王 顥 繆 俊 曹寧生

（中國艦船研究院 北京 100192）

1 引言

艦船自動化智能模塊主要包括電氣、機械及其他有關器件組成的具有特定的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測控制、網(wǎng)絡通信、操作指示等功能的智能化信息處理基本單元，能滿足各類艦船自動化要求的智能硬件模塊或設備［1］。模塊設計從頂層著手，通過分析共性功能需求、剝離個體差異，歸納提煉形成系列型譜，制定了各類模塊的設計要求，由多家配套生產(chǎn)，最終按照統(tǒng)一標準進行測試。如何對這些模塊的功能、性能、接口等各方面內(nèi)容進行快速、準確、客觀的測試成為評價產(chǎn)品質(zhì)量保證互換要求的重要前提。

2 測試要求

艦船自動化智能模塊分為現(xiàn)場總線類I／O模塊、CPCI類I／O模塊、現(xiàn)場控制類模塊、網(wǎng)絡通信類模塊、顯示操作類模塊、綜合顯示類模塊等6大類25種模塊，支持 Windows XPE、VxWorks5.5、VxWorks6.6及 VxWorks6.8操作系統(tǒng)。測試主要包括接口定義測試、硬件功能性能測試、軟件功能性能測試、協(xié)同工作測試、互換性測試及工作穩(wěn)定性測試等六個主要測試項，具體內(nèi)容如下：

1）接口定義測試。測試模塊硬件接口形式、芯線定義、軟件接口定義及實現(xiàn)的正確性；

2）硬件功能性能測試。測試模塊基本輸入輸出功能、數(shù)據(jù)通信功能、驅動能力及性能指標等內(nèi)容的符合性；

3）軟件功能性能測試。測試模塊驅動功能、故障診斷功能、USB通信協(xié)議、CAN通信協(xié)議、網(wǎng)關協(xié)議等內(nèi)容的符合性和完整性；

4）協(xié)同工作測試。測試模塊在并發(fā)調(diào)用、多模塊協(xié)同等復雜工作情況下的正確性；

5）互換性測試。測試不同廠家生產(chǎn)的同類模塊在規(guī)定軟硬件環(huán)境下功能、性能及工作狀態(tài)的一致性；

6）工作穩(wěn)定性測試。測試模塊在高負荷、長時間運行情況下的工作穩(wěn)定性。

3 系統(tǒng)設計

搭建測試系統(tǒng)目的是將測試方法、流程及合格判據(jù)等要素進行固化，確保測試準確、客觀、高效［2］。由于被測模塊種類多，功能復雜，指標要求較高，同時考慮后續(xù)型譜擴充、模塊和測試要求升級等因素，測試系統(tǒng)需適應被測模塊的多樣性、復雜性、變化性。

為了實現(xiàn)較好擴展性和自動化水平，系統(tǒng)設計以硬件為基礎、軟件為核心，遵循“自頂向下”層次化的設計思路［3］，采用模塊化的方式構建測試系統(tǒng)，系統(tǒng)劃分為四個層次，各層內(nèi)部以功能模塊形式封裝，各功能模塊相互獨立，模塊間采用松耦合的關系，系統(tǒng)體系結構如圖1所示。

如圖1所示，各層完成主要功能說明如下：

圖1 測試系統(tǒng)體系結構圖

1）測試應用層。實現(xiàn)測試系統(tǒng)頂層功能，包括測試方案制定、工程管理、測試腳本生成、測試調(diào)度、測試結果評估、測試結果輸出及人機交互等功能；

2）測試實現(xiàn)層。根據(jù)測試方案及流程對測試項進行功能分解，實現(xiàn)測試項中規(guī)定的測試內(nèi)容，若測試項增加或變化時可靈活進行擴充改變；

3）測試原子層。根據(jù)測試實現(xiàn)層中的內(nèi)容將測試細化分解為原子級測試模塊，每個模塊完成單一功能，模塊間功能相對獨立，具有通用性；

4）測試適配層。完成被測模塊與測試系統(tǒng)，測試系統(tǒng)內(nèi)部各軟硬件模塊的適配?？善帘斡捎诒粶y模塊種類增加、接口改變、測試系統(tǒng)自身變化對系統(tǒng)功能帶來的影響。

3.1 硬件設計

被測模塊接口包括：開關量OC、開關量繼電器、脈沖量、電壓、電流、熱電阻、熱電偶等I／O接口以及雙冗余CAN、雙冗余以太網(wǎng)、RS232／422／485串口、USB等數(shù)據(jù)接口，測試系統(tǒng)應能夠支持多種接口的測試。為便于使用維護，針對各被測接口原則上測試系統(tǒng)均有獨立硬件模塊與其適配，個別接口可通過多個模塊配合使用完成測試。測試系統(tǒng)硬件由仿真測試計算機、半實物仿真測試設備及儀器儀表等三個部分組成。

仿真測試計算機主要完成被測模塊基本功能和關鍵技術指標的遍歷性測試，由于被測模塊的信號種類較多，通道數(shù)量也較多，因此為了實現(xiàn)I／O接口和通信接口的自動化協(xié)同測試，使用兩臺仿真測試計算機，其中一臺主要針對模擬量信號測試，另一臺主要針對數(shù)字量信號測試。

半實物仿真測試設備主要完成被測模塊特定技術指標的覆蓋性測試，采用開關量信號輸出和內(nèi)部電路構成信號監(jiān)測系統(tǒng)，對于部分模塊可采用實物進行連接測試，同時對被測輸入模塊提供少量定點信號激勵。

儀器儀表主要功能包括檢測被測模塊的信號特性、部分被測模塊供電、功耗評估、外形重量測試等。

3.2 軟件設計

軟件系統(tǒng)是整個測試系統(tǒng)的核心部分，它將系統(tǒng)中各功能模塊有機結合，在多個模塊相互協(xié)作和數(shù)據(jù)傳遞的過程中起著決定性的作用。系統(tǒng)軟件采用構件技術、面向對象技術和模塊化的設計思想［4］使用C＋＋語言完成軟件開發(fā)。

1）測試流程可定制

為實現(xiàn)測試流程可定制，系統(tǒng)采用配置文件＋腳本文件的方式實現(xiàn)測試用軟硬件資源和測試流程的配置管理，測試時以文件方式驅動各層功能模塊運行，完成測試功能。測試流程如圖2所示。

圖2 測試流程圖

如圖2所示，用戶按測試要求制定完測試方案后，系統(tǒng)首先生成配置文件，規(guī)劃出參加本次測試的軟硬件資源，并按功能不同進行分類，同時生成腳本文件，其中明確了各測試項名稱、合格判據(jù)、測試項中使用的軟硬件資源、各類資源的使用時間、使用條件及約束關系等，最終以用戶指定方式輸出測試結論。

2）測試模塊通用化

由于測試流程可定制，要求測試功能模塊要具有通用性，不與測試流程相關。測試系統(tǒng)根據(jù)信號工作性質(zhì)不同將測試功能模塊劃分為輸入信號測試功能模塊、輸出信號測試功能模塊和總線信號測試功能模塊［5］，相同類型采用相同的處理方法，簡化對信號的處理。

3）并發(fā)／協(xié)同測試

并發(fā)／協(xié)同測試模擬實際時的多種操作并發(fā)及多模塊協(xié)同工作等狀態(tài)，運用“多線程”將各種操作、調(diào)用及后期處理等任務各自分配單獨線程，還避免了單線程程序容易出現(xiàn)的響應不及時或者程序假死情況［6］。

4）多系統(tǒng)支持

測試軟件應能夠運行在多種操作系統(tǒng)上，完成相同的測試功能和項目?？紤]到VxWorks操作系統(tǒng)圖形方面支持較弱［7］，相關圖形開發(fā)工具較為匱乏，且測試系統(tǒng)對人機交互實時性要求不高，故本系統(tǒng)中測試應用層和測試實現(xiàn)層運行在Windows XPE系統(tǒng)上。原子測試層和測試適配層運行在多操作系統(tǒng)上。

4 試驗驗證

本測試系統(tǒng)已成功應用于艦船自動化智能模塊的鑒定測試中。按照測試要求，完成了對所有模塊的接口定義測試、硬件功能性能測試、軟件功能性能測試、協(xié)同測試、互換性測試及工作穩(wěn)定性測試等測試內(nèi)容；實現(xiàn)了測試流程制定、多系統(tǒng)支持、測試結果自動評價輸出等功能；具有較高的自動化程度和較好的擴展能力，為評價模塊質(zhì)量、確保技術狀態(tài)、最終實現(xiàn)互換提供了技術手段。單模塊測試結果如圖3所示，多模塊協(xié)同測試結果如圖4所示。

圖3 單模塊測試結果

圖4 協(xié)同測試結果

5 結語

艦船自動化智能模塊測試系統(tǒng)從頂層設計上充分考慮被測模塊的多樣性、變化性、復雜性等特點，以及使用中對自動化、通用性、擴展能力等方面的要求。采用模塊化、層次化的設計原則開展軟硬件一體化設計，最終構成系統(tǒng)。實際使用中大大提高了測試的準確性、客觀性、測試效率和可視化程度，在工程中得到良好應用。

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