電子測量儀器IO模擬器設計

作者：陳飛余燁西南電子電信技術研究所(成都610041) 時間：2008-07-08 來源：電子產品世界

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摘要： 本文介紹一種電子測量儀器 IO模擬器實現方法。以網絡分析儀HP8753E為例討論了模擬器的部分實現細節及模擬結果。

關鍵詞： 儀器；IO模擬器；狀態機；網絡分析儀

　　2008年4月25日收到本文。陳飛：高級工程師，研究方向為電子測量技術。

引言

　　自動測試系統經常使用各種電子測量儀器進行系統集成。由于訂貨周期限制，這些儀器可能要到系統集成的后期才能到貨，因此軟件系統被迫延遲到到貨后才能進行與儀器設備進行聯調。由于聯調中發現的問題引發的設計更改，將大大延緩系統交付的時間。

　　通過預先得到的技術資料設計IO模擬器，模擬實際設備的IO響應，可以在儀器設備到貨前開始與軟件系統的聯調。另一方面，開發人員常常需要并行進行系統和分機調試，采用模擬器也可解決實際設備數量限制問題，提高系統開發效率。

　　本文提出的IO模擬器，根據輸入IO數據流進行狀態轉換，并由當前狀態實現模擬數據輸出。由于采用文本格式的自定義數據文件控制模擬器實例化過程，測試系統內可以同時模擬多種不同測量儀器的IO響應，并具有良好的可擴展性。

本文引用地址：http://www.j9360.com/article/85399.htm

模擬器工作原理

　　如圖1所示，應用程序的IO操作由虛擬IO驅動程序傳遞入模擬設備。IO模擬器通過加載描述設備工作模式的數據文件實現設備IO行為仿真。當物理IO驅動與虛擬IO驅動程序繼承于同一個父類時，應用程序可以通過配置驅動程序在運行時進行物理設備IO與模擬設備IO的動態切換。對實際設備的寫入操作就自動轉發給模擬設備，并由模擬設備對讀出等操作進行響應，返回相應數據流到應用程序。

圖1 模擬器工作原理示意圖

　　IO模擬器根據數據文件實現一個用戶定義的有限狀態機。如圖2所示：繼承自抽象基類(IOManager)的VISimulator類用于實現IO模擬器。將模擬器替代實際IO管理器對象(VisaIOManger)進行配置后，模擬器將截獲上層應用程序發出的IO指令，并模擬實際設備進行響應。

圖2 模擬器類結構示意圖

　　VISimulator的成員states為模擬器可用狀態表，variables為變量表，current為當前狀態。狀態表是狀態類(VIState類)對象的集合，變量表為變量類(VIVariable類)對象的集合，變量值可用于狀態和變量值的入口檢查及計算。

　　當寫入操作(Write)發生時，模擬器遍歷所有的變量及狀態，檢查其入口條件(entrance)，對符合入口條件的變量，更新(Update)變量值(value)。如符合狀態入口條件，則將該狀態設置為當前狀態。對于當前狀態，還需檢查其出口條件(exitus)，如符合則設置當前狀態為空。

　　當讀出操作(Read)發生時，模擬器由當前狀態的模擬方法(Simulate)計算并返回模擬實際測量結果的數據。如當前狀態設置讀操作為出口條件，則模擬器在讀出完成后返回空閑狀態。如當前狀態為空或非可讀狀態，模擬器將按照變超時設置延遲后返回無效數據，真實地模擬IO指令序列錯誤造成的測試過程現象。

　　ViSimulator的Load方法用于數據文件裝入，由數據文件的描述建立狀態表和變量表。由狀態和變量的靜態方法Parse完成解析并返回實例對象。

實現及模擬結果

　　筆者在實際測試系統開發過程中設計了前述模擬器，并根據儀器程控手冊編寫Agilent公司的HP8753E和E5071C等矢量網絡分析儀的數據文件，實現了對這些實際儀器IO功能的模擬。下面以HP8753E電壓駐波比測量為例詳細介紹IO模擬器實現方法。

　　矢量網絡分析儀用于測量射頻元件的端口特性，常用于測量端口電壓駐波比、衰減、阻抗等參數。因此其測量結果就包括多種格式不同的數據組合。當用HP8753E進行電壓駐波比測試時，網絡分析儀會返回一個坐標數組，坐標的兩維分別是駐波測量值和測量頻率。

　　根據HP8753E程控手冊定義狀態SWRWaveform用于模擬電壓駐波比測量狀態：

<SWRWaveform:state>//狀態名
length:101 //模擬波形長度　　format:value(1.00，1.1)|linear (StartFreq:10，EndFreq:100)
　 //模擬波形坐標點格式
entrance:outpform(Format=swr) //狀態
入口點及輔助條件
exituse:[Read] //狀態出口
　　… …
<SWRWaveform> //狀態結束標志

　　以上文本描述了狀態的工作模式，當在寫入數據流中檢測到字符串outpform時，如模擬器變量表中變量Format=swr時模擬器進入狀態SWRWaveform。此時如收到讀出指令，模擬器將由SWRWaveform狀態模擬輸出電壓駐波比波形，返回一個101點的兩維坐標數組，其中X為1到1.1之間的隨機數，Y為從模擬器變量表中變量StartFreq到EndFreq的線性遞增數值。

　　圖3為測試系統由模擬器實際得到的測量波形，模擬器根據IO數據流正確地進入了SWRWaveform狀態，并以正確的頻率范圍返回了仿真數據。

圖3 模擬器輸出數據的結果波形

結語

　　本文介紹的模擬器適用于文本格式的控制指令集，在電子測量系統開發過程中已得到了驗證和實際應用。
　　
參考文獻：

1. Meilir Page-Jones,UML面向對象設計基礎，人民郵電出版社,2001.4
2. 87XXET/ES Network Analyzer Programmer’s Guide, Agilent Technologies Inc. 08753-90475, February 2001