一种信号接收与分析类仪器设备软件平台化架构设计方法

摘要

本发明提出了一种信号接收与分析类仪器设备软件平台化架构设计方法，整个软件平台化架构分为三层，最底层为板级功能实现层，中间层为仪器核心功能层，最高层为用户操作层。本发明实现了信号接收与分析类仪器设备平台化，便于添加硬件、便于用户开发新功能；架构简洁高效，具有很强的通用性；能够保证仪器软件的一致性快速开发、减少软件开发的重复投入、提高软件的开发效率，进一步提高软件的健壮性、方便软件的维护升级、以及便于用户使用的一致性操控风格，并给用户提供良好的体验。

说明书

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种信号接收与分析类仪器设备软件平台化架构设计方法。

背景技术

信号接收与分析类仪器设备包含多种类型的测试与测量仪器，如频谱分析仪、信号分析仪、监测接收机、EMI接收机、以及测量接收机等，其硬件体制相似，都包含频率合成、通道调理、频率转换、中频信号转换几大部分。目前不同类型的仪器设备多是作为独立门类进行专业开发，尤其是软件方面，从而造成了软件开发、测试、维护等投入的极大浪费。

对信号接收与分析类仪器设备而言，尤其在仪器软件方面，共性特征远大于个性特征，大量的工作集中在共性方面，如对频率合成、通道调理、频率转换、中频信号转换等的控制，通路都要实现校准、实现仪器面板与仪器的交互控制、网络GPIB和USB的程控，都要解决分析结果的高速显示，都要解决仪器的接口等问题。

随着仪器的发展，软件即是仪器的概念，得到了广大认同，硬件单片集成化功能越来越强，一个集成芯片件往往能够完成多种仪器功能，可定制化硬件，根据使用场景不同，可以快速重配置，同样的电路板可以用于多种仪器，从而通过软件实现不同的功能成为不同的仪器，比如频谱分析功能、信号分析功能、监测功能、EMI分析功能。

如何保证仪器软件的一致性快速开发、减少软件开发的重复投入，是目前亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明提出一种信号接收与分析类仪器设备软件平台化架构设计方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种信号接收与分析类仪器设备软件平台化架构设计方法，整个软件平台化架构分为三层，最底层为板级功能实现层，中间层为仪器核心功能层，最高层为用户操作层；

第一步，定义板级功能实现层：板级功能实现层完成对仪器内部多个电路板单元的控制，每个电路板单元把仪器核心功能层传来的参数转换为针对该电路板单元地址的端口数据，通过调用总线的读写函数，实现电路板单元的控制；

第二步，定义仪器核心功能层：仪器核心功能层包括接收通道控制模块、本振合成控制模块、中频数据处理分析模块；接收通道控制模块包括通路的耦合方式选择函数、开关滤波器选择设置函数、通道增益控制函数；本振合成控制模块包括本振起始频率设置函数和本振终止频率设置函数，本振的环路设置函数；中频数据处理分析模块包括中频滤波器的设置函数，数据处理方式的选择函数，数据的获取函数；其中，上述第二步中每一个函数都是通过调用板级功能实现层来完成的；

第三步，定义用户操作层：用户操作层包括操作交互模块和接口程控模块；其中操作交互模块从仪器面板接收用户的操作，转为对仪器的控制参数，包括：起始频率的设置函数、终止频率的设置函数、参考电平的设置函数，其中每个功能函数都分配一个唯一的命令序号；接口程控模块包括网络的程控函数，USB接口的程控函数，以及通过GPIB接口实现的程控函数；通过接口接收的数据流按照格式拆分为控制命令和控制参数，控制命令转为命令序号对应操作交互模块的每一个功能函数，通过命令序号和控制参数，实现对操作交互模块中功能的调用；操作交互模块中所有功能函数，都通过调用仪器核心功能层的函数实现；

第四步，建立动态架构，包括扫描取数线程、分析结果显示刷新线程、程控线程、用户交互线程；扫描取数线程启动仪器的扫描分析工作，并读取分析结果；分析结果显示刷新线程将分析结果转换为显示数据，程控线程实现对网络、USB、GPIB接口的监控、数据接收和发送；用户交互线程实现鼠标、键盘与仪器的交互。

可选地，所述板级功能实现层、仪器核心功能层、用户操作层的层间接口采用统一的数据流接口。

可选地，所述板级功能实现层定义实现分为属性区与功能区；

属性区定义电路板单元的地址和数据类型，地址为端口地址，数据类型定义需要是开关变量还是整型量，以及数据范围；

功能区是各电路板单元的控制功能函数，层内模块采用表格化定义，定义其属性和功能。

可选地，所述接收通道控制模块控制输入信号在信号接收与分析类仪器中选择与频率、增益相应的通道路径，以及通道中各单元的参数配置；

所述本振合成控制模块控制多个本振环路，通过频率合成，产生预定频率和功率的本振信号，输入接收通道进行混频；

所述中频数据处理分析模块将数字化后的中频信号进行各种分析测量，生成仪器的最终测量分析结果。

本发明的有益效果是：

(1)实现了信号接收与分析类仪器设备平台化，便于添加硬件、便于用户开发新功能；架构简洁高效，具有很强的通用性。

(2)能够保证仪器软件的一致性快速开发、减少软件开发的重复投入、提高软件的开发效率，进一步提高软件的健壮性、方便软件的维护升级、以及便于用户使用的一致性操控风格，并给用户提供良好的体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种信号接收与分析类仪器设备软件平台化架构设计方法的原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中不同型号或类型的仪器软件各自独立开发，难以提供可靠的架构基础，软件开发慢，成熟度低，造成人力、物力的重复投入和浪费。

本发明提出了一种信号接收与分析类仪器设备软件平台化架构设计方法，能够保证仪器软件的一致性快速开发、减少软件开发的重复投入、提高软件的开发效率。

如图1所示，本发明的信号接收与分析类仪器设备软件平台化架构分为三层，分别是：板级功能实现层、仪器核心功能层、用户操作层。上述三层的层间接口采用统一的数据流接口技术，便于某层直接替换或对接，以及层内功能的扩展，同时可以方便实现无面板的信号监测类仪器，模块化仪器等。

平台化架构最底层为板级功能实现层，实现电路板单元的控制功能，直接调用仪器总线读写接口访问电路板单元。每个电路板单元的控制功能，其定义实现分为属性区与功能区。

属性区定义电路板单元的地址和数据类型，地址为端口地址，数据类型定义需要是开关变量还是整型量，以及数据范围等。如衰减器可以用一个结构体将最大衰减量、最小衰减量、衰减步进、几个档等描述出来，对于混频器、中频放大器也是如此，这样软件编程时候就直接引用，即便硬件更换或升级其它类型衰减器也无所谓，不影响代码，只改一下属性即可。

功能区就是各电路板的控制功能函数，层内模块采用表格化定义技术，定义其属性和功能。属性代表模块单元的资源等，当仪器要进行软件或硬件功能扩展时候，只需更改属性区，扩展该表格即可，具体功能实现流程不用改。

平台化架构中间层为仪器核心功能层：该层分为接收通道控制模块、本振合成控制模块、中频数据处理分析模块。

接收通道控制模块：控制输入信号在信号接收与分析类仪器中选择与频率、增益等相应的通道路径，以及通道中各单元的参数配置，经过众多的板级功能组合，输入信号完成调理后最终通过混频变为了中频信号。

本振合成控制模块：控制多个本振环路，通过频率合成，产生预定频率和功率的本振信号，输入接收通道进行混频。

中频数据处理分析模块：将数字化后的中频信号进行各种分析测量，生成仪器的最终测量分析结果。

平台化架构最高层为用户操作层：实现用户与仪器的交互功能，该层包括操作交互模块和接口程控模块，每个模块中的多个功能函数都分配一个功能命令序号，用于仪器的功能调用，以及程控时候的功能调用。

操作交互模块：将用户通过键盘、鼠标等输入方式输入的用户指令，转换为仪器的内部控制指令，并将仪器的分析结果显示到屏幕上，或通过网络等输出数据。

接口程控模块：用户通过网络、GPIB、USB等接口，发送指令控制仪器完成信号的接收和分析，并通过该接口输出仪器的结果数据。

本发明的信号接收与分析类仪器设备软件平台化架构的工作流程分为四个线程，即扫描取数线程、分析结果显示刷新线程、程控线程、用户交互线程，每个线程内部实现工作流程的标准化步骤。

用户开发的所有分析测试功能模式，都可以在本发明的上述架构中实现，完成一种分析功能，只需按步骤实现功能的调用和按序组合，添加或开发新功能时用户只需要在架构某些格子处按规范添加即可。

为了更详细地说明本发明的技术方案，下面给出一具体实施例。

在某型号信号分析仪中，其平台化架构设计方法如下：

整个软件平台化架构分为三层，板级功能实现层、仪器核心功能层、用户操作层。

第一步，定义板级功能实现层：板级功能实现层完成对仪器内部预选板、微波控制板、本振合成板、DSP处理板、数据采集板等多个电路板单元的控制。对于衰减器定义一个结构体，包含最大衰减量70dB、最小衰减量0dB、衰减步进2dB、端口地址0XF74；对于YTF预选器单元定义结构体，其中参数包含频率范围4GHz到26.5GHz，调谐速度20MHz/ms，端口地址0XF76；混频器单元定义结构体包含混频器电平范围-30dBm到0dBm，端口地址0xF78；其它单元根据单元特性完成定义。每个单元的功能就是把上层传来的参数转换为针对该单元地址的端口数据，通过调用总线的读写函数，实现电路板单元的控制。

第二步，定义仪器核心功能层：该层实现接收通道控制模块、本振合成控制模块、中频数据处理分析模块三大模块的功能提取抽象，接收通道控制模块包括通路的耦合方式选择Couple()，开关滤波器选择设置SwitchFilter()，通道增益控制ChannelGain()等；本振合成控制模块包括本振起始频率和本振终止频率的设置LocalStartFreq()、LocalStoptFreq()，本振的环路设置LocalBp()；中频数据处理分析模块包括中频滤波器的设置IFFilterSet()，数据处理方式的选择IQSelect()，数据的获取GetData()等；其中每一个函数功能都是通过调用上面的板级功能实现层来完成的。

第三步，定义用户操作层，该层实现用户与仪器的直接交互，以及通过外部接口与仪器的交互，该层分为操作交互模块和接口程控模块两部分，其中操作交互模块从仪器面板接收用户的操作包括鼠标点击和键盘按键，转为对仪器的控制参数，如起始频率的设置StartFreq()、终止频率的设置StopFreq()、参考电平的设置RefSet()等，其中每个功能函数都分配一个独一无二的命令序号。接口程控模块主要包括网络的程控LanReceive()，LanSend()；USB接口的程控UsbReceive()，UsbSend()；以及通过GPIB接口实现的程控GpibSend()，GpibGet()；通过接口接收的数据流按照格式拆分为控制命令和控制参数，控制命令转为命令序号对应操作交互模块的每一个功能函数，通过命令序号和控制参数，实现对操作交互模块中功能的调用。操作交互模块中所有功能函数，都通过调用上面仪器核心功能层的函数实现。

第四步，建立动态架构，实现仪器工作流程：把各层的静态架构，通过分解抽象整机工作流程步骤，建立功能连接组件，实现动态的仪器分析流程架构，其中最重要的连接件是各个工作线程，包括扫描取数线程、分析结果显示刷新线程、程控线程、用户交互线程。扫描取数线程SweepThread启动仪器的扫描分析工作，并读取分析结果；分析结果显示刷新线程DisplayThread将分析结果转换为显示数据，程控线程RemoteThread实现对网络、USB、GPIB接口的监控、数据接收和发送；用户交互线程UserUIThread实现鼠标、键盘等与仪器的交互。

通过上面四步完成了信号接收与分析类仪器设备软件平台化架构设计，在此架构基础上可以快速实现信号分析与接收类设备的各种仪器功能，并且很方便硬件扩展或改进后的软件升级。

本发明实现了信号接收与分析类仪器设备平台化，便于添加硬件、便于用户开发新功能；架构简洁高效，具有很强的通用性。

本发明能够保证仪器软件的一致性快速开发、减少软件开发的重复投入、提高软件的开发效率，进一步提高软件的健壮性、方便软件的维护升级、以及便于用户使用的一致性操控风格，并给用户提供良好的体验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。