機載計算機通用自動(dòng)測試平臺設計

摘要針對目前自動(dòng)測試設備的通用性設計，提出了一種基于PXI總線(xiàn)的測試平臺。文中對PXI測試系統、接口適配器和開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行了說(shuō)明；介紹了測試軟件和故障診斷系統的設計；分析了該系統設計過(guò)程中面臨的通用性、故障診斷與定位等問(wèn)題。其設計思想和方案對于機載計算機通用測試平臺的研制具有一定指導意義。
關(guān)鍵詞自動(dòng)測試設備；通用平臺；PXI；IVI；故障診斷

隨著(zhù)自動(dòng)測試技術(shù)的飛速發(fā)展，以及軍事領(lǐng)域強有力的需求牽引，自動(dòng)測試設備(AutomaticTestEquipment，ATE)已成為機載計算機產(chǎn)品測試、使用和維護的必要手段。由于對復雜機載計算機的測試要求越來(lái)越高，具有較強的通用性和擴展性已成為測試設備性能的主要指標。
ATE通用性的實(shí)現涉及到接口與適配器的標準化、硬件平臺的模塊化、測試程序集與儀器資源的無(wú)關(guān)性設計等許多方面的內容。本文提出了一種以PXI總線(xiàn)為基礎，采用虛擬儀器技術(shù)、故障診斷技術(shù)的設計方法，從而實(shí)現機載計算機的通用測試平臺。

1 硬件結構設計
通用測試平臺以主控計算機為控制核心，由PXI測試設備構成主要測試資源，接口適配器及開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )組成信號分配和變換單元，輔以測量?jì)x器和供電設備。
主控計算機采用配置先進(jìn)的PC機。PXI測試設備內部采用PXI標準總線(xiàn)，根據測試的最大需求，選用標準的測試模塊進(jìn)行集成。測量?jì)x器包括：示波器、萬(wàn)用表。供電設備包括：可調電壓信號源、115 V供電電源和28 V供電電源。
測試平臺與PC機之間采用網(wǎng)卡通訊，PXI測試設備與示波器、萬(wàn)用表和電源之間采用GPIB接口進(jìn)行通訊。測試平臺原理如圖1所示。

1．1 PXI測試系統
PXI測試設備由零槽控制器、模擬量激勵／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(kāi)關(guān)模塊、CPIB接口卡組成。采用PXI結構的模塊，具有體積小，穩定可靠和便于維護的優(yōu)點(diǎn)。
在機箱中的各功能模塊都是PXI總線(xiàn)的標準模塊，通過(guò)PXI機箱的背板相互連接。PXI機箱中的測試模塊包括：零槽控制器(PXI-PCI-8355)模擬量激勵模塊(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(kāi)關(guān)模塊(Pickering150)和GPIB接口卡(PXI—GPIB)。
1．2 接口適配器及開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )
接口適配器是測試平臺和UUT之間的橋梁，將儀器資源分配給UUT的各個(gè)管腳，完成對其施加激勵和進(jìn)行測量的工作。接口適配器TUA(Test Unit Adapter)主要由前面板端口、箱體和接口測試適配器ITA(Interface Test Adapter)構成。
適配器設計采用無(wú)源器件，能夠防止環(huán)境影響，減少測試結果的不確定因素。在測試資源滿(mǎn)足測試要求的前提下，適配器以直接連線(xiàn)為主，選擇高質(zhì)量的線(xiàn)纜和連接器，盡量不使用開(kāi)關(guān)器件。因為開(kāi)關(guān)器件會(huì )降低資源利用率，而且多余的開(kāi)關(guān)器件和連接線(xiàn)纜，也會(huì )影響測試結果的真實(shí)性，引起信號頻帶損失、引入電磁干擾等問(wèn)題。
開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )擔負著(zhù)控制信號流向的任務(wù)，是實(shí)現UUT與系統資源間的信號轉接、分配與組合的關(guān)鍵。在A(yíng)TE中，開(kāi)關(guān)系統一般分為功率開(kāi)關(guān)、矩陣開(kāi)關(guān)、微波開(kāi)關(guān)。功率開(kāi)關(guān)常用于對系統的電源進(jìn)行切換，矩陣開(kāi)關(guān)和微波開(kāi)關(guān)主要用于信號切換，根據UUT的實(shí)際需求，靈活分配測試資源。
本平臺采用矩陣開(kāi)關(guān)對接的方式組成開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )，比如4×16、4×32、4×64型矩陣開(kāi)關(guān)可以把各自的4路信號掛接在總線(xiàn)上，形成任意兩路可互達的開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )結構，測試平臺的連接能力大幅增強。測試資源和UUT的任意兩路信號可以互達，而測試平臺的資源由最大測試資源需求的UUT決定。開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )把適配器的信號切換功能以測試資源的形式融入到平臺中，增強了系統的通用性。
1．3 通用性的實(shí)現
對于A(yíng)TE，信號分配單元、測試資源和主控計算機部分是通用的，不隨UUT的變化而改變，這也是測試平臺通用性的硬件基礎。在測試時(shí)，只需根據不同的UUT更換適配器就可實(shí)現平臺的重構，完成相應測試，滿(mǎn)足了機載計算機型號多、信號復雜、輸入輸出管腳數量多、接口各異的測試需求。
測試平臺同時(shí)具備良好的擴展機制。通過(guò)開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )，可根據具體的測試需求連接相應的測試資源，例如：可以連接波形發(fā)生器或其他具備GPIB接口的測量?jì)x器等，作為擴展模塊接入AIE，方便平臺的升級、擴展。

2 軟件平臺設計
2．1 軟件的通用性設計原則
對基于虛擬儀器技術(shù)的通用平臺來(lái)說(shuō)，軟件是整個(gè)測試平臺的關(guān)鍵。因此，軟件系統構建的好壞直接影響測試平臺的整體性能。通用是一個(gè)相對概念，通用平臺的設計應遵循以下原則：(1)開(kāi)放式、標準化的軟件體系結構。(2)基于IVI技術(shù)實(shí)現測試儀器的可互換性。(3)TPS(測試程序集)具備可移植性。
可交換虛擬儀器技術(shù)規范(IVI)是1998年在VXI即插即用軟件技術(shù)規范(VPP)的基礎上發(fā)展而來(lái)的一項技術(shù)規范，它在擴展VPP標準的同時(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(lèi)驅動(dòng)器、具體儀器驅動(dòng)器、引擎和配置文件組成。當儀器更換后，只需修改配置文件中的信息，使測試程序指向新的IVI儀器和儀器驅動(dòng)器即可，從而實(shí)現儀器設備的可互換性。
測試程序開(kāi)發(fā)模式存在兩種：一是面向儀器的測試；二是面向信號的測試。面向儀器的測試由測試程序直接控制儀器動(dòng)作來(lái)完成測試；面向信號的測試將對測試資源的需求映射成對信號激勵／采集的需求，通過(guò)內部服務(wù)機制解釋、定位和驅動(dòng)測試儀器完成測試任務(wù)。前者的缺點(diǎn)是系統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。而信號的類(lèi)型是有限的，理論上可以涵蓋所有儀器，這是后者的優(yōu)勢所在。
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部由于工作原理不同而造成測試結果差異。IVI—MSS(Me asurement StimulusSubsystem)規范可以為T(mén)PS可移植性的實(shí)現建立一定技術(shù)基礎，其結構如圖2所示。通過(guò)設計具有復位、建立、變化和捕捉等基本信號操作功能的IVI—MSS信號接口，可以實(shí)現測試程序對測量信號的控制和調用。利用IVI信號接口調用虛擬儀器資源完成對UUT的測試，既使測試軟件獨立于測試平臺，又具有良好的可移植性。