维普资讯 http://www.cqvip.com 第７卷第３期 哈尔滨理工大学学报 Ｊ０ＵＲＮＡＬ ＨＡＲＢＩＮ ＵＮＩＶ．ＳＣＩ．＆ＴＥＣＨ． ＶＯ１．７ ＮＯ．３ Ｊｕｎｅ，２００２ ２００２年６月 文童编号：１００７—２６８３（２００２）０３—００４４—０４ 仪器网络接口转换装置的研究 王秋光 ， 卢菊春 ， 吴光涛 ， 马怀俭 ｆ１．哈尔滨理工大学电气与电子工程学院，黑龙江哈尔滨 １５００４０； ２．哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院，黑龙江哈尔滨１５ｏｏ４ｏ） 摘要：根据自动测试系统向网络化发展的需要，开发一种将带有ＧＰＩＢ接口的仪器直接接入 局域网的接口转换装置．应用该装置组建的网络自动测试系统，实现了局域网上任意位置的节点控 制和访问ＧＰＩＢ仪器． 关键词：仪器；网络接口；网络自动测试系统 中图分类号：ＴＰ３９３．１ 文献标识码：Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ＷＡＮＧ Ｑｉｕ—ｇｕａｎｇ ，ＬＵ Ｊｕ—ｃｈｕｎ ，ＷＵ Ｇｕａｎｇ—ｌａｏ ，ＭＡ Ｈｕａｉ—ｊｉａｎ （１．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈａｒｂｉｎ Ｕｎｉｖ Ｓｃｉ Ｔｅｃｈ．，Ｈａｒｂｉｎ １５００４０，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅａｓｕｒｅ—ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ Ｕｎｉｖ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．，Ｈａｒｂｉｎ １５００４０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ，ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｎｔｅｒ－ ｆａｃｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｄｅｖｉｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｃｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ＧＰＩＢ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃａｎ ｂｅ ｏｎｎｅｃｔｅｄ ｄｉｃｒｅｃｔｌｙ ｔｏ ｌｏｃａｌ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｂｙ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ．Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ｂｕｉｌｔ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｖｉｅ．Ｉｔｃ ｉｓ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ａｃｃｅｓｓ ＧＰＩＢ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｌｏｃａｌ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ 计算机网络技术时代的到来，使得网络技术很 快的应用到测试领域，主要表现为测试系统的网络 １ 工作原理与硬件构成 接口转换装置的实质就是把测量仪器的ＧＰＩＢ 接口转换成标准的网络接口．首先必须具有网络接 口功能，接收网络上传来的数据，并将处理后的数据 发送到网络上；其次，它应具有ＧＰＩＢ接口功能，完 化，其关键技术是仪器的接口网络化［１１．因此，研究 将测量仪器直接接到网络上的技术与装置具有重要 的意义．本文在研究基于网络测试系统的组建方 法［２１的基础上，开发一种接口转换装置，利用该装 置，可以将带有ＧＰＩＢ接口的仪器直接接人局域 网，实现网络自动测试功能． 成对ＧＰＩＢ仪器的听、讲操作． 图ｌ是接口转换装置的原理框图．从图ｌ中看 收稿日期：２００２—０３—２１ 基金项目：黑龙江省自然科学基金项目（Ｅ９９２８） 作者简介：王秋光（１９４９一），男，哈尔滨理工大学教授 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 王秋光等：仪器网络接口转换装置的研究 ４５ 出，该装置主要由网络接口电路、微处理器电路、ＧＰ１Ｂ 接口电路等几部分组成． 双 绞 ＮＥ２ｏ０Ｏ网卡 线 接 口 ＩＳＡ总线Ｉ Ａ０一Ａ９ 数据存储器 Ａｌ４一Ａ８ Ａ７一Ａ０ Ｄ０一Ｄ７ 微Ｐ２ 锁存器 处 理ＰＯ 器Ｐｌ 缓冲器Ｉ单向ｌ Ｉ双向 ｌ缓冲器 ＧＰＩＢ总线ｌ管理总线 数据总线 图１ 接口转换装置原理框图 １．１网络接口电路 网络接口电路是接口转换装置与网络相连接的 通路，它承担着网络节点控制工作的主要任务，负责 传输介质的管理和提供链路层规范的硬件环境．网 络处理的高难度部分使用通用网络适配器［３１，因为 网络适配器中包含了０ＳＩ七层模型中物理层和数据 链路层的全部内容 ，这样，设计时可以不必考虑这 两层的结构． 装置中使用的网络适配器是ＮＥ２０００兼容型网 卡，它是１６位ＩＳＡ总线接口，双绞线网络接口，数据 传输速率为１０Ｍｂｐｓ，主控制芯片是ＲＴＬ８０１９ＡＳ． ＲＴＬ８０１９ＡＳ是通用的网络接口芯片，是网卡上 的核心控制芯片，负责计算机与网卡和网卡与物理 层的数据传输控制嘲．它是基于网卡编程的主要控 制对象，程序通过对它的寄存器的控制就可以完成 网络通信过程．ＲＴＬ８０１９ＡＳ的内部寄存器都是８位 寄存器，分成４页，每页１６个旧．寄存器的寻址由三 方面的因素决定：一是命令寄存器中的ＰＳ１和ＰＳ０ 位，它决定访问寄存器的哪一页；二是４条地址线 ＲＡ０一ＲＡ３，决定访问一页中的哪一个寄存器；三是 读写信号ＩＯＷＢ／ＩＯＲＢ决定寄存器的读写操作． ＲＴＬ８０１９ＡＳ内部寄存器的分布如表１． ＮＥ２０００兼容的寄存器只有３页，第４页是 ＲＴＬ８０１９ＡＳ自己定义的，此处没有列出． １．２微处理器电路 装置中的微处理器采用的是８９Ｃ５２单片机．在 网络管理任务中需要用微处理器实现接口转换装置 中的网卡与网络上的计算机之间数据接收、发送等 表１ ＲＴＬ ８０１９ＡＳ内部寄存器表 功能．同样在ＧＰＩＢ部分，通过对ＧＰＩＢ管理总线和 数据总线的控制，来实现接口转换装置与ＧＰＩＢ仪 器之间的通信． 由于以太网数据包最大可以有１５００多个字 节，８９Ｃ５２单片机内部的２５６字节的ＲＡＭ是无法存 储这么大的数据包，只有放到外部数据存储器里．装 置中使用的外部数据存储器是具有３２ ｋ字节的６２２５６， 可以提高单片机的数据传输速度和复杂的ＴＣＰ／Ｗ 处理． １．３ ＧＰＩＢ接口电路 ＧＰＩＢ接口电路部分通过对ＧＰＩＢ数据总线和 管理总线的控制，来实现ＧＰＩＢ仪器的讲者和听者 功能．其中ＧＰＩＢ管理总线的设定由单向缓冲器 ７４ＬＳ５７４写入来进行，而数据总线的控制是由双向 缓冲器７４ＬＳ６４８来实现． ２ 软件设计 接口转换装置在网络中充当服务器的角色，工 作时等待客户请求的到来．客户请求由客户端应用 程序来实现．通常，客户机会向服务器发出建立连接 请求、断开连接请求，在已经建立与服务器的连接后 维普资讯 http://www.cqvip.com ４６ 哈尔滨理工大学学报 第７卷 会发出对ＧＰＩＢ仪器进行听和讲操作的控制命令， 如使ＧＰＩＢ仪器处于听状态或作为讲者将数据发送 到客户端等．客户应用程序按照ＴＣＰ／ＩＩ）协议，把应 用数据封装成标准的以太网数据包，发送到接口转 换装置中的网卡上，即ＲＴＬ８０１９Ａｓ的接收缓冲区 中．服务器应用程序也按照ＴＣＰ／ＩＩ）协议，将接收到 的数据包进行解包，从中取得客户端发来的应用数 据，进行相应的处理后得到的是客户机的响应数 据．将这些响应数据同样按照ＴＣＰ／ＩＩ）协议进行封 装，封装好的标准以太网数据包发送到ＲＴＬ８０１９Ａｓ 的发送缓冲区，然后启动本地ＤＭＡ，将发送缓冲区 的数据包发送到客户机上，由客户机应用程序将所 需的响应数据取走，从而实现了网络上的节点访问 和控制 仪器． 无论是客户机应用程序还是服务器应用程序， 处理网络数据时都是遵循ＴＣＰ／ＩＩ）协议对数据进行 打包和解包［７１．数据的打包过程如图２． 太网帧 ｝＋——一４６—１５００字节———— 图２ 数据进入协议栈的封装过程 用户的应用数据在ＴＣＰ层增加ＴＣＰ首部形成 ＴＣＰ报文段传给ＩＩ）层，在ＩＩ）层增加ＩＩ）首部形成ＩＩ） 数据报传给网络接口层，在网络接口层增加以太网 首部和尾部形成以太网帧，通过以太网传输．数据的 拆包过程正好与此相反，是从以太网帧去掉各层的 首部到用户数据的过程． 图３给出了转换装置完成其功能的主程序流程 图． ３ 网络自动测试系统的组建 应用开发的接口转换装置组建一测试滤波器频率 特性的网络化自动测试系统，系统构成如图４． 叵亟圃 盘囹① 待客户请求的到来 一Ｎｌ读出接收缓 冲Ｉ 区的数据包 解以太网数据包 取出以太网帧首部的协议类型 ＴＣＰ子程序 控制ＧＰＩＢ的听、讲操作 口 Ｉ再 将封装好的数据包发送到 ＲＴＬ８０１９ＡＳ的发送缓冲区 启动本地ＤＭＡ 将发送缓冲区的数据包 发送到网络（客户机）上 读ＲＴＬ８０１９ＡＳ中断状态寄存器 数据发送完毕？ Ｎ Ｙ 图３主程序流程图 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 王秋光等：仪器网络接口转换装置的研究 ４７ 是讲者，任意波形发生器主要是听者．客户机发出程 机 控命令控制任意波形发生器，使其在电压值一定情 Ｉ网线 况下，不断改变频率值，同时读取不同频率下对应的 数字万用表的测量值，实现了网络化的测试功能．用 广———］ 网线匕 唐］【００口口［ 网线 这种方法得到的数据与通过ＧＰＩＢ控制卡来控制ＧＰＩＢ 仪器得到的结果完全吻合，而且整个系统性能可 靠、稳定． ＧＰＩＢ Ｉ￣缆 口０口口ｃ ｌ 任意波形发生器ｌ ｌ 数字万用表 ４ 结 语 滤波器电路 输入端 输出端 接口转换装置的使用，使得带有ＧＰＩＢ接口的 仪器不用通过计算机而直接接人局域网，从而实现 图４ 网络化自动测试系统框图 网络上任意位置的节点控制和访问ＧＰＩＢ仪器，摆 系统中，计算机是客户机，接口转换装置是服务 脱了ＧＰＩＢ距离和台数的，使远距离自动测试 和多个自动测试系统可为多数人共有成为可能，同 时也减少了硬件的开销，提高系统的性能． 器．数字万用表和任意波形发生器都为ＨＰ公司生 产的带有ＧＰＩＢ接口的仪器，其中数字万用表主要 参考文献： 【ｌ】 赵伟．网络化——测量技术与仪器发展的新趋势【Ｊ】．电测与仪表，２０００，（７）：５－９． 【２】 卢菊春，马怀俭．网络测试系统的构成方法【Ｊ】．信息技术，２００１，（１０）：ｌ一３． 【３ｌ 佐藤即夫．使用Ｈ８／３０６７Ｆ和ＮＥ２０００互换卡的Ｅｔｈｅｒ—ＧＰＩＢ适配器的制作【Ｊ】．晶体管技术，２００１，（１）：２６２—２７１． 【４】 刘国福．ＤＳＰ与以太网卡的接口技术研究 ．电子技术应用，２００１，（１）：５９—６１ 【５】 刘彦明，．实用网络编程技术［Ｍ１．西安：西安电子科技大学出版社，１９９８ 【ｑ ＲＴＬ８０１９ＡＳ—Ｒｅａｌｔｅｋ Ｆｕｌｌ—Ｄｕｐｌｅｘ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｗｉｔｈ Ｐｌｕｇ ａｎｄ Ｐｌａｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ［ＥＢ／ＯＬ１．ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．Ｒｅａｌｔｅｋ．ｃｏｍ ＳＴＥＶＥＮＳ Ｗ Ｒｉｃｈａｒｄ，范建华译．ＴＣＰ／ＩＰ Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ Ｖｏｌｕｍｅ ｌ：Ｔｈｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０００． ｆ审稿：贾世楼教授，姜义成教授；编辑：王 萍）
