序框圖，如圖8所示。

首先根據VISA資源名稱打開串口，接著對串口進行配置，然后發送數據到相應端口，經過一定延時以后，在同一端口讀取接收到的返回數據，完成通訊后關閉VISA連接。

4.3 微波模塊的串口控制

如圖9所示，頻率合成與調制單元微波輸出的控制，是通過計算機與數據轉換處理模塊之間的通訊來完成。

數據轉換處理模塊將計算機發送過來的串口信息，轉換成頻率、功率、通斷和調制指數信息，分別對頻率模塊輸出頻率、衰減模塊的衰減量、開關模塊的通斷和微波調制模塊的調制指數進行調整，使頻率合成與調制單元的輸出微波信號的參數受控，實現指令解碼器的輸入射頻信號按照自動化測試的需求自動調整。

5 自動化測試流程設計

自動化測試流程的設計如圖10所示[5]，自動化流程包括測試前準備、標準儀器控制、微波模塊控制、產品性能測試和產品數據記錄五個部分。

從圖中可以看出，為實現信息解碼器的自動化測試，在基帶信號和微波模塊控制的基礎上，控制產品加電，對工作是否正常、通信頻道解碼、最大多普勒頻率條件解碼、強信號解碼、弱信號解碼、全0全1信息解碼、雜亂信息解調和誤碼率等項目進行測試。

6 產品驗證

按自動化測試設計流程研制的自動化測試系統，對信息解碼器進行試驗驗證，結果如表1所示。

表1 自動化測試結果

試驗結果表明：自動化測試系統覆蓋產品測試的所有測試項目，能滿足解碼器邊界條件的性能測試需求。測試時間從原來的110 min減少到68 min，提高測試效率38.2%，并且測試過程中人為干預少，測試數據可信度高。

7 結束語

本文設計了一種自動化測試系統，闡述了系統的組成原理，對系統的接口方案進行了優選，實現了儀器、微波模塊的自動化控制和流程的設計。試驗證明，該設計能夠有效的縮短測試時間，提高測試效率，節省人力，解決產品測試覆蓋性不夠的問題。該自動化測試系統及設計方法對狀態多、要求高的產品測試具有參考價值。