SCPI - Standard Commands for Programmable Instruments

SCPI - Standard Commands for Programmable Instruments Standardowe polecenia programowanych urządzeń

 Model przyrządu.

 Podstawowe podsystemy funkcjonalne przyrządów.  Drzewa poleceń SCPI.  Słowa kluczowe - nazwy węzłów.  Formułowanie poleceń SCPI.  Węzły domyślne.  Węzły AUTO.  Urządzenia z zwielokrotnionymi podsystemami funkcjonalnymi.

 Korzyści wynikające z SCPI.

Jednolity sposób porozumiewania się z przyrządami

(język

przyrządów)

pozwala

programowania istotnie

ułatwić

posługiwanie się nimi, zarówno podczas przygotowania również

nowej

modernizacji

istniejącego Definicja

systemu

aplikacji lub

jak

rozbudowy

pomiarowego.

standardowych

poleceń

urządzeniowych wymaga określenia:  alfabetu,  zasad pisowni słów oraz zdań,  słownictwa, czyli zbioru dostępnych wyrazów oraz ich znaczenia.

Rys.1. Relacje standardów systemu pomiarowego.

SCPI oparto na ustaleniach standardu IEEE

488.2 w zakresie stosowanego alfabetu oraz syntaktyki

komunikatów

i

danych

(rys.1).

Zasadniczy problem jest jednak związany z budową

wyczerpującego

określających

zbioru

programowane

wyrazów

zasoby

funkcjonalne dowolnego urządzenia. Wyrazy muszą

mieć

odniesieniu

jednoznaczne

od

wszystkich

znaczenia

w

produkowanych

urządzeń. Dodatkowo musi istnieć możliwość wzbogacania słownictwa w celu zaspokojenia potrzeb i

nowo

rozwijających

powstających się

technik

urządzeń

pomiarowych

z zachowaniem zgodności wstecznej. Do rozwiązania tego problemu wykorzystano: 

uogólniony

model

programowanego

urządzenia; 

koncepcję nagłówków złożonych zawartą w specyfikacji IEEE 488.2.

Rys.1. Relacje standardów systemu pomiarowego.



Uogólniony model przyrządu pokazuje jego

elementy

funkcjonalne

oraz

przepływ

sygnału przez nie (rys.2). Konkretny przyrząd wykorzystuje z

zwykle

tylko

przedstawionych

część

elementów

funkcjonalnych. Każdy blok modelu grupuje pewne

odrębne

zasoby

funkcjonalne

przyrządu charakterystyczne dla danego bloku.

Bloki

funkcjonalne

stanowią

podsystemy

przyrządu.

Sterowanie

zasobami

funkcjonalnymi

podsystemu

realizuje

się

danego za

pomocą

poleceń należących do podsystemu.



W ten sposób SCPI grupuje polecenia w 28 podstawowych

podsystemach.

Poza

pokazanymi na rysunku 2, w specyfikacji SCPI są jeszcze zdefiniowane : CONTrol,

HCOPy, INSTrument, MMEMory, PROGram, STATus, TEST, TRACe, DATA, UNIT, VXI oraz grupa poleceń MEAS.

Rys.2.Model programowanego urządzenia.

Podstawowe podsystemy funkcjonalne urządzeń pomiarowych.  ROUTe

 MEMory

 INPut

 MMEMory

 SENse

 INSTrument

 CALCulate

 STATus

 TRIGer

 SYSTem

 DISPlay  FORMat  SOURce  OUTPut

Drzewa poleceń SCPI. SCPI

grupuje

polecenia

w 28 podstawowych podsystemach.

Polecenia

danej

zasobami odpowiadającego

grupy

sterują

funkcjonalnymi podsystemu

funkcjonalnego urządzenia.

Rys.3. Podstawowe podsystemy poleceń.

W

poszczególnych

następuje

zasobów

kolejne

podsystemach grupowanie

funkcjonalnych

oraz

związanych z nimi poleceń, itd. Rys.4. Przykładowe grupy poleceń podsystemu SENSe.



Każdy podsystem (grupa) na dowolnym poziomie powstałej struktury stanowi jej węzeł i jest nazwany odpowiednim słowem kluczowym,

którego

brzmienie

powinno

kojarzyć się z kryjącymi się za nim funkcjami. 

Węzłami takiej struktury są więc grupy zasobów funkcjonalnych i związanych z nimi

poleceń.

prowadzą

w

węzłów

Kolejne końcu

podziały

do

końcowych

grup

wytypowania dotyczących

konkretnych zasobów funkcjonalnych. Są nimi

wierzchołki

drzewa

danego

podsystemu. 

Struktura

drzewa

podstawowego dotyczące

Rys.5. Fragment podsystemu SENSe z pokazaniem wierzchołków drzewa poleceń.

danego

podsystemu

obrazuje

możliwości

programowania

tego

podsystemu funkcjonalnego urządzenia.

Ostatni węzeł każdej gałęzi dotyczy konkretnego zasobu funkcjonalnego urządzenia ale, aby w poleceniu

programującym określić go jednoznacznie, należy podać nazwy podsystemów do których należy. Dlatego nagłówek polecenia przyjmuje formę ścieżki podającej nazwy kolejnych podsystemów od poziomu korzenia do wierzchołka, który jest nazwą bezpośrednią programowego zasobu. W rezultacie typowy nagłówek polecenia SCPI jest ciągiem nazw separowanych znakiem dwukropka i stanowi zdanie opisujące jednoznacznie programowy zasób: :SENSe:VOLTage:RANGe:AUTO ( automatyczne dobieranie podzakresu przetwornika pomiaru napięcia ) Całe polecenie SCPI składa się z nagłówka oraz ewentualnych argumentów polecenia : :SENSe:VOLTage:RANGe:AUTO:DIRection DOWN :SENSe:VOLTage:RANGe:LOWer Przedstawiona koncepcja hierarchicznego grupowania zasobów funkcjonalnych urządzenia oraz poleceń

dotyczących sterowania nimi zapewnia: 

stosowanie krótkich nazw węzłów z zachowaniem pełnej jednoznaczności, ponieważ ich znaczenie wynika dodatkowo z kontekstu położenia w drzewie poleceń. Identyczne nazwy węzłów nie powodują kolizji, jeśli tylko występują w różnych gałęziach podsystemu;



możliwość rozbudowy drzewa na każdym poziomie;



zachowanie zgodności wstecznej.

Wychodząc z przedstawionych założeń dotyczących tworzenia hierarchicznej struktury poleceń oraz zakładając wykorzystanie ustaleń specyfikacji IEEE 488.2 odnośnie syntaktyki poleceń i danych umowa SCPI definiuje:  Model podstawowy urządzenia oraz modele pochodne.  Zasady tworzenia nazw węzłów (słów kluczowych).  Zasady zapisu poleceń urządzeniowych.

 Dodatkowe typy danych oraz uściślenia danych wyrażeniowych.  Słownik poleceń w odniesieniu do ogółu urządzeń pomiarowych  (drzewa podsystemów, słowa kluczowe i ich znaczenie).

 Nowe elementy w systemie raportowania statusu.  Model podsystemu TRIGger.  Klasy urządzeń SCPI.

SCPI zakłada zgodność urządzeń ze specyfikacją IEEE 488.2. Polecenia wspólne IEEE 488.2 są zatem dodatkowym podzbiorem poleceń urządzeniowych SCPI z tym, że tylko 13 z nich urządzenia zgodne z SCPI muszą obowiązkowo stosować. Są to:

 *CLS - Zerowanie systemu statusowego.  *ESE - Ustawienie maski standardowego rejestru zdarzeń.  *ESE? - Zapytanie o maskę standardowego rejestru zdarzeń.  *ESR? - Zapytanie o zawartość standardowego rejestru zdarzeń.  *IDN? - Zapytanie o dane identyfikacyjne.  *OPC - Zgłoszenie wykonania operacji bitem OPC.  *OPC? - Zgłoszenie wykonania operacji odpowiedzią '1'.  *RST - Zerowanie urządzenia.  *SRE - Ustawienie maski rejestru statusowego.  *SRE? - Zapytanie o maskę rejestru statusowego.  *STB? - Zapytanie o zawartość rejestru statusowego.  *TST? - Wykonaj testowanie i podaj wynik testowania.  *WAI - Czekaj na zakończenie operacji nakładkowych.

Zasadniczą częścią specyfikacji SCPI jest słownik poleceń. Podlega on systematycznemu rozwojowi tak, że każdego roku ukazuje się zmodernizowana

wersja specyfikacji. Modyfikacje dotyczą głównie słownika poleceń. SCPI nie jest standardem przyjętym przez organizacje normalizacyjne właśnie z powodu systematycznego uzupełniania specyfikacji. Jest tylko dobrowolną umową

producentów sprzętu pomiarowego. Pielęgnacją specyfikacji w zakresie jej rozwoju i zachowania zgodności wstecznej zajmuje się specjalnie powołane do tego celu stowarzyszenie producentów aparatury pomiarowej.

Słowa kluczowe - nazwy węzłów. Nazwa węzła może przyjmować formę długą (pełna nazwa) lub formę mnemonika. Obowiązują następujące reguły tworzenia słów kluczowych oraz ich mnemoników:



1. Słowo kluczowe czteroznakowe lub krótsze jest jednocześnie mnemonikiem: Free -> FREE Auto - > AUTO



2. Mnemonik dłuższego słowa stanowią jego cztery pierwsze znaki: Frequency -> FREQ Voltage -> VOLT



3. Mnemonik kończący się samogłoską skraca się do trzech znaków: Power -> POW Attenuation -> ATT



4. Słowo kluczowe, którego pełna nazwa jest określona frazą, jest złożeniem pierwszego znaku pierwszego wyrazu z ostatnim słowem zdania: Direct Sequence -> Dsequence -> DSEQ Negative Transition -> Ntransition -> NTR

Słowa kluczowe - nazwy węzłów. Podane zasady dotyczą wszystkich nazw używanych w SCPI, czyli nazw węzłów, argumentów znakowych, zastępczych wartości liczbowych, nazw używanych w argumentach wyrażeniowych itd.

Wszystkie nazwy użyte w poleceniu SCPI zapisuje się w formie : długiej (słowa kluczowego) -> CONFigure lub

krótkiej (mnemonika słowa kluczowego) -> CONF Nazwa użyta w poleceniu może być zapisana małymi lub wielkimi literami. Jeśli używa się długiej formy zwyczajowo przyjęło się zapisywać część odpowiadającą mnemonikowi wielkimi literami a pozostałą część małymi:

CURRent

TRIGger

Urządzenie akceptuje obie formy, wobec czego korzystniej jest używać oszczędniejszą formę krótką. Niedopuszczalne są zapisy pośrednie, np. TRIGg -> źle CONFig - > źle W odpowiedziach dostarczanych przez urządzenia nazwy podawane są zawsze w formie krótkiej przy użyciu wielkich liter. Zasada powyższa dotyczy nagłówków odpowiedzi oraz danych znakowych.

Formułowanie poleceń SCPI. Format polecenia prostego: :XXXXxx [ :YYYYyyy..........[ :ZZZZzzzz ] ] [ ? ] < SPACJA > [ argumenty ]

< : > znak oznaczający przesunięcie do następnego poziomu drzewa poleceń. Pierwszy znak < : > oznacza powrót do poziomu korzenia. W pierwszym poleceniu komunikatu złożonego rozpoczynający znak < : > można pominąć: :SENS :VOLT :DC :RANG 10.0 lub z uproszczeniem SENS :VOLT :DC :RANG 10.0 < ? > znak zapytania używa się do formułowania zapytań, np. : VOLT :DC :RANG? - zapytanie o aktualne ustawienia;

VOLT :DC :RANG? DEF - zapytanie o ustawienie domyślne < , > przecinek jest znakiem separującym argumenty polecenia: CONF :VOLT :DC

1.0, 0.001

CONF :VOLT :DC?

MAX, MIN

spacja lub tabulacja służy do odseparowania nagłówka polecenia od argumentów. < ; > średnik jest separatorem poleceń prostych wchodzących w skład komunikatu złożonego.

Formułowanie poleceń SCPI. Polecenie złożone programujące podsystem TRIGger można zapisać następująco: TRIG :COUN 10 ; :TRIG :DEL 2 ; :TRIG :SOUR BUS Znak < ; > nie zmienia aktualnego położenia w drzewie poleceń. Zatem jeśli kolejne polecenia dotyczą tego samego drzewa i węzłów leżących na tym samym poziomie nie trzeba definiować pełnej ścieżki od poziomu korzenia. Polecenie można zapisać prościej w postaci: TRIG :COUN 10 ; DEL 2 ; SOUR BUS Jeśli jednak kolejne polecenia proste dotyczą różnych poziomów w drzewie poleceń danego podsystemu lub różnych podsystemów, wówczas należy podać pełną ścieżkę od poziomu korzenia: TRIG :SOUR BUS ; :INP :ATT 10 ; :TRIG :DEL 2

Terminator komunikatu i odpowiedzi w SCPI :



1.Obowiązującym terminatorem jest znak (SCPI stosuje się nie tylko do GPIB).



2.W GPIB można stosować lub .

Rys.6. Fragmenty podsystemów INPut i TRIGger.

Formułowanie poleceń SCPI. Węzły domyślne.  W drzewie poleceń mogą występować węzły domyślne. Pozwalają one :  skracać postać często używanych poleceń;  rozbudować drzewo poleceń z zachowaniem zgodności wstecznej. Upraszczanie poleceń:

Rys.7. Fragment podsystemu OUTPut z węzłem domyślnym STATe.

Formułowanie poleceń SCPI. Polecenie dołączania i odłączania wyjścia sygnału należy do często stosowanych, stąd w konkretnej implementacji węzeł ten może być węzłem domyślnym. Pełna forma polecenia ma postać: OUTP :STAT ON natomiast uproszczona: OUTP ON Rozbudowa drzewa poleceń:

Rys.8. Rozbudowa podsystemu z zachowaniem zgodności wstecznej.

Formułowanie poleceń SCPI.

 Program opracowany dla przyrządu wykorzystującego

I

wersję

drzewa

poleceń powinien funkcjonować na analogicznym przyrządzie stosującym nową wersję drzewa poleceń.

Węzły AUTO Umożliwiają

automatyczne

ustawienie

parametrów

programowanego

zasobu

zapewniające uzyskanie optymalnych warunków przetwarzania sygnału. Np. polecenie: INP :ATT :AUTO ON zapewni kanałowi wejściowemu maksymalną czułość bez przesterowania. AUTO dysponuje argumentami ON, OFF i ONCE. Argument ONCE poleca wykonanie automatycznego doboru oraz zamrożenie uzyskanego stanu, co odpowiada włączeniu i wyłączeniu funkcji AUTO. Przykłady zastosowania węzła AUTO :  CAL :ZERO :AUTO ON

-

kalibruj zero przetwornika przy każdym pomiarze;

 SENS :VOLT :AC :RANG :AUTO ON-

dobieraj optymalnie podzakresy przyrządu do

mierzonego sygnału;  SOUR :VOLT :LEV :IMM :AMPL :AUTO ON

-

skoryguj

automatomatycznie.

ustawienie napięcia wyjściowego, aby nie przekroczyć limitu mocy.

Przyrządy zwielokrotnione. Przyrząd

może

jednostek

zawierać

kilka

odpowiadających

logicznych

funkcjonalnie

dedykowanemu przyrządowi. Potrójne źródło napięć może być traktowane jako trzy logiczne przyrządy. Poszczególne jednostki logiczne nie

muszą

mieć

takich

samych

własności

funkcjonalnych jak również nie muszą być jednocześnie dostępne w sensie sterowania.

Rys.9. Model warstwowy przyrządu.

Przyrządy zwielokrotnione. Wśród podsystemów poleceń takiego urządzenia musi występować podsystem INSTrument, który dostarcza mechanizmu identyfikacji i wyboru jednostki logicznej przez nazwę lub numer : 

INST :NSEL 2 - wybiera jednostkę logiczną nr 2;

SYSTem i TRACe.



INST [ :SEL ] P6V - wybiera jednostkę logiczną

W celu wyróżnienia wielokrotnych wystąpień

o nazwie P6V

określonych podsystemów oraz zapewnienia



jednoznacznego

Po wyborze wszystkie polecenia podsystemów (OUTPut, kierowane

SOURce,

CALCulate

automatycznie

itd.)

do

zasobów

są

dodaje

programowania się

do

nazw

ich węzłów

przyrostki numeryczne, np. SENSe1, SENSe2 itd.

wybranej

Nazwa z przyrostkiem 1 jest równoważna

jednostki logicznej.

nazwie podstawowej (SENSe1 = SENSe). 

Urządzenia z zwielokrotnionymi podsystemami



funkcjonalnymi.

W modelach urządzeń wyróżnia się trzy typy ogólne



W

urządzeniu

podstawowe

podsystemy

funkcjonalne mogą występować wielokrotnie.

Nie dotyczy to tylko podsystemów FORMat, INSTrument,

MEMory,

MMEMory,

STATus,

modeli.

wykorzystuje

Model

określone

warstwowy, podsystemy

który co

najwyżej jednokrotnie i wobec tego nazwy

bloków przyjmują swoje formy podstawowe.

Przyrządy zwielokrotnione.  Model z klonowaniem, który powtarza

model

warstwowy

stosownie

do

potrzeb. Tutaj nazwy powtórzonych podsystemów

są

rozszerzone

odpowiednimi numerami od 1 do N, odpowiednio

dla

każdego

powtórzenia.

Rozszerzenie

dotyczy

tylko

nazw

podsystemów.

podstawowych Model

taki

jest

odpowiedni dla urządzenia mającego kilka

niezależnych

funkcjonalnych.

właściwości

Rys.10. Model przyrządu z klonowaniem modelu warstwowego.

Przyrządy zwielokrotnione. 

Model

amorficzny

którym

mogą

podsystemy podsystemów

się

(bezpostaciowy), powtarzać

funkcjonalne

w

pewne wewnątrz

podstawowych,

np.

wykorzystuje się kilka podsystemów POWer (przetworników

mocy)

należących

do

podsystemu podstawowego SENSe. 

Przykład pokazuje wykorzystanie dwóch wystąpień podsystemu POWer w systemie SENS. Tym razem wewnątrz systemu SENSe tylko podsystemy POWer muszą dostać przyrostki

wyróżniające

wystąpienie.

ich

wielokrotne

Rys.11. Przykład modelu amorficznego.

Typy kompatybilności uzyskane dzięki SCPI. 

Konkretne urządzenie stosuje tylko określony podzbiór poleceń zdefiniowanych w specyfikacji SCPI. Tylko te, które są związane z implementowanymi w urządzeniu zasobami funkcjonalnymi.



Korzyści uzyskane z zastosowania zunifikowanych poleceń :



Po pierwsze urządzenie to steruje się identycznie jak inne przyrządy tego samego typu. Np. wszystkie multimetry będą posiadały takie same polecenia dotyczące sterowania funkcją pomiarową, podzakresem, wyzwalaniem itd. Oczywiście ich możliwości

funkcjonalne mogą się różnić, ale w obszarze ich odpowiedniości obsługa będzie identyczna (cecha ta jest nazywana kompatybilnością wertykalną). 

Druga korzyść wiąże się z stosowaniem takich samych poleceń do programowania podobnych funkcji w przyrządach. Np. ustalenie filtracji czy sposobu sprzężenia (AC/DC) odbywa się przy użyciu tych samych poleceń niezależnie od rodzaju urządzenia (multimetr, częstościomierz, oscyloskop). Odpowiadające sobie funkcje są umiejscowione w tym samym podsystemie modelu ogólnego i stąd polecenia programujące będą identyczne. Nazywa się tę cechę kompatybilnością funkcjonalną.



Istnieje też możliwość stosowania identycznych poleceń do wykonania pomiarów wybranych wielkości przez różne urządzenia stosujące nawet odmienne techniki pomiarowe. Przykładowo czas narostu zbocza sygnału można zmierzyć za pomocą

oscyloskopu

lub

licznika

stosując

identyczne

polecenie.

Uzyskuje

się

to

za

pomocą

poleceń

zorientowanych

sygnałowo należących do specjalnego podsystemu MEASure. Polecenia te są bardzo przyjazne dla użytkownika, ponieważ nie wymagają od niego znajomości szczegółów funkcjonowania przyrządu. Ta cecha jest określana jako kompatybilność horyzontalna.

Netografia

 http://www.kmeif.pwr.wroc.pl/elektron/interfejsy/scpi/tre_scpi.htm  https://pl.wikipedia.org/wiki/Standard_Commands_for_Programmable_Instr uments  http://mikrosys.prz.edu.pl/SPWF_pliki/SCPI.pdf

Dziękuję za uwagę

Radosław Anderski Wydział Elektryczny – Informatyka, blok E