機(jī)載計(jì)算機(jī)通用自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)

摘要針對(duì)目前自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的通用性設(shè)計(jì)，提出了一種基于PXI總線的測(cè)試平臺(tái)。文中對(duì)PXI測(cè)試系統(tǒng)、接口適配器和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了說(shuō)明；介紹了測(cè)試軟件和故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；分析了該系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中面臨的通用性、故障診斷與定位等問(wèn)題。其設(shè)計(jì)思想和方案對(duì)于機(jī)載計(jì)算機(jī)通用測(cè)試平臺(tái)的研制具有一定指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞自動(dòng)測(cè)試設(shè)備；通用平臺(tái)；PXI；IVI；故障診斷

隨著自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的飛速發(fā)展，以及軍事領(lǐng)域強(qiáng)有力的需求牽引，自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(AutomaticTestEquipment，ATE)已成為機(jī)載計(jì)算機(jī)產(chǎn)品測(cè)試、使用和維護(hù)的必要手段。由于對(duì)復(fù)雜機(jī)載計(jì)算機(jī)的測(cè)試要求越來(lái)越高，具有較強(qiáng)的通用性和擴(kuò)展性已成為測(cè)試設(shè)備性能的主要指標(biāo)。
ATE通用性的實(shí)現(xiàn)涉及到接口與適配器的標(biāo)準(zhǔn)化、硬件平臺(tái)的模塊化、測(cè)試程序集與儀器資源的無(wú)關(guān)性設(shè)計(jì)等許多方面的內(nèi)容。本文提出了一種以PXI總線為基礎(chǔ)，采用虛擬儀器技術(shù)、故障診斷技術(shù)的設(shè)計(jì)方法，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)載計(jì)算機(jī)的通用測(cè)試平臺(tái)。

1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
通用測(cè)試平臺(tái)以主控計(jì)算機(jī)為控制核心，由PXI測(cè)試設(shè)備構(gòu)成主要測(cè)試資源，接口適配器及開關(guān)網(wǎng)絡(luò)組成信號(hào)分配和變換單元，輔以測(cè)量?jī)x器和供電設(shè)備。
主控計(jì)算機(jī)采用配置先進(jìn)的PC機(jī)。PXI測(cè)試設(shè)備內(nèi)部采用PXI標(biāo)準(zhǔn)總線，根據(jù)測(cè)試的最大需求，選用標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試模塊進(jìn)行集成。測(cè)量?jī)x器包括：示波器、萬(wàn)用表。供電設(shè)備包括：可調(diào)電壓信號(hào)源、115 V供電電源和28 V供電電源。
測(cè)試平臺(tái)與PC機(jī)之間采用網(wǎng)卡通訊，PXI測(cè)試設(shè)備與示波器、萬(wàn)用表和電源之間采用GPIB接口進(jìn)行通訊。測(cè)試平臺(tái)原理如圖1所示。

1．1 PXI測(cè)試系統(tǒng)
PXI測(cè)試設(shè)備由零槽控制器、模擬量激勵(lì)／采集模塊、離散量輸入／輸出模塊、繼電器模塊、模擬量電阻模塊、電源開關(guān)模塊、CPIB接口卡組成。采用PXI結(jié)構(gòu)的模塊，具有體積小，穩(wěn)定可靠和便于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。
在機(jī)箱中的各功能模塊都是PXI總線的標(biāo)準(zhǔn)模塊，通過(guò)PXI機(jī)箱的背板相互連接。PXI機(jī)箱中的測(cè)試模塊包括：零槽控制器(PXI-PCI-8355)模擬量激勵(lì)模塊(NI6704)、模擬量采集模塊(NI6031E)、離散量輸入／輸出模塊(NI6527)、多路繼電器模塊(NI2503)、通用繼電器模塊(NI25 65)、模擬量電阻模塊(Pickering290)、電源開關(guān)模塊(Pickering150)和GPIB接口卡(PXI—GPIB)。
1．2 接口適配器及開關(guān)網(wǎng)絡(luò)
接口適配器是測(cè)試平臺(tái)和UUT之間的橋梁，將儀器資源分配給UUT的各個(gè)管腳，完成對(duì)其施加激勵(lì)和進(jìn)行測(cè)量的工作。接口適配器TUA(Test Unit Adapter)主要由前面板端口、箱體和接口測(cè)試適配器ITA(Interface Test Adapter)構(gòu)成。
適配器設(shè)計(jì)采用無(wú)源器件，能夠防止環(huán)境影響，減少測(cè)試結(jié)果的不確定因素。在測(cè)試資源滿足測(cè)試要求的前提下，適配器以直接連線為主，選擇高質(zhì)量的線纜和連接器，盡量不使用開關(guān)器件。因?yàn)殚_關(guān)器件會(huì)降低資源利用率，而且多余的開關(guān)器件和連接線纜，也會(huì)影響測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性，引起信號(hào)頻帶損失、引入電磁干擾等問(wèn)題。
開關(guān)網(wǎng)絡(luò)擔(dān)負(fù)著控制信號(hào)流向的任務(wù)，是實(shí)現(xiàn)UUT與系統(tǒng)資源間的信號(hào)轉(zhuǎn)接、分配與組合的關(guān)鍵。在ATE中，開關(guān)系統(tǒng)一般分為功率開關(guān)、矩陣開關(guān)、微波開關(guān)。功率開關(guān)常用于對(duì)系統(tǒng)的電源進(jìn)行切換，矩陣開關(guān)和微波開關(guān)主要用于信號(hào)切換，根據(jù)UUT的實(shí)際需求，靈活分配測(cè)試資源。
本平臺(tái)采用矩陣開關(guān)對(duì)接的方式組成開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，比如4×16、4×32、4×64型矩陣開關(guān)可以把各自的4路信號(hào)掛接在總線上，形成任意兩路可互達(dá)的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，測(cè)試平臺(tái)的連接能力大幅增強(qiáng)。測(cè)試資源和UUT的任意兩路信號(hào)可以互達(dá)，而測(cè)試平臺(tái)的資源由最大測(cè)試資源需求的UUT決定。開關(guān)網(wǎng)絡(luò)把適配器的信號(hào)切換功能以測(cè)試資源的形式融入到平臺(tái)中，增強(qiáng)了系統(tǒng)的通用性。
1．3 通用性的實(shí)現(xiàn)
對(duì)于ATE，信號(hào)分配單元、測(cè)試資源和主控計(jì)算機(jī)部分是通用的，不隨UUT的變化而改變，這也是測(cè)試平臺(tái)通用性的硬件基礎(chǔ)。在測(cè)試時(shí)，只需根據(jù)不同的UUT更換適配器就可實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的重構(gòu)，完成相應(yīng)測(cè)試，滿足了機(jī)載計(jì)算機(jī)型號(hào)多、信號(hào)復(fù)雜、輸入輸出管腳數(shù)量多、接口各異的測(cè)試需求。
測(cè)試平臺(tái)同時(shí)具備良好的擴(kuò)展機(jī)制。通過(guò)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，可根據(jù)具體的測(cè)試需求連接相應(yīng)的測(cè)試資源，例如：可以連接波形發(fā)生器或其他具備GPIB接口的測(cè)量?jī)x器等，作為擴(kuò)展模塊接入AIE，方便平臺(tái)的升級(jí)、擴(kuò)展。

2 軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)
2．1 軟件的通用性設(shè)計(jì)原則
對(duì)基于虛擬儀器技術(shù)的通用平臺(tái)來(lái)說(shuō)，軟件是整個(gè)測(cè)試平臺(tái)的關(guān)鍵。因此，軟件系統(tǒng)構(gòu)建的好壞直接影響測(cè)試平臺(tái)的整體性能。通用是一個(gè)相對(duì)概念，通用平臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：(1)開放式、標(biāo)準(zhǔn)化的軟件體系結(jié)構(gòu)。(2)基于IVI技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)試儀器的可互換性。(3)TPS(測(cè)試程序集)具備可移植性。
可交換虛擬儀器技術(shù)規(guī)范(IVI)是1998年在VXI即插即用軟件技術(shù)規(guī)范(VPP)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一項(xiàng)技術(shù)規(guī)范，它在擴(kuò)展VPP標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，增加了儀器的可互換性、仿真和狀態(tài)緩存等特點(diǎn)。IVI由類驅(qū)動(dòng)器、具體儀器驅(qū)動(dòng)器、引擎和配置文件組成。當(dāng)儀器更換后，只需修改配置文件中的信息，使測(cè)試程序指向新的IVI儀器和儀器驅(qū)動(dòng)器即可，從而實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備的可互換性。
測(cè)試程序開發(fā)模式存在兩種：一是面向儀器的測(cè)試；二是面向信號(hào)的測(cè)試。面向儀器的測(cè)試由測(cè)試程序直接控制儀器動(dòng)作來(lái)完成測(cè)試；面向信號(hào)的測(cè)試將對(duì)測(cè)試資源的需求映射成對(duì)信號(hào)激勵(lì)／采集的需求，通過(guò)內(nèi)部服務(wù)機(jī)制解釋、定位和驅(qū)動(dòng)測(cè)試儀器完成測(cè)試任務(wù)。前者的缺點(diǎn)是系統(tǒng)往往不能涵蓋所有儀器和新的功能，從而使TPS的可移植性和儀器互換性受到限制。而信號(hào)的類型是有限的，理論上可以涵蓋所有儀器，這是后者的優(yōu)勢(shì)所在。
IVI技術(shù)可以從硬件兼容的層面上解決儀器的互操作問(wèn)題，但不足以解決儀器內(nèi)部由于工作原理不同而造成測(cè)試結(jié)果差異。IVI—MSS(Me asurement StimulusSubsystem)規(guī)范可以為TPS可移植性的實(shí)現(xiàn)建立一定技術(shù)基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。通過(guò)設(shè)計(jì)具有復(fù)位、建立、變化和捕捉等基本信號(hào)操作功能的IVI—MSS信號(hào)接口，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)試程序?qū)y(cè)量信號(hào)的控制和調(diào)用。利用IVI信號(hào)接口調(diào)用虛擬儀器資源完成對(duì)UUT的測(cè)試，既使測(cè)試軟件獨(dú)立于測(cè)試平臺(tái)，又具有良好的可移植性。