一種安全計算機板級測試系統的設計與實(shí)現

摘要：針對鐵路安全計算機，根據板級測試的基本原則，結合計算機輔助測試技術(shù)，構建安全計算機板級測試平臺，解決了電源可靠受控，測試激勵信號控制的問(wèn)題，根據主要的板級軟件測試流程，設計并實(shí)現了綜合板級測試系統。該系統已獲得實(shí)際應用，實(shí)踐證明該系統穩定可靠，可以實(shí)現對多類(lèi)型板級測試的目的，并且有效檢測出電路設計中的錯誤，大大提高了產(chǎn)品出廠(chǎng)的測試效率。
關(guān)鍵詞：安全計算機；板級測試；計算機輔助測試；測試系統

0 引言
在基于通信的列車(chē)控制(CBTC)系統中，區域控制器(ZC)和數據庫存儲單元(DSU)采用了基于2取2乘2結構的安全計算機。2乘2結構安全計算機通過(guò)硬件的容錯、安全結構設計和與其配合的平臺軟件來(lái)實(shí)現安全相關(guān)功能，主要包括基于商用貨架產(chǎn)品(COTS)工控機構成的主處理單元和通信控制器，基于COTS以太網(wǎng)交換機構成的內部通信網(wǎng)絡(luò )以及自主研發(fā)容錯和安全管理單元(FTSM)等組成部分。FTSM是安全計算機的核心，主要由安全電源板、輸入輸出板、通信板、邏輯板、3U組件、繼電器組件、AC 220 V-DC 12 V電源組件等組成。
對電子設備而言，測試是其系統功能、性能、可靠性和安全性等指標的重要保障，也是正常運營(yíng)過(guò)程中維護的重要手段。在各種測試中，板級測試是最基本的，主要完成電路板和組件能否正常工作的基本測試。在很多情形下，系統組成復雜，完整功能需要所有的電路板和組件一起配合才能完成，如果不對電路板和組件進(jìn)行完善的板級測試，而僅靠整機測試則不可能發(fā)現所有的設計、加工、生產(chǎn)等過(guò)程所產(chǎn)生的缺陷。
實(shí)現安全計算機的板級測試主要是針對FTSM進(jìn)行。邏輯板、輸入輸出板和通信板電路復雜，宜采用計算機全自動(dòng)測試。而安全電源板、3U組件、繼電器組件、AC 220 V-DC 12 V電源組件相對簡(jiǎn)單，且需要測試電壓、電流、指示燈是否點(diǎn)亮、亮度是否一致等指標，宜采用人工參與的計算機輔助半自動(dòng)測試。

1 安全計算機板級測試系統設計
1．1 系統總體結構
板級測試可能用于研發(fā)、生產(chǎn)、運營(yíng)維護等過(guò)程，安全計算機板級測試系統(以下簡(jiǎn)稱(chēng)該系統)需要解決兩個(gè)主要問(wèn)題：
(1)只有測試時(shí)才向待測電路板或組件提供受控電源，插拔待測電路板或組件之前能夠停止向待測電路板供電，以準確對上電時(shí)刻的待測電路板或組件進(jìn)行測試，并消除帶電插拔可能對測試結果造成的影響。
(2)只有測試時(shí)才向待測電路板或組件提供測試激勵信號，插拔待測電路板或組件時(shí)不向待測電路板輸出測試激勵信號；同時(shí)也要確保測試輸出信號的采集不會(huì )對待測電路板或組件造成不良影響。
該系統結構如圖1所示。其中測試上位機采用配置主流操作系統的普通PC機，內置3塊COTS數據采集卡(Data Acquisition Card，DAC)，運行基于高級語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的測試軟件。

測試控制器與DAC連接，主要完成測試待測電路板所需的測試激勵信號和對測試輸出信號進(jìn)行電平變換，同時(shí)提供待測電路板和電平變換電路所需的各種受控電源，測試控制器使用AC 220 V電源。由于測試邏輯板、輸入／輸出板需要的輸入激勵信號和測試輸出信號較多，因此設置測試控制器1用于對邏輯板、輸入／輸出板的測試，測試控制器1需要同時(shí)與2塊DAC連接。另外，設置測試控制器2用于測試其他的電路板和組件，測試控制器2需要與另外1塊DAC連接。測試控制器和有源測試插箱背板確保解決前述的兩個(gè)問(wèn)題。
安全計算機FTSM的安全電源板、輸入／輸出板、通信板及邏輯板安裝于標準的歐式插箱中，為了測試方便，在安全計算機板級測試系統設置了同樣的測試插箱。但與安全計算機FTSM插箱不同，測試插箱中不同種類(lèi)的電路板具備不同的插箱背板。其中，安全電源板、輸入／輸出板、邏輯板的測試插箱背板為只包括連接電路板、電源、測試激勵信號和測試輸出信號接插件的無(wú)源測試插箱背板，通信板的測試插箱背板為有源測試插箱背板，除接插件外還包括總線(xiàn)測試單元和其他邏輯電路。3U組件、繼電器組件、AC 220 V-DC 12 V電源組件則直接與測試控制器2連接。
需要指出，對通信板進(jìn)行測試時(shí)，測試控制器2只控制其供電電源，通信板運行測試程序，與其有源測試插箱背板配合完成測試，測試結果通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送給上位機測試軟件。對邏輯板進(jìn)行測試時(shí)，其FPGA為測試專(zhuān)用版本，通過(guò)對特定的測試激勵信號產(chǎn)生特定的測試輸出來(lái)完成對邏輯板的板級測試。