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　

ＣＯＮＦｉｇ￣ｅ——　—　［：ｖｏｌｔａｇｅ］　

３７９　

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；　

ｓｔｒｕｃｔ　ｂｔｒｅｅｎｏｄｅ　ＬＣ；　

ｓｔｒｕｃｔ　ｂｔｒｅｅｎｏｄｅ　ＲＣ；　

｝ｂｎｏｄｅ；　

结点中数据部分类型定义：　

ｔｙｐｅｄｅｆ　ｓｔｒｕｃｔ　

／／结点数据　

／／左指针　

／／右指针　

｛　

ｃｈａｒ　ｃｍｄｎａｍｅ［４０］；　

ｅ　ｄ　ｅ　

／／命令关键字　

／／命令关键字缩写形式　

／／命令内码　

ｃｈａｒ　ｃｍｄｎａｍｅ２［４０］；　

ｉｎｔ　ｃｏｄｅ；　

ｉｎｔ　ｉｐａｒａｔｙｐｅ；　

ｉｎｔ　ｉｄｅｆａｕｌｔ；　

）ＴｒｅｅＤａｔａ；　

／／参数类型　

／／缺省节点标记　

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

：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　

一一

信息与电子工程　第１０卷　

：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。　

参考文献：　

［１］　王浩，王子斌．一种２　Ｇｓｐｓ数字示波器数据采集系统的设计…．信息与电子工程，２００９，７（４）：２５７—２６０．（ＷＡＮＧ　Ｈａｏ，　

ＷＡＮＧ　Ｚｉｂｉｎ．Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　２　Ｇｓｐｓ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ　ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　

２００９，７（４）：２５７—２６０．）　

【２］　陈长龄，田书林，师奕兵，等．自动测试及接口技术［Ｍ】．北京：机械Ｔ业　版社，２００５．（ＣＨＥＮ　Ｃｈａｎｇｌｉｎｇ，ＴＩＡＮ　Ｓｈｕｌｉｎ，　

ＳＨＩ　Ｙｉｂｉｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｔｅｓｔ　Ｓｙｓｔｅｍ＆Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｐｒｅｓｓ，２００５．）　

［３］　ＩＥＥＥ４８８．２．Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｃｏｍｍａｎｄｓ　ｆｏｒ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（ＳＣＰＩ）［Ｓ］．ＵＳＡ：ＩＥＥＥ，１９９９．　

［４］　Ａｇｉｌｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　Ｉｎｃ．Ａｇｉｌｅｎｔ　ＩｎｆｉｎｉｉＶｉｓｉｏｎ　６０００　Ｓｅｒｉｅｓ　Ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅｓ　ｐｒｏｇｒａｍｍｅｒ’ｓ　Ｇｕｉｄｅ［Ｚ］．ＵＳＡ：Ａｇｉｌｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　

Ｉｎｅ．，２００８．　

［５］　井涛，郭永瑞．一种实用的ＳＣＰＩ语法分析设计方法［Ｊ］．国外电子测量技术，２００６，２５（２）：４２—４４．（ＪＩＮＧ　Ｔａｏ，ＧＵＯ　Ｙｏｎｇｒｕｉ　．

Ｕｓｅｆｕｌ　ｐａｒｓｉｎｇ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ＳＣＰＩ［Ｊ］．Ｆｏｒｅｉｇｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，２５（２）：４２—４４．）