陳劍，鄭世明，劉佳

（航天恒星科技有限公司北京100086）

隨著衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備需求量的不斷增加，可靠性要求不斷提高，在導(dǎo)航設(shè)備研制任務(wù)量不斷加大的同時(shí)，對(duì)導(dǎo)航產(chǎn)品的測(cè)試需求也在不斷的提高。以往靠研發(fā)工程師自行測(cè)試的方法已經(jīng)無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的任務(wù)需求，也無(wú)法保證產(chǎn)品測(cè)試較高的覆蓋性。

針對(duì)以上特點(diǎn)，本文依據(jù)現(xiàn)有型號(hào)的星上導(dǎo)航電子設(shè)備的檢測(cè)需求，進(jìn)行綜合導(dǎo)航設(shè)備地面檢測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)的研制，即為在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證星上導(dǎo)航電子設(shè)備的綜合仿真測(cè)試平臺(tái)。此檢測(cè)系統(tǒng)是在星上設(shè)備提交到總體單位之前，作為信號(hào)級(jí)功能和性能驗(yàn)證的手段和工具。該設(shè)備應(yīng)該具有開放的接口和二次開發(fā)能力，可以根據(jù)目前和未來的型號(hào)進(jìn)行定制，擴(kuò)展和升級(jí)。

1 測(cè)試系統(tǒng)技術(shù)概述

通用測(cè)試系統(tǒng)的硬件平臺(tái)以標(biāo)準(zhǔn)總線（如VXI、PCI、PXI、GPIB等）為基礎(chǔ)，擁有通用測(cè)試結(jié)構(gòu)和統(tǒng)一、規(guī)范的接口標(biāo)準(zhǔn)以及統(tǒng)一規(guī)范的機(jī)械安裝、冷卻方式和電氣連接，具有硬件擴(kuò)展的靈活性。軟件平臺(tái)以“互連、互通、互操作”原則作為基本要求，測(cè)試及診斷技術(shù)通過計(jì)算機(jī)總線及網(wǎng)絡(luò)的綜合集成，測(cè)試和診斷信息的融合和共享已成為現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展潮流。

虛擬測(cè)試系統(tǒng)[1]是一個(gè)開放式的結(jié)構(gòu)，按照IEEE1226ABBET（板基測(cè)試環(huán)境）標(biāo)準(zhǔn)劃分層次，將基于組件的功能模塊掛在軟總線上。整個(gè)虛擬測(cè)試系統(tǒng)按照分層模式進(jìn)行組織，測(cè)試資源的驅(qū)動(dòng)定義為物理層；測(cè)試、診斷的處理分析、接口關(guān)系的組織定義為抽象層和數(shù)據(jù)層；測(cè)試流程的組織、測(cè)試的人機(jī)交互定義為應(yīng)用層。

各模塊之間廣泛采用了測(cè)試領(lǐng)域和其他相關(guān)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)接口（或協(xié)議）進(jìn)行相互聯(lián)系，如：IEEE1226、IEEE1232、IVI、VPP、IEEE1445、TCP/IP等。為了保證系統(tǒng)的靈活性，同時(shí)充分發(fā)揮開發(fā)設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造力，只從接口上對(duì)開放式系統(tǒng)進(jìn)行定義，而不定義各模塊的內(nèi)部具體實(shí)現(xiàn)。同時(shí)還考慮到了系統(tǒng)功能的可擴(kuò)充性和技術(shù)的可升級(jí)性。開放式測(cè)試系統(tǒng)的體系各功能模塊之間由標(biāo)準(zhǔn)接口定義。

2 研制任務(wù)需求分析

根據(jù)被測(cè)設(shè)備對(duì)測(cè)試系統(tǒng)功能及性能等各項(xiàng)需求，現(xiàn)總結(jié)如下：

2.1 接口要求

系統(tǒng)要支持以下總線和信號(hào)接口：1）2通道MIL-STD-1553B總線接口；2）2通道CAN總線接口；3）RS232/RS422/RS485總線接口；4）10通道以上AD/DA接口；5）32通道標(biāo)準(zhǔn)TTL輸入輸出；6）8通道繼電器輸出接口。

2.2 軟件功能要求

系統(tǒng)軟件要實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）可以根據(jù)需要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的各種接口信號(hào)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)測(cè)試任務(wù)；

2）可以根據(jù)設(shè)置對(duì)測(cè)試任務(wù)執(zhí)行過程中的信號(hào)和數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄；

3）可以實(shí)現(xiàn)對(duì)總線信號(hào)的記錄；

4）提供二次開發(fā)接口。

根據(jù)以上需求分析，為完成測(cè)試任務(wù)，需要多種接口協(xié)議的指令信號(hào)的通訊，并能夠進(jìn)行總線信號(hào)的記錄和分析。針對(duì)多種接口，可采用將各種接口統(tǒng)一為一種總線信號(hào)的方法，以方便進(jìn)行記錄和控制。

3 測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

采用PCI總線[2]實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)，該系統(tǒng)硬件主要組成有主控計(jì)算機(jī)、通訊系統(tǒng)、實(shí)時(shí)控制和仿真測(cè)試部分。其中實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)仿真測(cè)試系統(tǒng)主要采用PCI-5260[3]20槽PCI機(jī)箱、PCI零槽控制器PCI-6002-B、以及雙通道1553B板卡、CAN總線接口卡、RS485接口卡、RS422接口卡、RS232接口卡AD/DA接口卡TTL接口卡和LVDS接口卡組成。其中除了機(jī)箱和PCI零槽控制器是采購(gòu)?fù)?，其余都是自主研制板卡來?shí)現(xiàn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1Structure diagram of detection system

PCI-5260機(jī)箱和PCI-6002-B主板如圖2所示。

圖2 PCI機(jī)箱及主板Fig.2PCI chassis and motherboard

4 軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

4.1 總體概述

4.1.1 基本功能

該綜合導(dǎo)航設(shè)備地面檢測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)配置1套軟件，其基本任務(wù)是在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證星上導(dǎo)航電子設(shè)備的綜合仿真測(cè)試平臺(tái)，能夠獨(dú)立控制各個(gè)開放接口，因此具有二次開發(fā)能力，可以根據(jù)型號(hào)不同進(jìn)行定制和擴(kuò)展升級(jí)，是在星上設(shè)備提交到總體單位之前，作為信號(hào)級(jí)功能和性能驗(yàn)證的手段和工具。

4.1.2 數(shù)據(jù)處理流程

數(shù)據(jù)處理的基本流程是：綜合導(dǎo)航設(shè)備地面檢測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)通過Windows界面顯示部分啟動(dòng)系統(tǒng)平臺(tái)后，主控機(jī)通過Windows服務(wù)程序模塊部分的通信管理軟件模塊[4]和主卡機(jī)、各個(gè)板卡以及被測(cè)設(shè)備之間進(jìn)行通信，對(duì)平臺(tái)的軟硬件進(jìn)行自檢，合格后調(diào)用測(cè)試軟件模塊對(duì)被測(cè)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試流程根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目和工況的不同可進(jìn)行調(diào)整。

4.1.3 運(yùn)行環(huán)境

操作系統(tǒng)：Microsoft Windows 2000/XP操作系統(tǒng)；編譯調(diào)試系統(tǒng)[5]：C、C++或Java。

4.2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)主要是在Windows平臺(tái)下進(jìn)行的，總體模塊主要包括顯示模塊、通信管理模塊、日志管理模塊、輔助管理模塊、測(cè)試系統(tǒng)管理模塊、連接關(guān)系和對(duì)應(yīng)關(guān)系模塊，其軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4.3 軟件功能設(shè)計(jì)

4.3.1 顯示管理模塊

1）作用此模塊主要是通過主控機(jī)上的設(shè)計(jì)面板來顯示當(dāng)前的測(cè)試信息，同時(shí)在其他的從顯示機(jī)上可以顯示日志信息、錄取信息和回放信息等；另外用戶也可以將一些測(cè)試信息放到從顯示機(jī)上進(jìn)行顯示。主控機(jī)上的設(shè)計(jì)面板除了顯示測(cè)試信息外，還具有通過控制面板來控制底層的測(cè)試任務(wù)的功能。

圖3 檢測(cè)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖Fig.3Software structure diagram of detection system

2）組成本模塊主要由主控機(jī)顯示和從顯示機(jī)兩大部分組成，其中主控機(jī)由顯示面板和控制面板部分組成，控制面板由控件屬性、變量、觸發(fā)控件等組成。

3）接口其接口主要是通過變量和觸發(fā)控件等來和底層進(jìn)行交互。

4）實(shí)現(xiàn)方法主控機(jī)控制面板的實(shí)現(xiàn)：將隨著控件屬性值的改變而變化的底層I/O接口參數(shù)以及具體所需要的參數(shù)設(shè)定的確認(rèn)等觸發(fā)控件輸入給某些控件，從而進(jìn)一步確認(rèn)輸入的所需信息和設(shè)置的控件參數(shù)，并由主控機(jī)的控制面板接收控件的相關(guān)信息，待控制測(cè)試模塊發(fā)送相關(guān)觸發(fā)信息。

當(dāng)測(cè)試模塊獲得主控機(jī)控制面板的觸發(fā)信息，將該信息下傳給通信管理軟件模塊，同時(shí)所需要顯示的相關(guān)信息等通過主控機(jī)顯示面板顯示。

4.3.2 通信管理模塊

1）作用本模塊的作用主要是用來進(jìn)行各個(gè)模塊間的通信，主要負(fù)責(zé)主控機(jī)與主板之間的通信，主板與從板之間的通信、主從板與被測(cè)設(shè)備之間的通信等，同時(shí)還負(fù)責(zé)將系統(tǒng)初始化的信息和測(cè)試的信息能通過此模塊的作用上報(bào)到主控機(jī)或從顯示機(jī)上進(jìn)行顯示，用戶通過控件面板下達(dá)的信息也是通過此模塊的作用下發(fā)到各個(gè)測(cè)試板卡上去，進(jìn)而操縱底層的I/O接口參數(shù)的變化。

2）組成主控機(jī)與主板通信、主板與從板通信、主從板與被測(cè)設(shè)備通信等三部分組成。

3）接口socket套接字、IP地址、PORT端口、通道等。

4）實(shí)現(xiàn)方法通信管理模塊通過FTP實(shí)現(xiàn)主控機(jī)對(duì)主從板卡的控制，包括設(shè)定測(cè)試那臺(tái)被測(cè)設(shè)備、放到哪個(gè)從板來測(cè)試等，同時(shí)初始化主板負(fù)責(zé)收集本卡式及從板的信息上報(bào)到主控機(jī)上。主從板根據(jù)用戶傳下來的控制信息對(duì)I/O接口的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整配合完成檢測(cè)設(shè)備的目的。具體的實(shí)現(xiàn)方法如圖4所示。

圖4 通訊管理模塊框圖Fig.4Block diagram of communication management module

4.3.3 測(cè)試系統(tǒng)管理模塊

1）作用本模塊的主要功能是根據(jù)用戶的操作來實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的檢測(cè)。

2）組成由變量引起的參數(shù)變化，控件觸發(fā)引起的變化情況等。

3）接口變量、控件觸發(fā)等。

4）實(shí)現(xiàn)方法主控機(jī)控制面板發(fā)送的變量變化、觸發(fā)控件和更改控件相關(guān)屬性信息等通過通信管理模塊下傳給測(cè)試系統(tǒng)管理模塊，從而進(jìn)一步確認(rèn)是否啟動(dòng)測(cè)試模塊任務(wù)，并將測(cè)試后更改的相關(guān)信息上報(bào)到顯示機(jī)顯示。啟動(dòng)測(cè)試模塊任務(wù)可以測(cè)試軟件模塊根據(jù)變量或事件觸發(fā)情況，通過映射關(guān)系找到對(duì)應(yīng)的I/O接口參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。

具體的實(shí)現(xiàn)方法如圖5所示。

圖5 測(cè)試系統(tǒng)管理模塊框圖Fig.5Block diagram of test system management module

4.3.4 連接關(guān)系和對(duì)應(yīng)關(guān)系模塊

1）作用此模塊主要是完成變量、觸發(fā)控件等與底層IO參數(shù)之間的映射關(guān)系，建立上層變量信息與底層的聯(lián)系，使之能通過上層的操作來控制底層IO參數(shù)的變化，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的任務(wù)。

2）組成變量和觸發(fā)控件與IO通道、參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3）接口觸發(fā)控件、變量、通道等。

4）實(shí)現(xiàn)方法①入接口實(shí)現(xiàn)方法，建立一個(gè)變量數(shù)組表，數(shù)組中的每一項(xiàng)對(duì)應(yīng)于輸入接口中的一個(gè)通道，建立二者之間的邏輯關(guān)系，當(dāng)變量變化時(shí)，其通道中的相關(guān)參數(shù)也會(huì)對(duì)對(duì)應(yīng)地發(fā)生變化。②出接口實(shí)現(xiàn)方法，將變量數(shù)組的其中的一個(gè)變量對(duì)應(yīng)于輸出接口中的一個(gè)通道，這樣通道的變化就和變量建立了一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

4.3.5 輔助管理模塊

1）作用此模塊主要是完成數(shù)據(jù)的錄取和回放功能。

2）組成數(shù)據(jù)錄取、數(shù)據(jù)回放

3）接口變量、觸發(fā)控件等。數(shù)據(jù)錄?。航邮找筮M(jìn)行數(shù)據(jù)錄取的變量或控件觸發(fā)接口，以及數(shù)據(jù)錄取完畢的反饋信號(hào)接口（可為變量或者一個(gè)響應(yīng)控件定義）數(shù)據(jù)回放：接收要求進(jìn)行數(shù)據(jù)回放的控件觸發(fā)按鈕，設(shè)置回放的一些參數(shù)，包括回放開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、速率等。

4）實(shí)現(xiàn)方法可在主控機(jī)的控制面板上添加一些控件，設(shè)置一些參數(shù)，如錄取開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、錄取條件、錄取速率、所要錄取的具體的設(shè)備名、錄取的相關(guān)內(nèi)容、涉及的具體的變量及控件名、觸發(fā)控件條件等，對(duì)回放也要設(shè)置相關(guān)的參數(shù)，如回放的開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、回放的速率、回放的內(nèi)容等，當(dāng)設(shè)置好相關(guān)的參數(shù)信息后，軟件系統(tǒng)可用結(jié)構(gòu)體數(shù)組的形式進(jìn)行存儲(chǔ)和記錄設(shè)定的內(nèi)容，通過通信軟件模塊下達(dá)到具體要執(zhí)行的板卡，當(dāng)條件滿足時(shí)，在對(duì)被測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)時(shí)進(jìn)行錄取，然后將錄取的信息上傳到輔助管理模塊中進(jìn)行保存，當(dāng)主控機(jī)要求進(jìn)行回放時(shí)，再調(diào)用這些信息進(jìn)行在顯示機(jī)上進(jìn)行顯示。

4.3.6 日志管理模塊

1）作用此模塊主要是記錄檢測(cè)的一些流程及相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)可以有效地幫助技術(shù)支持人員進(jìn)行及時(shí)定位，提供有效的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)可以借此來分析軟件的功能、可靠性、安全性等性能。

2）組成對(duì)變量的管理、對(duì)觸發(fā)控件的管理、變量與底層IO接口變化情況的記錄管理，故障信息處理情況的管理、記錄和回放情況管理等。

3）接口變量、觸發(fā)控件、通道等。

4）實(shí)現(xiàn)方法可在主控機(jī)的控制面板上添加一些控件，設(shè)置一些參數(shù)，如顯示日志信息等，通過測(cè)試管理軟件模塊記錄對(duì)被測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)時(shí)的信息，特別是得到主控機(jī)的控制信息后，測(cè)試管理軟件模塊如何對(duì)底層參數(shù)進(jìn)行調(diào)整等，同時(shí)可以將變量與底層I/O對(duì)應(yīng)關(guān)系、二者發(fā)生變化時(shí)的信息保存，當(dāng)主控機(jī)要求進(jìn)行回放時(shí)，再調(diào)用這些信息進(jìn)行在顯示機(jī)上進(jìn)行顯示。

5 結(jié)論

筆者分析了能夠自動(dòng)完成各項(xiàng)測(cè)試任務(wù)并存儲(chǔ)、打印測(cè)試結(jié)果的系統(tǒng)軟件平臺(tái)，為今后虛擬測(cè)試系統(tǒng)的研制提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

隨著信息技術(shù)的深入應(yīng)用和測(cè)試需求的不斷增加，現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)事實(shí)上已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)綜合性的測(cè)試信息系統(tǒng)。虛擬測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)以大力采用和推廣總線設(shè)備作為ATE的總線標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展數(shù)字化儀器和數(shù)字化系統(tǒng)，提高測(cè)試系統(tǒng)的通用化程度和設(shè)備部件的互換性和互操作性，倡導(dǎo)“基本型”測(cè)試系統(tǒng)，增加對(duì)嵌入式測(cè)試支持技術(shù)的投入，完善系統(tǒng)的可測(cè)試性分配和可測(cè)試性設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)的可測(cè)試性、可靠性和可維護(hù)性進(jìn)一步統(tǒng)一起來，協(xié)調(diào)發(fā)展。

[1]江偉，袁芳.基于虛擬儀器技術(shù)的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].微機(jī)算機(jī)信息，2006（10）：12-18.JIANGWei，YUANFang.Vibrationbasedonvirtualinstrument test system[J].Micro-computer Information，2006（10）：12-18.

[2]李貴山，戚德虎.PCI局部總線開發(fā)指南[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1997：13-20.

[3]CompactPCI Specification.PICMG2.0.[EB/OL].1999.http://share.eepw.com.cn/share/download/id/1452.

[4]王思華，陳溯.PXI——新一代模塊化計(jì)算機(jī)控制儀器的技術(shù)規(guī)范及其應(yīng)用[J].中國(guó)儀器儀表，1998:（4）16-18.WANG Si-hua，CHEN Shuo，PXI-A new generation of modular computer-controlled instruments and application of technical specifications[J].China Instrumentation，1998，（4）：16-18.

[5]王春森．程序設(shè)計(jì)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，1999．

[6]李江全.計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與編程實(shí)現(xiàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.