基于LXI的多總線(xiàn)融合的自動(dòng)測試系統

　　隨著(zhù)我軍戰略指導方針向信息化方向轉變，高新技術(shù)在武器裝備全壽命周期內得到廣泛應用，導致武器裝備的復雜程度與日劇增。傳統基于單總線(xiàn)的測試系統結構變得難以滿(mǎn)足武器裝備的維護保障需求，主要表現在以下方面。

　　1） 測試系統單通信接口難以滿(mǎn)足武器裝備多數字接口通信的需要。為使武器裝備具備高性能的作戰能力，人們常將現代計算機技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)的最新研究成果應用到其中，武器裝備與外界接口通常包含1553B、RS422和RS232等多種，接口形態(tài)呈現多樣化，測試系統需配置多種通信總線(xiàn)接口才能滿(mǎn)足武器裝備的測試需求。

　　2） 單總線(xiàn)測量?jì)x器功能覆蓋范圍有限。由于武器裝備的測試項目繁多，測試參數復雜，測試資源需求比較廣泛，測量裝置的頻率覆蓋范圍需要從低頻、射頻到微波。而目前軍用主流測試儀器總線(xiàn)（如VXI總線(xiàn)）限于結構和儀器模塊因素，對射頻和微波測量?jì)x器的支持程度有限，而在此領(lǐng)域，GPIB總線(xiàn)儀器呈現出優(yōu)異性能。

　　3） 測試系統結構受限。由于測量模塊數據采集能力與測試環(huán)境的限制，測試系統通常需要觸發(fā)不同總線(xiàn)的儀器模塊同時(shí)啟動(dòng)某項測試才能完成測量任務(wù)，測試系統往往不具備滿(mǎn)足上述需求的統一觸發(fā)結構。

　　4） 測試系統可移植性差、更新升級困難。當前，不同軍種、不同維護級別的測試系統間缺乏互操作性。這種情形嚴重影響著(zhù)測試資源的分配、測試序列的產(chǎn)生和測試結果的調用。而影響測試設備互操作性的主要因素是測試設備的總線(xiàn)種類(lèi)繁多且相互之間不兼容。

　　在采用單一總線(xiàn)構建測試系統難以滿(mǎn)足武器裝備測試需要的情況下，綜合多種儀器總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，構建基于多數字接口總線(xiàn)的多總線(xiàn)融合的自動(dòng)測試系統成為軍用測試領(lǐng)域的發(fā)展趨勢之一。

　　定義 多總線(xiàn)融合的自動(dòng)測試系統：測試系統包含兩種或兩種以上的數字接口總線(xiàn)，不同總線(xiàn)間可實(shí)現機械相容、電氣相容、功能相容和運行相容。不同總線(xiàn)之間通過(guò)接口轉接裝置，實(shí)現機械和電氣相容;不同總線(xiàn)不同類(lèi)儀器之間通信可屏蔽I/O接口的差異，實(shí)現“總線(xiàn)I/O透明”;不同總線(xiàn)同類(lèi)儀器之間可屏蔽功能上的差異，實(shí)現“資源功能透明”，最終實(shí)現運行和功能相容，滿(mǎn)足測試系統對不同總線(xiàn)測量?jì)x器的互操作與互換要求。

　　2 測試系統的總體框架

　　2.1 多總線(xiàn)融合的測試系統架構

　　以LXI為基礎組建的測試系統能夠較好地滿(mǎn)足多總線(xiàn)融合的自動(dòng)測試系統構建需求，系統結構框圖如圖1所示。LXI（LAN eXtension for Instrument）是LAN局域網(wǎng)技術(shù)在儀器領(lǐng)域的擴展，LXI儀器是嚴格基于IEEE802.3、TCP/IP、網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)、網(wǎng)絡(luò )瀏覽器、IVI-COM驅動(dòng)程序、時(shí)鐘同步協(xié)議（IEEE1588）和標準模塊尺寸的新型儀器。LXI模塊借助于標準網(wǎng)絡(luò )瀏覽器實(shí)現信息瀏覽與程序控制，并以IVI-COM格式進(jìn)行通信，便于系統集成和同類(lèi)型儀器的互換 。

圖1 基于LXI的多總線(xiàn)融合的自動(dòng)測試系統總體結構

　　圖1中，系統以L(fǎng)XI連接各儀器總線(xiàn)模塊，VXI、PXI和GPIB等總線(xiàn)模塊通過(guò)接口轉接器成為系統的組成部分。計算機控制器在操作系統的控制下作為整個(gè)測試系統的指令執行器。操作系統為多總線(xiàn)融合的自動(dòng)測試系統提供文件管理、內存管理、用戶(hù)界面消息響應、測試結果輸出與打印、系統I/O請求處理等服務(wù)。

　　在系統I/O層，多總線(xiàn)機械、電氣相容轉接器與系統I/O接口交聯(lián)，提供多種測試總線(xiàn)接口。系統I/O接口還控制著(zhù)“同步觸發(fā)控制邏輯”，實(shí)現不同總線(xiàn)測試資源的同步觸發(fā)，在軟件資源的配合下，滿(mǎn)足系統對多路信號同時(shí)測量的需求。

　　多總線(xiàn)融合的運行相容和功能相容層主要包含：系統I/O總線(xiàn)驅動(dòng)層、多總線(xiàn)測試資源互換驅動(dòng)層、信號的虛擬資源需求到物理資源配置映射層、面向信號的虛擬儀器層。

　　系統I/O接口通過(guò)儀器連接總線(xiàn)LXI與多種儀器背板總線(xiàn)（VXI、PXI、GPIB等）相連，儀器背板總線(xiàn)上裝入測量?jì)x器。測試接口適配器與測量?jì)x器連接。測試接口適配器完成測量?jì)x器與被測單元的信號交聯(lián)，對輸入、輸出信號進(jìn)行阻抗匹配變換，完成信號衰減與電平轉換等任務(wù)。

　　多總線(xiàn)融合的測試系統應用軟件在多總線(xiàn)測試資源融合層上運行，該層不含具體物理資源信息，按照面向信號、面向測試需求的模式進(jìn)行程序代碼編寫(xiě)。虛擬測試資源到具體物理設備的映射在多總線(xiàn)測試資源融合層實(shí)現。

　　為使多總線(xiàn)融合的武器裝備測試系統具有良好的人機環(huán)境，系統配置顯示器、鍵盤(pán)、鼠標等人機接口以及打印機等輸出設備。

　　2.2 多總線(xiàn)機械與電氣相容實(shí)現方案

　　為將不同測試總線(xiàn)模塊集成到LXI測試系統中，有兩種技術(shù)方案可供選擇：開(kāi)發(fā)橋轉接器和接口適配器 。

　　橋轉接器由LXI接口和特定總線(xiàn)接口組成。LXI接口端實(shí)現LXI接口的所有要求，包括：網(wǎng)絡(luò )協(xié)議支持，Web頁(yè)瀏覽與儀器控制，LAN配置初始化和IVI驅動(dòng)器。在橋轉接器的特定總線(xiàn)接口端，實(shí)現特定的硬件和軟件接口要求。例如，如果LXI橋轉接器連接GPIB儀器，橋轉接器不僅要支持LXI接口和GPIB接口，還需具備將軟件命令從LXI端映射到GPIB端的能力。

　　接口適配器將非LXI總線(xiàn)接口完全轉化為L(cháng)XI接口。和橋轉接器不同，通過(guò)接口適配器，主機可以利用儀器驅動(dòng)器和Web頁(yè)直接訪(fǎng)問(wèn)和控制非LXI儀器，在接口適配器和非LXI儀器之間不需要控制與通信機制的映射和VISA資源的映射。

　　在多總線(xiàn)融合的測試系統中，為不使原有VXI、PXI、GPIB系統結構產(chǎn)生較大幅度的變動(dòng)，基于LXI的多總線(xiàn)融合的測試系統采用橋轉接器機制將現存總線(xiàn)儀器無(wú)縫融入到其中。例如，對于VXI總線(xiàn)模塊，選用EX2500 LXI-VXI Slot 0 Interface可將基于TCP/IP協(xié)議的LXI儀器操作命令轉換為VXI儀器背板上的信號驅動(dòng)邏輯。通過(guò)這種結構，原有的VXI測試系統作為系統的一子系統，只需在A(yíng)gilent IO Library接口配置處作少量更改，而系統的硬件和測試軟件不需作任何變動(dòng)就可繼續使用。

　　2.3 系統的同步觸發(fā)結構

　　不同總線(xiàn)儀器間的同步與觸發(fā)是多總線(xiàn)融合的自動(dòng)測試系統必須考慮的關(guān)鍵環(huán)節。由于不同測試總線(xiàn)的同步與觸發(fā)機制差別較大，多總線(xiàn)融合的自動(dòng)測試系統的同步與觸發(fā)實(shí)現較為困難。

　　為滿(mǎn)足系統高精度觸發(fā)誤差的需求，系統采用LXI的精密時(shí)鐘觸發(fā)IEEE1588和LXI硬件觸發(fā)相結合的觸發(fā)結構，系統觸發(fā)結構如圖2所示。IEEE1588為系統提供高精度的同步時(shí)鐘，LXI TRIGGERING為各總線(xiàn)模塊提供相位差極小的統一事件觸發(fā)。系統的觸發(fā)HUB選用EX2100。

圖2 多總線(xiàn)融合的自動(dòng)測試系統觸發(fā)結構

　　在本文研究的多總線(xiàn)融合的自動(dòng)測試系統中，由于VXI、PXI、GPIB模塊的觸發(fā)信號電平與LXI 的LVDS（Low Voltage Different Signal低電壓差分信號）的觸發(fā)電平不相匹配，系統采用不同總線(xiàn)觸發(fā)信號適配器，將LXI TRIGGERING的LVDS信號轉換成與VXI、PXI、GPIB等模塊觸發(fā)相適應的電平信號。

　　由于現存的VXI、PXI模塊前面板并非全部具備與LXI TRIGGERING適配的觸發(fā)端子，在觸發(fā)精度要求不高的情況下，用VXI和PXI子系統零槽控制器將LXI系統 IEEE1588時(shí)間觸發(fā)映射到系統的事件觸發(fā)邏輯上，驅動(dòng)總線(xiàn)背板上的TTL或ECL觸發(fā)信號線(xiàn)實(shí)現系統的同步。

　　3 測試系統的軟件結構

　　為實(shí)現不同總線(xiàn)儀器的多總線(xiàn)融合，測試軟件應具備下列功能：

　　1） 不同總線(xiàn)儀器的I/O差別對上一層的應用程序實(shí)現透明。系統對不同總線(xiàn)儀器的操作應顯現不出I/O差別，儀器的配置與控制、數據的讀取共用同一函數，不同總線(xiàn)資源的測試數據、總線(xiàn)信息無(wú)需轉換，實(shí)現“總線(xiàn)I/O透明”，這是多總線(xiàn)融合的第一個(gè)層次。

　　2） 不同總線(xiàn)接口而功能相近的同類(lèi)總線(xiàn)可實(shí)現互換，實(shí)現“資源功能透明”，這是多總線(xiàn)儀器融合的第二個(gè)層次。

　　按照上述功能需求，多總線(xiàn)融合的測試系統軟件由四部分組成：通信協(xié)議傳輸層的軟件VXI-11，底層I/O軟件VISA 層，IVI驅動(dòng)層，應用軟件層。系統軟件層次結構圖 如圖3所示，圖3是圖1軟件部分的細化。

圖3 多總線(xiàn)融合的測試系統軟件結構

　　VXI聯(lián)盟制定的VXI-11規范定義了網(wǎng)絡(luò )儀器通過(guò)TCP/IP與控制器進(jìn)行通信的標準，目前VXI-11規范已發(fā)展成為以太網(wǎng)基儀器的通信標準?，F有的I/O接口軟件VISA庫將VXI-11標準進(jìn)行了封裝，作為其一個(gè)子集。VISA結構屏蔽了不同總線(xiàn)儀器操作的I/O差別，為儀器驅動(dòng)器的開(kāi)發(fā)提供了統一的I/O控制底層函數集。系統在VISA層實(shí)現多總線(xiàn)的“總線(xiàn)I/O透明”。

　　考慮到同類(lèi)儀器的功能大體相同，驅動(dòng)程序設計時(shí)可以通過(guò)封裝把每類(lèi)儀器封裝成一個(gè)COM組件。通過(guò)COM組件的隔離，測試應用程序不用關(guān)心底層儀器驅動(dòng)程序的實(shí)現，直接調用COM組件的接口實(shí)現對儀器的控制。IVI配置服務(wù)器實(shí)現對COM組件的配置管理，存儲配置信息。驅動(dòng)程序的COM組件是標準的，對同類(lèi)儀器的驅動(dòng)程序來(lái)說(shuō)是完全一致的，只需在配置服務(wù)器中更改驅動(dòng)程序的配置信息，就可實(shí)現儀器互換 。除IVI-COM驅動(dòng)器外，IVI-C也是適用于LXI結構的儀器驅動(dòng)器模型。系統在IVI層實(shí)現不同總線(xiàn)同類(lèi)儀器的“資源功能相容”。

　　系統的應用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境可有VB，VC++，Lab VIEW等多種選擇，它們均提供IVI-COM API函數的調用和編譯。

　　4 結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)計算機技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)的快速發(fā)展，為滿(mǎn)足武器裝備對測試領(lǐng)域提出的需求，本文以L(fǎng)XI為基礎構建了一種多總線(xiàn)融合的自動(dòng)測試系統。系統能較好地滿(mǎn)足當前武器裝備維護保障領(lǐng)域的需求，適用于組建測試資源需求復雜的測試系統。多總線(xiàn)融合的測試系統具有易于組建、互換性強、開(kāi)放性好的特點(diǎn)，能有效地將過(guò)時(shí)的測試設備融入到其中。在測試系統開(kāi)發(fā)實(shí)踐中，僅對接口配置作少許更改，基于VXI總線(xiàn)的某型導彈通用測試系統就能方便集成到本文構建的多總線(xiàn)融合的測試系統中，在不增加軍事經(jīng)費投入的情況下，系統的整體性能因多種總線(xiàn)資源的融合而得到了較大幅度的提升。