SCPI命令解释器的实现

第１０卷 第３期

２０１２年６月

信 息 与 电 子 工 程

ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ

ＶＯ１．１０，ＮＯ．３

Ｊｕｎ．，２０１２

文章编号：１６７２—２８９２（２０１２）０３－０３７７—０５

ＳＣＰＩ命令解释器的实现

韦荣昌，赖小红

～～一ｕ ～一黼ｙ ＿～一呈 二～一ｌ．＿三詈 一～＿枷一 ＿她～一罢 ～一．ｍ 一～ ～嘞一脚三．

（电子科技大学自动化Ｔ程学院，四川成都６１１７３１）

摘 要：可程控仪器命令标准（ＳＣＰＩ）目前被广泛应用于测试测量仪器的操作控制中。针对数字

示波器的ＳＣＰＩ命令集，研究并设计了一种ＳＣＰＩ命令解释器，此命令解释器通过采用二又树结构

来存储数字示波器的ＳＣＰ１命令集，并在此基础上通过遍历二叉树来实现ＳＣＰＩ命令的查找过程。

设计的解释器具有命令解析效率高，移植性好等优点，现已应用于数字示波器中，实践证明了此

设计方案是可行的。

关键词：数字示波器；ＳＣＰＩ解释器；命令树；二叉树

中图分类号：ＴＮ９８；ＴＭ９３２ 文献标识码：Ａ

Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃ ｏｍｍａｎｄｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ

Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｉｎｔｅｒｐｒｅｔｅｒ

ＳＣＰＩ建立在ＩＥＥＥ４８８．２基础上，目前在各种程控测试测量仪器中得到了广泛应用。但是，由于仪器硬件并

不能直接理解控制器发出的ＳＣＰＩ命令，因此需要依靠ＳＣＰＩ命令解释器才能完成要求的操作。数字示波器是组

建自动测试系统的关键仪器之一，为数字示波器设计ＳＣＰＩ命令解释器有助于将其应用于大型自动测试系统，同

时也能够增强其互换性和兼容性…。

ｌ ＳＣＰＩ命令语法简介

１．１ ＳＣＰＩ概述

２０世纪７Ｏ年代，自动测试系统最重

要的进展是ＩＥＥＥ４８８．１标准的制订，它的

出现极大地推动了自动测试系统的发

展。ＩＥＥＥ４８８．１主要规定了仪器在电气、

Ｆｉｇ．１ ＳＣＰＩ ｐｒｏｇｒａｍ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ

机械和功能方面相容性的要求，但在软

图Ｉ ＳＣＰＩ程控仪器模型

件方面并没有统一的标准。之后ＩＥＥＥ４８８．２在ＩＥＥＥ４８８．１基础上使程控仪器器件消息的数据编码与格式、命令功

能元素与编码句法、消息交换控制等方面实现了标准化，但它只定义了程控仪器的少数公用命令语义，用于仪器

内部基本操作控制，却未解决器件消息标准化的问题。因此，建立在ＩＥＥＥ４８８．２基础上的ＳＣＰＩ应运而生。

收稿日期：２０１１－０６—２０：修回日期：２０１１．０８．２９

３７８ 信息与电子工程 第１０卷

ＳＣＰＩ主要侧重于解决仪器程控和响应中器件消息的标准化问题，其定义了各种可编程仪器的控制命令格式

以及语法，是目前重要的仪器程控命令标准之一 。ＳＣＰＩ采用树形分层结构的命令集，提出了一个具有普遍性

的通用仪器模型，仪器模型体现了ＳＣＰＩ仪器功能逻辑和分类，如图１所示。

１．２ ＳＣＰＩ语法格式

根据ＳＣＰＩ ９９标准，整个ＳＣＰＩ命令分为ＩＥＥＥ４８８．２公用命令和ＳＣＰＩ仪器特定控制命令２种不同类型。

公用命令就是ＩＥＥＥ４８８．２规定的仪器必须执行（或称必备的）的命令，它们的句法和语义都遵循ＩＥＥＥ４８８．２的

规定，以“ ’开头，它与测量无关，用于控制仪器的某些基本功能操作，其语法格式如下【３】：

１）命令格式：星号＋关键字；

２）询问格式：星号＋关键字＋问号。

ＳＣＰＩ仪器特定控制命令以“：”开头，有命令（Ｃｏｍｍａｎｄ）和询问（Ｑｕｅｒｙ）２种格式，主要用来从事测量、读取

数据以及切换开关等，包括所有测量函数及一些特殊的功能函数。询问命令是一类特殊类型的命令，主要用于指

示仪器产生响应数据，通过询问来获取仪器的设置或状态。具体命令格式如下［３】：

１）命令格式：冒号＋关键字＋空格＋参数＋空格＋单位；

２１询问格式：冒号＋关键字＋问号。

按照以上命令结构格式，以下都是有效的命令：

ＲＳＴ ／／公用命令

＊ＩＤＮ？ ／／公用命令，询问格式

：ＣＯＮＦｉｇｕｒｅ：ＶＯＬＴａｇｅ：ＤＣ １０Ｖ ／／带参数的特定命令

：ＭＥＡＳｕｒｅ：ＶＯＬＴａｇｅ：ＡＭＰＬｉｔｕｄｅ？ ／／询问命令

１．３ ＳＣＰＩ命令的使用方式

ＳＣＰＩ命令既可以单条命令使用，也可以将不同命令连接，组成一个命令字符串，命令的连接方式如下：

１）以“；”连接公用命令和仪器特定命令；

２）以“；”作分割符，后面紧跟“：”，连接不同层次的仪器特定命令，后一命令的首节点必须是根结点，表

示从命令树的最高层重新开始命令；

３）以“；”分割同一子系统命令下的同一层次的特定命令。

通过仪器总线传输ＳＣＰＩ命令字符串，仪器在收到命令字符串后，交给ＳＣＰＩ命令解释器解释执行。

２ ＳＣＰＩ命令解释器的设计

ＳＣＰＩ命令解释器的主要功能是对用户输入的命令进行解析，将使用ＳＣＰＩ命令编写的程控命令翻译成仪器可

以识别的代码，功能示意如图２所示。

ｓｃＰＩ ｃ。ｍｍｒｄＤｄ ｓⅡｉｎｇ—

竺兰＿Ｊ ｌ ｓｃＰＩ ｃｏｍｍａｎｄｓ ｐａｒｓｉｎｇ ：！ ＋ｓｃＰＩ ｃｏｍｍａｎｄｓ＇ｃ。ｄｅ ａ１ｌｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｈｉｃｈ ｃａｌｌ ｂｅ

！！！：竺 ｌ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｂｙ ｂｓｅｑ ｍ ｆｕｎｎ 叩

Ｆｉｇ．２ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ＳＣＰＩ ｉｎｔｅｒｐｒｅｔｅｒ

图２ ＳＣＰＩ解释器功能示意图

根据ＳＣＰＩ命令语法格式和数字示波器ＳＣＰＩ命令子集的特点ｌ４】，本设计采用链式二叉树结构一一孩子兄弟表

示法，存储数字示波器的ＳＣＰＩ命令子集的节点信息；采用数组存放命令子集的参数语法信息（包括参数类型等），

数组长度为命令个数。通过遍历二又树来实现命令的查找过程，最后提交命令内码和参数，供系统执行相应的操

作。因此ＳＣＰＩ命令解释器的设计工作主要包括２个部分：ａ）建立内置命令存储结构；ｂ）编写查找分析程序。

２．１命令树的创建

创建命令树的过程，就是把数字示波器的ＳＣＰＩ命令集按照一定的结构，创建成供查询使用的命令树。这个

阶段要求实现：输入的是包含数字示波器所有的ＳＣＰＩ命令关键字的１个格式化文本文件，输出的是１棵按规则

创建的命令树【５】。

ＳＣＰＩ命令格式为树状层次结构，具有多个子系统，每个子系统又具有多个子命令。因此创建数字示波器命

令树，首先要了解数字示波器的ＳＣＰＩ命令集，根据小学数学故事 示波器要实现的功能，选定相关的命令子系统（包括１０个命

令子系统：ＣＯＮＦｉｇｕｒｅ，ＦＥＴｃｈ／ＲＥＡＤ／ＭＥＡＳｕｒｅ，ＣＡＬＣｕｌａｔｅ，ＦＯＲＭａｔ，ＩＮＰＵｔ，ＳＥＮＳｅ，ＳＴＡＴｕｓ，ＳＹＳＴｅｍ，ＴＲＡＣｅＩＤＡＴＡ，

第３期 韦荣昌等：ＳＣＰＩ命令解释器的实现 ３７９

ＣＯＮＦｉｇ￣ｅ—— — ［：ｖｏｌｔａｇｅ］

ＴＲＩＧｇｅｒ），根据选定的命令子系统建立数字示波器的ＳＣＰＩ命令集＿６ｊ。

每一个命令子系统都是一棵多叉树，都是分层树形结构，图３为

ＣＯＮＦｉｇｕｒｅ的树形结构（图中箭头指示了命令结点间的层次关系）。

ＳＣＰＩ命令树是多棵多又树的结构形式。创建ＳＣＰＩ命令树，常见

的方法是将命令树直接存储为多叉树结构，结点包含了父指针、兄弟

指针和孩子指针，这样的存储比较混乱，对实现命令树的存储、删除、

插入和遍历都比较麻烦。将多又树转化为二叉树形式是实现树的持久

存储和计算的常用方法，二叉树的存储结构主要有２种，即链式结构和顺序结构。顺序结构仅适用于满二叉树。

链式结构虽不能任淘宝店铺导航 意访问某一结点的双亲，但对于已知结点孩子的查找十分方便，并且易于扩展树的空间、添加

Ｆｉｇ．３ ＣＯＮＦｉｇｕｒｅ ｃｏｍｍａｎｄ ｔｒｅｅ

图３ ＣＯＮＦｉｇｕｒｅ命令子系统多叉树结构图

和删减命令，十分利于ＳＣＰＩ命令的查询遍历、命令集的移植以及扩展。因此本设计采用链式二叉树结构一一孩

子兄弟表示法来创建ＳＣＰＩ命令树。将每一个命令子系统构建为一棵二叉树，公用命令则是一棵只有根结点的二

叉树；将每一个子系统根结点及公用命令结点作为命令树右链结点，左链为各个子系统下的孩子结点，合并构成

一

棵完整的ＳＣＰＩ命令树。构建后的ＣＯＮＦｉｇｕｒｅ命令子系统二叉树如图４所示：

Ｆｉｇ．４ Ｂｉｎａｒｙ ｔｒｅｅ ｏｆ ＣＯＮＦｉｇｕｒｅ ｃｏｍｍａｎｄ

图４ ＣＯＮＦｉｇｕｒｅ命令子系统二叉树结构图

每个命令结点的结构［ 为：

结点类型定义：

ｔｙｐｅｄｅｆ ｓｔｒｕｃｔ ｂｔｒｅｅｎｏｄｅ

｛

ＴｒｅｅＤａｔａ ｄａｔａ； ／／结点数据

ｓｔｒｕｃｔ ｂｔｒｅｅｎｏｄｅ ＬＣ； ／／左指针

ｓｔｒｕｃｔ ｂｔｒｅｅｎｏｄｅ ＲＣ； ／／右指针

｝ｂｎｏｄｅ；

结点中数据部分类型定义：

ｔｙｐｅｄｅｆ ｓｔｒｕｃｔ

｛

ｃｈａｒ ｃｍｄｎａｍｅ［４０］； ／／命令关键字

ｅ ｄ ｅ

／／命令关键字缩写形式 ｃｈａｒ ｃｍｄｎａｍｅ２［４０］；

／／命令内码 ｉｎｔ ｃｏｄｅ； 古代爱国诗

ｉｎｔ ｉｐａｒａｔｙｐｅ； ／／参数类型

ｉｎｔ ｉｄｅｆａｕｌｔ； ／／缺省节点标记

）ＴｒｅｅＤａｔａ；

因为数字示波器的ＳＣＰＩ命令集是已选定的，构建命令树时，

如果采用手动一个一个地输人命令关键字等信息，既耗时又易出

错。因此创建一个包含数字示波器所有ＳＣＰＩ命令关键字等信息

的文本文件，采用一边扫描文本，一边创建命令树的方法，效率

要高很多。列举文本片段如下：（第１个“／”后面的数字代表内

码；第２个“／”后面的数字代表参数类型；“ｒ代表有别名；＠

代表默认结点。１

：ＣＯＮＦｉｇｕｒｅ／１００Ｉ／１

一五一的由来

：ＶＯＬＴａｇｅｔＶＯＬＴａｇｅｌ＠／１１００／１

：ＤＣ＠／１ １ １０／１

一一

一

：ＡＣ／１ １２０／１

————

：ＦＲＥＱｕｅｎｃｙ／１ １ ３０／１ Ｆｉｇ．５ Ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｃｏｍｍａｎｄ ｔｒｅｅ

图５创建命令树流程图

３８０ 信息与电子工程 第１０卷

一一

：ＰＥＲｉｏｄ／１ １４０／１

：ＰＨＡＳｅ／１ １５０／１

一一

创建命令树的过程：从文本文件中读取关键字和命令编码等信息，遍历树，填人相应的命令结点信息（包括

关键字及其编码），输出一棵链式二叉树结构的完整的ＳＣＰＩ命令树，创建命令树的流程图如图５所示。

２．２命令查找 ．

命令查找的过程就是根据用户输入的ＳＣＰＩ命令，遍历命令树，得到命令的内码和参数信息，通过进行字符

串比较，在同一层次中由前到后，对命令树结点遍历来完成的。

具体的查找过程如下：对用户输入的ＳＣＰＩ命令字符串，按空格分离关键字和参数，并把参数和单位保存到

一

个参数表中；取第１个关键字，从命令树右链开始查找，若不匹配，则在此结点的右分支（同一等级）下查找；

若匹配，则在此结点的左分支进行下一等级结点的查找，直至最后１个关键字的查找结束；完全匹配后，判断参

数信息，最后保存参数。完成上述查找过程后，得到仪器可以识别并且能够执行的命令内码和参数，最后提交命

令内码和参数，供系统执行相应的操作。

当结点查找首次出现不匹配时，查看当前结点是否有缺省结点，如果有，则把缺省结点作为当前结点，继续

进行结点的查找；如果没有缺省结点，则给错误报告信息，并结束本次查找过程。

例如输入１条ＳＣＰＩ命令：“：ＣＯＮＦｉｇｕｒｅ：ＶＯＬＴａｇｅ：ＡＣ １０”，首先分离关键字和参数，同时把参数和单位保存

到１个参数当兵政策 表中。参考图４ ＣＯＮＦｉｇｕｒｅ命令子系统二叉树结构图，查看查找的具体过程：取第１个关键字：

：ＣＯＮＦｉｇｕｒｅ”，从命令树的右链开始查找，若找到与之匹配的字符串，则取下一等级关键字：“：ＶＯＬＴａｇｅ”，

在：ＣＯＮＦｉｇｕｒｅ的左链查找，依次直至最后１个关键字“：ＡＣ”的查找结束，完全匹配后，判断参数信息，最后保

存参数，返回命令内码和参数，本次查找结束。

２．３ ＳＣＰＩ命令解释器的验证

“

设计验证程序，验证ＳＣＰＩ命令解释器的正确性。创建一个格式化文本文档，包含要验证的ＳＣＰＩ命令字符

串，验证过程通过一边扫描文本中的命令字符串，一边对命令字符串进行解析来实现。验证程序实现的功能：对

于输入的正确的ＳＣＰＩ命令字符串，解释器能够正确解析，给出仪器可识别的命令内码和参数等信息，同时显示

其输出并提交系统执行相应的操作，实现解析ＳＣＰＩ命令的功能；如果输入错误的ＳＣＰＩ命令，如格式、符号或

者参数等出错，给出相应错误的状态报告。

３ 结论

数字示波器在现代测量控制领域的应用十分广泛 Ｊ。为增强数字示波器ＳＣＰＩ命令集的可移植性和通用性，

设计一种扩展性良好的命令集存储结构和实现高性能命令解析的ＳＣＰＩ命令解释器是十分重要的。本文设计和实

现了数字示波器的ＳＣＰＩ命令解释器，对数字示波器的ＳＣＰＩ命令进行判断和查询，完成了数字示波器的控制和

测量。对于其他仪器模块只需要修改ＳＣＰＩ命令关键字等信息的格式化文本，即可得到不同的内置命令树，这种

方法设计的ＳＣＰＩ命令解释器不仅命令树结构清晰，而且具有较好的可扩展性和可移植性，具有一定的通用性，

对于其他仪器模块的ＳＣＰＩ命令集解释器的设计，也具有很好的参考意义。

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