Zusammenfassung: Dieser Artikel beschreibt die Gesamtstruktur und das zugehörige Hardware- und Software-Design eines 2M-Digitalübertragungsanalysesystems, das mit LabVIEW, dem weit verbreiteten Softwareentwicklungswerkzeug für virtuelle Instrumente unter Windows, entwickelt wurde. Der Schwerpunkt liegt auf dem Design der Anwendungssoftware. Schlüsselwörter: Virtuelles Instrument; LabVIEW; 2M-Digitalübertragungsanalysesystem; Design. In der Kommunikationsprüfung werden herkömmliche 2M-Digitalübertragungsanalysatoren zur Messung der Bitfehlerrate von Datenleitungen und zur Analyse von Leitungsfehlern und deren Ursachen eingesetzt. Sie ermöglichen zudem die einfache Durchführung von Messungen und routinemäßigen Wartungstests an einer Reihe von Übertragungsparametern für 2-Mbit/s-Digitalkanäle und N×64k-Kanäle. Die meisten dieser Geräte auf dem nationalen und internationalen Markt sind jedoch teuer, komplex in der Bedienung und wartungsintensiv. Vor allem aber sind die Funktionen dieser Geräte ausschließlich vom Hersteller definiert und gefertigt; Anwender können die Funktionen nicht an ihre eigenen Bedürfnisse anpassen, aktualisieren oder erweitern. Angesichts dieser Einschränkungen untersucht dieser Artikel das Design und die Implementierung der verschiedenen Funktionen eines herkömmlichen 2M-Digitalübertragungsanalysators auf einem Computer mithilfe der Technologie virtueller Instrumente. Im Vergleich zu herkömmlichen Analysatoren bietet es Vorteile wie leistungsstarke und flexible Analysefunktionen, eine benutzerfreundliche grafische Oberfläche, intuitive und komfortable Bedienung, kurze Entwicklungs- und Designzyklen, geringe Kosten und hohe Offenheit. 1. Gesamtkonzept des Systems Virtuelle Instrumente sind eine neue Technologie, die in den 1980er Jahren entstand. Es handelt sich um computergestützte Instrumentensysteme, die vom Benutzer auf einer Hardwareplattform mit einem Allzweckrechner als zentralem Element entworfen und definiert werden. Sie verfügen über ein virtuelles Instrumentenpanel, und die Testfunktionen werden durch Testsoftware implementiert. Strukturell besteht ein virtuelles Instrument aus zwei Hauptkomponenten: einer Allzweck-Hardwareplattform (einschließlich Computer und I/O-Schnittstellengeräten) und einer Softwareplattform (einschließlich Anwendungsprogrammen und Treibern für die I/O-Schnittstellengeräte). Die Kombination der Struktur des virtuellen Instruments mit den funktionalen Anforderungen eines herkömmlichen digitalen Übertragungsanalysators ergibt das in Abbildung 1 dargestellte Gesamtstrukturmodell des 2M-Digitalübertragungsanalysesystems auf Basis virtueller Instrumente . 2. Hardware-Design des Systems Die Hardwareplattform des 2M-Digitalübertragungsanalysesystems besteht aus einem Computer und I/O-Schnittstellengeräten. Da der Computer leicht verfügbar ist, müssen für das System lediglich die I/O-Schnittstellengeräte, d. h. das Detektionsmodul, entworfen werden. Die Funktion des Detektionsmoduls besteht darin, 2-Mbit/s-PCM-Signale über die Kommunikationsleitung zu empfangen und zu senden sowie Bitfehler und Alarmzustände zu erkennen. Da die meisten Funktionen durch den DS21354-Chip implementiert werden können, ist die Systemhardware um den DS21354 herum konzipiert. Im Detektionsmodul dieses Systems ist die Verbindung zwischen dem DS21354 und dem ISA-Bus der Kern des Designs. Erst wenn dieser Teil fertiggestellt ist, kann das System Daten-, Adress- und Steuersignale zwischen niedrigeren und höheren Ebenen übertragen und somit das gesamte virtuelle System realisieren. Abbildung 2 zeigt das Verbindungsdiagramm des DS21354 und des ISA-Busses. 3. Systemsoftware-Design: Software ist der Kern virtueller Instrumente. Dieses System verwendet LabVIEW als Entwicklungswerkzeug. Es handelt sich um ein auf der Programmiersprache C basierendes Softwareentwicklungswerkzeug für virtuelle Instrumente von NI (National Instruments), das Entwicklern virtueller Instrumente eine komfortable und einfache Entwicklungsumgebung bietet. Mithilfe von LabVIEW können Entwickler auf einfache Weise Messsysteme und eigene Instrumententafeln wie Bausteine ​​erstellen, ohne aufwendigen Computercode schreiben zu müssen. Die Systemsoftwareentwicklung umfasst die Entwicklung von Gerätetreibern und Systemanwendungen. 3.1 Entwicklung von Gerätetreibern LabVIEW bietet verschiedene grafische Treiber, mit denen sich E/A-Schnittstellengeräte verschiedener Busse einfach ansteuern lassen. Die von LabVIEW bereitgestellte Symbolfunktion ist jedoch begrenzt. Für Datenerfassungskarten anderer Hersteller als NI müssen Entwickler, wie auch in diesem System, eigene Treiber entwickeln. LabVIEW bietet zwei Entwicklungsmethoden für Treiber von Datenerfassungsgeräten, die nicht von NI stammen: (1) Entwicklung von Gerätetreibern mithilfe der Port-Operationssymbole InPort.vi und OutPort.vi. LabVIEW verfügt über zwei Symbole, die direkt auf die zugrunde liegenden Geräte zugreifen können: InPort.vi und OutPort.vi. Diese beiden Symbole ermöglichen das direkte Lesen und Ausgeben von Daten von der physischen Adresse des Geräts. (2) Entwicklung des Treibers für dieses System mithilfe des von LabVIEW bereitgestellten CIN-Symbols (Code Interface Node). LabVIEW bietet im erweiterten Untertemplate ein CIN-Symbol zur Anbindung an die Programmiersprache C. Dadurch lässt sich Treiberquellcode, der in C geschrieben ist, einfach in LabVIEW importieren. 3.2 Systemanwendungsdesign Da das virtuelle Instrument lediglich die Anzeigefunktion des Computermonitors nutzt, um das Bedienfeld eines herkömmlichen Instruments zu simulieren, sollte das Anwendungsdesign des Systems mit den Funktionen eines herkömmlichen digitalen Analysators übereinstimmen. Abbildung 3 zeigt das Software-Strukturdiagramm des Systems, das sich an den verschiedenen Funktionen des herkömmlichen Analysators orientiert. Gemäß diesem Diagramm lässt sich das Bedienfeld in LabVIEW layouttechnisch in vier Bereiche unterteilen: Hauptbedienfeld, Hauptanzeigemenü, Statusalarm und Parametereinstellung. Über das Hauptbedienfeld werden die Ein-/Ausschalt- und Betriebs-/Stoppfunktionen des Systems gesteuert. Das Hauptanzeigemenü zeigt die Testanalyseergebnisse und Echtzeithilfe des Analysemoduls (siehe Abbildung 2). Um Platz auf dem Bedienfeld zu sparen, wird aufgrund der Vielzahl der Anzeigen ein zweistufiges Menü verwendet: Testanalyse und Echtzeithilfe bilden die erste Menüebene; Verschiedene Testergebnisse werden im Menü der zweiten Ebene unter „Testanalyse“ angezeigt. Der Statusalarmbereich warnt hauptsächlich vor Anomalien in den Leitungssignalen und zeigt Signalstatus an. Im Parametereinstellungsbereich können Messungen konfiguriert und detailliert gesteuert werden, darunter Signalauswahl, Alarmeingabe, Messzugriffsmodus, grafische Tests, Betriebsmodus, Signalcodierungstyp und Fehlereingabe. Das mit LabVIEW entwickelte virtuelle Instrument kann unabhängig von der LabVIEW-Entwicklungsumgebung betrieben werden, und der Endbenutzer sieht ein Bedienfeld, das dem des realen Instruments ähnelt. Abbildung 4 zeigt die Hauptschnittstelle des Systems und die Fehleranzeige. 4. Fazit: Das in dieser Arbeit entwickelte 2M-Digitalübertragungsanalysesystem basiert auf der Hardware eines gängigen Mikrocomputers und I/O-Schnittstellengeräten, verwendet das international verbreitete Konzept des „virtuellen Instruments“ und nutzt LabVIEW als Entwicklungswerkzeug. Daher kann das System nicht nur die Detektions- und Analysefunktionen herkömmlicher Digitalanalysatoren ausführen, sondern verfügt auch über eine benutzerfreundliche grafische Oberfläche, ist einfach zu bedienen und zeichnet sich durch hohe Offenheit, Skalierbarkeit und Wartungsfreundlichkeit aus. Referenzen [1] Liu Junhua, Jia Huiqin. Tutorial on Virtual Instrument Graphical Programming Language LabVIEW [M]. Xi'an: Xi'an University of Electronic Science and Technology Press, 2001. [2] Yao Yannan, Xue Junyi. Microcomputer Principles [M]. Xi'an: Xi'an University of Electronic Science and Technology Press, 1998. [3] Shaanxi Silicon Valley Communication. SGT-1BT 2M Transmission Performance Analyzer [DB]. http://www.china-guigu.com, 2002. [4] Dallas Semiconductor. DS21354 and DS21554 E1 single chip transceivers (SCT) [DB]. http://www.dalsemi.com, 2002.