指令解码器自动化测试技术

周逍宙， 周 敏， 贺义海， 曹培培

（上海无线电设备研究所，上海200090）

0 引言

指令解码器用于解调射频信号中的调制信息，广泛用于军用通信、数据链、弹间数据传输等领域。解码性能的好坏直接影响产品任务的完成，常采用高灵敏度、大动态接收技术解调各种复杂条件下的射频信号所携带的各种信息[1]。

产品在研制过程中，通常仅在固定信号强度，简单通信条件下进行信息解调。未能在各种状态下考核产品性能，导致后期试验时暴露出各种问题，拖延整机试验进度。针对该问题，本文设计了产品的自动化测试系统，将强弱信号、多普勒频率变化、通信频道变化、复杂信息传递等状态，采用自动化测试方法实现多维度、多状态遍历测试。

1 自动化测试系统组成

指令解码器自动化测试系统由指令信息模拟源、被测信息解码器、计算机，指令信息模拟源由标准信号源、频率合成与控制单元组成，如图1所示。

自动化测试系统的主要功能：通过仪器自动化控制接口，控制仪器送出指定的基带信号；通过微波模块自动化控制接口对频率合成与调制单元进行控制，实现射频调制器功率电平、频率、多普勒频率变化的自动控制；完成指令信息的模拟信号输出，为被测信息解码器提供射频输入；根据信息解码器的测试过程，制定自动化测试流程；通过产品通讯对被测信息解码器回传的数据进行判决。

2 接口方案优选

为实现自动测试，首先需要选择恰当的控制接口。在自动化测试领域，为了实现标准、非标信号源的自动控制主要有四种方案：GPIB总线、VXI总线、PXI总线、LXI总线。

（1）GPIB总线

GPIB是一种传统的且应用最为广泛的仪器总线标准，具有坚固易用的特点。但是必须在PC主机中安装GPIB接口卡，还需要昂贵的GPIB电缆用于设备之间的互连，并且总线上最多只能有14台设备。由于受GPIB通信长度限制，主机与仪器一般处于几米范围内。

（2）VXI总线

VXI体系结构包含VXI机箱、0槽控制器和专用接口，它是将嵌入式VXI控制器直接安装到VXI主机箱中。VXI总线的优势是测试系统体积小、数据传输速度快，因此广泛用于军用便携式自动化测试系统。但系统对VXI机箱、0槽控制器以及专用测试接口的特殊需求，一方面增加了组建系统的成本，另一方面VXI使用的VME总线与目前主流计算机PCI总线不兼容，VXI总线也无法利用商业软件低成本、高性能的优势。

（3）PXI总线

PXI是基于PCI总线的新一代VXI，除了需要与VXI类似的投入外，PXI的尺寸、功率和EMI问题也限制了通常PC插卡所覆盖的解决方案范围。

（4）LXI总线

LXI是由美国一公司提出的一项开放性标准，用于设计验证与功能测试、测量和数据采集行业相关的技术规范和解决方案。

LXI采用无面板设计有诸多优点：

a）一是LXI模块不需要安装在PC间专用通信链路的专用机箱内；

b）二是LXI模块的尺寸灵活，而卡箱式仪器的性能会受到尺寸的制约；

c）三是LXI模块能与其它GPIB或LXI仪器可以并排安装在机架上；

d）四是LXI搭建的系统使用简易、成本低廉、可扩展性好、长距离工作、通用性好等特点。

因此，本文采用LXI总线进行自动化测试设计和验证。

3 仪器的自动化控制

仪器仪表的自动化控制设计主要通过仪器仪表的IO控制接口进行设计，通过厂商提供的软件驱动函数库，在Lab VIEW图形化编程环境进行仪器仪表的自动化控制设计。

3.1 Agilent IO仪器接口

无论是传统仪器、模块化仪器，还是功能模块，都能用Agilent IO Libraries Suite快速和正确地连接。通过Agilent Connection Expert，可以配置接口，查找来自众多制造商的已连接仪器，完成通信验证。

3.2 软件驱动函数库

软件驱动函数库主要有两种：标准仪器指令库（SICL）和虚拟仪器标准体系结构（VISA）。

SICL（Standard Instruments Control Librar-y）是标准的仪器控制文库，用它可以通过控制器与仪器进行通信，使控制器“知道”取出或接收来自仪器的某种信息，但它并不“关心”是什么内容，也不“关心”使用的是什么接口[2]。

VISA（Virtual Instrument Standard Architecture）是NI公司研发的一种新的驱动软件I/O函数库，其目的是尽量统一仪器软件标准。与SICL等传统的软件驱动相同，主要是通过设备I/O端口的读写操作和属性控制，实现仪器的命令与数据交换[3]。用户可以在VISA中利用SCPI命令来控制LXI仪器。

SCPI（Standard Commands for Programmable Instrumentation）是一组采用简单、直观的ASCII命令与仪器通信的规则。它采用一套树状分层结构的命令集，提出了一个具有普遍性的通用仪器模型，它的助记符产生规则简单、明确，且易于记忆。

本文采用VISA接口和可编程仪器标准命令（SCPI）来实现信号模拟控制。通过开放软件工具实现高效的开发，完成仪器的自动控制。

3.3 基于LabVIEW的仪器控制

不同于传统的编程语言，Lab VIEW是通过图形符号来编写程序的。通过使用Lab VIEW功能强大的图形编程语言能够成倍地提高开发效率，使用传统的编程语言需要花费几周甚至几个月才能编写的程序，用Lab VIEW只需几个小时就可以完成[4]。本设计采用该软件进行设计，设计流程框图如图2所示。

首先根据VISA资源名称对仪表进行初始化，接着将上位机生成的波形数据下载到仪表存储区，然后根据增益、偏置、采样率等波形参数对仪表进行配置，最后输出波形并关闭VISA连接。

4 微波模块自动控制设计

4.1 通讯控制方式

微波模块自动控制主要针对射频微波单元的组件进行频率、衰减、通断控制，模拟产品各种工作状态下所需的射频信号。通讯控制可以采用串口、并口、USB、网口等，具体通讯控制方式取决于射频单元所选用的通讯接口。本文使用的射频单元是串口通讯，重点研究采用Lab VIEW提供的VISA完成该单元的自动控制。

4.2 基于VISA的串口通讯设计

Lab VIEW软件中串行通讯节点为VISA，打开该节点的程序选项，转到VISA子选项卡，可以设置串口标号、串口读写设置、串口开关、串口缓冲监测等。

“VISA打开”模块用于打开VISA资源名称指定设备的会话句柄并返回标识符，该标识符可用于调用该设备的其他操作，如图3所示。

“VISA配置串口”模块使VISA资源名称指定的串口按特定设置初始化。通过连线数据至VISA资源名称输入端可确定要使用的多态实例，也可手动选择实例，如图4所示。

“VISA写入”模块使写入缓冲区的数据写入VISA资源名称指定的设备或接口，如图5所示。

“VISA读取”模块从VISA资源名称指定的设备或接口中读取指定数量的字节，并使数据返回至读取缓冲区，如图6所示。

“VISA关闭”模块关闭VISA资源名称指定的设备会话句柄或时间对象，如图7所示。

使用VISA节点进行串口通讯的程序框图，如图8所示。

首先根据VISA资源名称打开串口，接着对串口进行配置，然后发送数据到相应端口，经过一定延时以后，在同一端口读取接收到的返回数据，完成通讯后关闭VISA连接。

4.3 微波模块的串口控制

如图9所示，频率合成与调制单元微波输出的控制，是通过计算机与数据转换处理模块之间的通讯来完成。

数据转换处理模块将计算机发送过来的串口信息，转换成频率、功率、通断和调制指数信息，分别对频率模块输出频率、衰减模块的衰减量、开关模块的通断和微波调制模块的调制指数进行调整，使频率合成与调制单元的输出微波信号的参数受控，实现指令解码器的输入射频信号按照自动化测试的需求自动调整。

5 自动化测试流程设计

自动化测试流程的设计如图10所示[5]，自动化流程包括测试前准备、标准仪器控制、微波模块控制、产品性能测试和产品数据记录五个部分。

从图中可以看出，为实现信息解码器的自动化测试，在基带信号和微波模块控制的基础上，控制产品加电，对工作是否正常、通信频道解码、最大多普勒频率条件解码、强信号解码、弱信号解码、全0全1信息解码、杂乱信息解调和误码率等项目进行测试。

6 产品验证

按自动化测试设计流程研制的自动化测试系统，对信息解码器进行试验验证，结果如表1所示。

表1 自动化测试结果

试验结果表明：自动化测试系统覆盖产品测试的所有测试项目，能满足解码器边界条件的性能测试需求。测试时间从原来的110 min减少到68 min，提高测试效率38.2%，并且测试过程中人为干预少，测试数据可信度高。

7 结束语

本文设计了一种自动化测试系统，阐述了系统的组成原理，对系统的接口方案进行了优选，实现了仪器、微波模块的自动化控制和流程的设计。试验证明，该设计能够有效的缩短测试时间，提高测试效率，节省人力，解决产品测试覆盖性不够的问题。该自动化测试系统及设计方法对状态多、要求高的产品测试具有参考价值。