基于NI-LabVIEW环境加载板传输速率校准自动测试系统

陆春，程金朋，成立鹏，刘向明

（武汉工程大学机电工程学院，湖北武汉430073）

基于NI-LabVIEW环境加载板传输速率校准自动测试系统

陆春，程金朋，成立鹏，刘向明

（武汉工程大学机电工程学院，湖北武汉430073）

针对加载板传输速率校准测试要求，开发了一种基于LAN接口组合仪器自动测试平台，该平台基于虚拟仪器技术中的LabVIEW图形化编程开发，将多台仪器有机组合。并采用眼图六点法检测的方式，将预估眼图面积与理想状态的眼图面积之比与阈值比较，通过这种方法对信号的传输速率质量进行评判，实现了对加载板传输速率校准的自动有序测试，自动存储，对加载板传输速率生产检验具有重大的实际工程意义。

LABVIEW；LAN接口；传输速率；眼图六点法检测

传输速率（Transmission Rate）是衡量系统传输能力的主要指标。它有以下几种不同的定义：码元传输速率；比特传输速率；消息传输速率。在对加载板传输速率校准测试系统中选取码元传输速率作为其定义即每秒钟通过信道传输的码元数。

对系统的传输速率性能测试过程中需要同时利用多台实验设备，但在实际应用中多台仪器的综合应用会导致测试流程不清，操作混乱，数据记录存储程序繁琐等问题，需要有统一的集成测试平台将多台仪器有机集成，实现测试的流程控制和数据的自动存取［1］。采用NI-LabVIEW虚拟平台很好的解决了这个问题。

1　传输速率性能评判方法

按照设计要求规定在200 Mbps～3.6 Gbps条件下对通过加载板的传输速率的性能进行评判。通过示波器来获取某传输速率下的眼图是评判传输速率性能的一种方法，主要通过测试眼图的眼高［2］、眼宽、上升时间、Q因子等特征参数值来评判传输速率的性能。

眼宽、眼高决定了眼图纵向横向的眼开度，眼宽反映了传输线上信号的稳定时间，眼高即最佳判决时刻反映了传输线上信号的噪声容限，理想状态下噪声容限为1，在一定范围内，眼宽、眼高越大对噪声和抖动容许程度越好；上升时间决定了可传递的信号及容忍误码比率能力，在一定范围内，上升时间愈短代表可传递的信号及容忍误码比率越好；Q因子综合反映眼图的质量问题，用于测量眼图信噪比的参数，在一定的范围内Q因子越高眼图的质量就越好信噪比就越高，Q因子可以表示为式（1）

其中，“1”电平的平均值Ptop与“0”电平的平均值Pbase的差为眼幅度，“1”信号噪声有效值δ1与“0”信号噪声有效值δ0之和为信号噪声有效值。

但对于通过眼图测试出来的特征参数值能难以直观的去判断某传输速率性能指标是否合格，针对这个问题提出基于六点法原理（如图1所示）来检测传输速率质量的方法。图1为在某传输速率下测试得到的眼图，将眼图等效为图1中的六边形ABCDEF，根据测试得到眼高、眼宽、上升时间等参数预估实测眼图的面积；在理想状态下设想上升时间趋于零测试得到的眼图应为图1中的矩形A'B'C'D'，根据测试得到的眼高、眼宽参数预估理想状态下眼图面积。通过将预估眼图面积与设定理想眼图的面积比（即SABCDEF/SA'B'C' D'）的值（比值越大代表越接近理想状态，则传输速率的性能质量越好）与设定的阈值（≤1）比较来判断此传输速率性能是否合格，当大于等于给定的阈值则判断在此传输速率下通过加载板后信号传输速率质量是合格的，否则不合格。

图1　六点法示意图Fig.1Six point method sketch

通过这种方法对评判传输速率质量给出了一定参考的标准，相比单纯的通过的测试参数的值来评判传输速率质量更加直观明了、方便。

在对加载板传输速率的测量时，由于波形经常受到噪声和抖动效应使得眼图变得模糊，因此我们更经常用比较清晰的20～80%幅度作为上升时间测量值，并用以下近似关系将20～80%上升时间变换为10～90%上升时间：

所以眼图的等效面积公式为（2）及其理想状态眼图面积公式为（3）：

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

2　测试系统硬件构成实现

此加载板传输速率测试系统硬件如图2所示，主要计算机、示波器（高速码型测试仪MP1800A、高速实时示波器DSA71254C）、路由器、待测加载板、适配器、探针、专用电缆线等几部分组成。由图2可知此测试系统通过网线、专用电缆线等将计算机、示波器相互衔接完成人机交互与控制算法、数据处理以及结果输出显示［3］。

当测试系统开始工作时先由操作者在计算机上选择VISA资源名称及待测加载板通道号、输入传输速率的参数配置后，点击配置按钮，等待高速码型发生器MP1800A配置完成后；然后点击测试按钮，高速码型发生器MP1800A发送测试信号，通过适配器连接探针对准待测加载板上的某个待测通道后，高速数字信号分析仪DSA71254C对发送过来的信号进行采集，经过滤波等算法后将测试的相关数据通过LAN接口发送到计算机，计算机接收到数据后将数据解包、处理、显示。此测试系统的流程图如图3所示。

图2　加载板测试系统硬件框图Fig.2Loading plate test system hardware block diagram

图3　加载板测试系统流程图Fig.3The flow chart of loading plate test system

3　测试系统的软件实现

测试系统软件主要包括两大模块即参数测试采集模块和数据处理功能模块，参数测试采集模块主要控制高速码型发生器码流的配置与发送、通过高速实时示波器对波形的采集及数据的采集并将数据初步处理打包后，将数据传送到计算机系统；数据处理功能模块主要将实现数据的后处理、特性参数及图像的显示以及数据的存储［4］。软件总的构成如图4所示。

图4　系统软件框架Fig.4System software framework

3.1参数测试采集模块

参数测试采集模块主要包括码型发生器配置模块、波形和数据采集以及通讯模块。

3.1.1码型发生器配置输出模块

对加载板某个通道上的传输速率检测过程中，需要利用高速码型发生器MP1800A，其中MP1800A包括同步时钟发生模块MU18100A和可编程向量发生器模块MU181020A，在此测试过程中同步时钟发生器模块MU18100A为可编程向量发生器提供时钟信号，可编程向量发生器模块MU181020A根据时钟信号产生原始码流信号，为待测试加载板提供码流输入。

3.1.2波形采集及通讯模块

当码型发生器发出码流通过加载板后，利用高速数字信号分析仪DSA71254C内的抖动（Jitter）测试模块对其通过加载板某通道的传输速率下的码流进行波形叠加，待波形叠加完成后波形进行采集。通讯模块主要将处理后的测试值和眼图以约定格式的数据包传递给计算机。

3.2数据处理功能模块

数据处理功能模块采用LabVIEW图形化的程序语言作为软件开发平台进行系统的应用设计，尤其使用其进行原理研究、设计实现测试仪器系统时，可大大提高开发效率。

3.2.1数据通信模块

LAN接口是常用的计算机与外部串行设备之间的数据传输通道，通过LAN接口总线与PC计算机组成虚拟仪器系统，是目前虚拟仪器的重要构成方式之一，主要用于速度较低的测试系统，具有接口简单、使用方便的特点［5］。LabVIEW提供了强大的串行通信VISA库，其主要的VI函数介绍如下：VISA配置串口：初始化VISA resource name指定的串口通信参数（波特率，数据位，奇偶位，起始位，停止位等）；VISA写入：将缓冲区中的数据发送到指定的串口；VISA读取：将VISA指定的串口接收缓冲区中的数据读取指定字节数的数据到计算机内存中；VISA Bytes at Serial Port：查询指定串口接收缓冲区中的数据字节数；VISA关闭：结束指定串口资源之间的会话。设置好各项通信参数后，将这些VI彼此按设计流程连接就可以实现上位机和下位机之间的通信。

3.2.2数据处理及显示模块

该模块包括从LAN接口读取数据的判断解析，数据的处理，图形显示。数据判断保证从LAN接口传过来的数据是高速数字信号分析仪DSA71254C传送的正常数据，因为DSA71254C发送数据均是用分号隔开的无单位字符串，计算机系统接到数据后首先利用搜索/拆分VI搜索字符串“；”；其次利用扫描字符串VI将拆分后的字符串值转为数值类型并对其放大相应的倍数；再次利用数值至小数字符串转换函数将前面放大后的数值转换成字符串；最后利用连接字符串函数将字符串与相应的单位字符串连接得到符合要求的带单位的字符串。数据解析：将打包的字符串数据全部送入表格中，利用索引数组函数提取特征参数的均值。数据处理：将得到的眼图特征参数值，通过预估眼图面积与理想眼图之比，来得到传输速率的质量是否合格。由于眼图是根据数字波形叠加后而成，假如在数据采集过程中采取实时采集的方式数据传输的过程中可能有些数据不符合要求可能造成一些数据的丢失，因此不能产生完整眼图，因此对于显示模块先将某传输速率下测试的眼图保存在DSA71254C上，再采取文件共享的方式在计算机系统上显示某传输速率下测试的眼图，这样可以保持数据采集的完整性。

3.2.3数据存储模块

数据存储模块要求计算机把每次测试的结果做成报表的形式存储。LabVIEW ReportGeneration工具包通过ActiveX技术将Microsoft Excel与LabVIEW集成开发环境结合起来，用于快速生成专业的报告，从而有效的表示出各种测试数据和结果。用户可以移植、修改现有的报告模板，并使用标准的LabVIEW功能，扩展该工具包的报告生成功能。使用该VI时，首先必须在Excel中做好模版文件（.xlt文件），将该VI放入程序框图时将出现配置对话框，将生成的模板文件导入，再设置其参数。将要保存的数据按名称连线到相应的端子，各数据就会保存到模板定义的Excel单元格里面。

4　实验结果

将待测加载板通过适配器连到探针上，通过专用电缆线将探针分别与高速码型测试仪MP1800A和高速实时示波器DSA71254C连接，利用网线通过路由器将计算机、高速码型测试仪MP1800A和高速实时示波器DSA71254C连接。

根据设计要求需要测试200Mbps-3.6Gbps通过加载板的传输速率是否合格，选取200 Mbps、1 Gbps、3.6 Gbps作为试验，利用六点法检测方法并结合LabVIEW测试系统来检测通过加载板某通道的传输速率是否合格。表1为阈值设置为0.9、0.95时，在200 Mbps、1 Gbps、3.6 Gbps传输速率下通过自动测试与手动测试测得眼高、眼宽、上升时间值的对比。图5（a）、（b）、（c）分别为200 Mbps、1 Gbps、3.6 Gbps通过加载板测试得到眼图结果。

根据测试结果表明在一定的误差范围内，自动测试与手动测试的结果相差不大，并且当设定的阈值越大对信号的传输速率质量要求更加越严格，得到的眼图更加符合实际需求。通过这种方法测试的结果来评判的信号的传输速率性能比单纯的根据测试得到的眼图及其特征参数值来判断信号的传输速率性能的方法得到的结论更加直观，同时此测试系统对传输速率性能测试更加方便快捷。

5　结束语

本文基于LabVIEW软件平台构造与真实仪器物理面板相类似的虚拟面板，完成了对加载板传输速率信号参数的设置与采集并对测试数据进行处理和结果显示，实现了“软件就是仪器”的理念［6］。同时对传输速率的检测提出一种新的检测方法，这种方法对评判传输速率质量的好坏给定了一个标准，避免采用根据信号叠加产生眼图的大小来判断传输速率质量的好坏［7］，通过大量实验结果表明：该测试系统稳定可靠、测试精度较高、测试简单、结果直观明了。

表1　阈值0.9、0.95时，自动测试与手动测试结果对比Tab.1Threshold is 0.9、0.95，automatic test and manual test results contrast

图5　200M、1 G、3.6 G眼图测试结果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稿件编号：201501085

陆春（1989—），男，湖北钟祥人，硕士研究生。研究方向：精密机械与控制技术。