毫米波系統(tǒng)內(nèi)場測試儀方案設(shè)計

滿宏權(quán)，王厚軍，李 力

（電子科技大學(xué)自動化工程學(xué)院，四川 成都 611731）

0 引 言

在毫米波系統(tǒng)裝置運用于戰(zhàn)場給現(xiàn)代戰(zhàn)爭注入了高精尖技術(shù)的同時，也使得武器設(shè)備的復(fù)雜度變得越來越高，而在軍事技術(shù)競爭越來越激烈的今天，僅僅依靠傳統(tǒng)儀器對復(fù)雜的武器設(shè)備進(jìn)行測試，越來越不適應(yīng)現(xiàn)代化作戰(zhàn)和測試的要求[1]。因此，設(shè)計一種具有高速度、高性能、高可靠、高可用、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的自動化內(nèi)場測試設(shè)備已經(jīng)迫在眉睫[2]。該文針對毫米波頻段電子設(shè)備的測試需求，設(shè)計了毫米波系統(tǒng)內(nèi)場測試儀，實現(xiàn)對毫米波系統(tǒng)的各種指標(biāo)和功能的自動測試，并對系統(tǒng)中故障設(shè)備進(jìn)行快速診斷定位。

1 系統(tǒng)功能和組成

1.1 系統(tǒng)功能

該內(nèi)測儀測控系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)對該毫米波被測設(shè)備各種指標(biāo)和功能的自動測試，并對每項測試進(jìn)行測試結(jié)果分析、測試結(jié)果顯示、測試數(shù)據(jù)保存以及歷史記錄查詢。判斷被測設(shè)備存在故障時，能對被測設(shè)備中的故障模塊進(jìn)行快速診斷定位。系統(tǒng)采取基于比對的測試思想，使用模塊替換的測試方式，配合開關(guān)切換的測試行為實現(xiàn)快速診斷隔離故障模塊的功能。

1.2 系統(tǒng)組成

毫米波系統(tǒng)內(nèi)場測試儀（以下簡稱內(nèi)測儀）最核心的部分為Compact PCI（compact periperal component interconnect，CPCI）機箱，機箱內(nèi)插有零槽控制器模塊、電源模塊、CPCI功率計模塊、CPCI頻率計模塊、PXI開關(guān)模塊、CPCI-422多串口收發(fā)板卡，除此之外該內(nèi)測儀系統(tǒng)還包括機柜、接口適配器、射頻開關(guān)、數(shù)字I/O模塊、標(biāo)準(zhǔn)參考整機系統(tǒng)、液晶顯示器、鍵盤單元和鼠標(biāo)單元。內(nèi)測儀測控系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 內(nèi)測儀測控系統(tǒng)組成框圖

內(nèi)測儀測控系統(tǒng)所采用的CompactPCI總線具有高總線帶寬、高可靠、高性能、支持熱插拔、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化等特點，滿足高速度、高性能尤其是復(fù)雜控制算法并要求可視化操作的應(yīng)用場合的功能需求[3]。

2 測控系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)平臺及編程語言的選擇

在該內(nèi)測儀系統(tǒng)中，采用3U雙槽的CPCI零槽控制器作為其主控制模塊。其具有較完整的計算機功能，其上運行嵌入式操作系統(tǒng)WindowsXP Embedded，支持即插即用，且穩(wěn)定可靠，完全滿足內(nèi)測儀測控系統(tǒng)需求。

該系統(tǒng)選用了高可靠性的WindowsXP Embedded作為底層系統(tǒng)支持，采用LabWindows/CVI6.0作為開發(fā)平臺[4]。

2.2 測控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

該內(nèi)測儀系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括人機交互界面設(shè)計、測試算法設(shè)計、快速診斷算法設(shè)計、測試結(jié)果保存與處理程序設(shè)計。測試算法設(shè)計分為指標(biāo)測試算法設(shè)計和功能測試算法設(shè)計，其中被測設(shè)備指標(biāo)測試又主要包括發(fā)射功率測試、發(fā)射頻率測試、接收靈敏度測試以及動態(tài)范圍測試4個部分。功能測試主要包括顯控分機測試和接口校時分機測試。

針對每種測試，為了避免測試過程過長，導(dǎo)致整個系統(tǒng)軟件凍結(jié)，采取多線程的方式設(shè)計程序，為每種測試開辟新線程執(zhí)行整個測試流程。同時在程序設(shè)計中制定超時機制，控制測試線程在指定時間內(nèi)執(zhí)行；又因為系統(tǒng)測試時具有對硬件模塊的獨占性質(zhì)，所以通過人機交互界面作為橋梁來實現(xiàn)流程控制，使各測試線程只與主線程即界面事件線程并發(fā)執(zhí)行[5]。軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 軟件結(jié)構(gòu)圖

2.3 測控系統(tǒng)軟件開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 開關(guān)切換操作的設(shè)計

開關(guān)切換操作是內(nèi)測儀測控系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，起到了整個測試環(huán)節(jié)中的橋梁作用，是整個測控系統(tǒng)實現(xiàn)診斷功能的物理基礎(chǔ)。因此，開關(guān)切換操作的合理性、科學(xué)性直接制約著測控系統(tǒng)的整體性能。

開關(guān)切換操作主要存在以下兩個問題：

（1）開關(guān)切換操作與系統(tǒng)硬件資源聯(lián)系緊密，硬件物理連接的改動勢必導(dǎo)致軟件程序的改動，這不利于測試系統(tǒng)的開發(fā)、調(diào)試和維護(hù)。

（2）在進(jìn)行診斷測試時，每次模塊替換所需操作的開關(guān)數(shù)量較多，若針對每個開關(guān)切換編寫代碼，也會造成程序代碼的復(fù)雜化。

為了解決上述問題，在開關(guān)切換操作的設(shè)計中，通過2個表即編碼-開關(guān)映射表和開關(guān)信息表來完成應(yīng)用層程序與底層物理連接的映射通信。其編碼-開關(guān)映射表部分截取圖片如圖3所示。

圖3 編碼-開關(guān)映射表截圖

其中最左一列為操作編碼，在應(yīng)用程序中只會出現(xiàn)這個編碼，而表單中的每一行則分別對應(yīng)該操作編碼所進(jìn)行操作的開關(guān)板卡邏輯編號及其操作數(shù)據(jù)。這種方式不僅直觀，而且非常靈活，同時也意味著若開關(guān)切換操作有變，只需改變對應(yīng)板卡的操作數(shù)據(jù)即可。這大大提高了軟件的靈活性和可用性，同時也滿足系統(tǒng)高可用、模塊化的要求。

開關(guān)信息表部分截取圖片如圖4所示，最左一列對應(yīng)編碼-開關(guān)映射表中的各開關(guān)板卡邏輯編號，中間一列代表開關(guān)板卡在CPCI機箱中總線號，右邊一列代表開關(guān)板卡在CPCI機箱中的槽號。這個表作為編碼-開關(guān)映射表的補充，保障了開關(guān)模塊物理位置變更的情況下，無需修改軟件代碼，只需要修改配置文件即可。

圖4 開關(guān)信息表截圖

2.3.2 測試報告管理程序設(shè)計

測試系統(tǒng)在完成測試后，除了應(yīng)該將測試結(jié)果形成測試記錄，顯示在人機交互界面上，還應(yīng)具備保存測試結(jié)果的功能，以便用戶在日后調(diào)出歷史記錄進(jìn)行查詢，此外測試系統(tǒng)還應(yīng)該具備查詢歷史記錄的功能。由于測試報告的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與Microsoft Excel表單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相類似，因此采用Microsoft Excel來保存測試報告，并通過LabWindows/CVI提供的關(guān)于Excel操作的庫函數(shù)，完成對數(shù)據(jù)的保存、查詢等操作。另外，利用LabWindows/CVI提供的Table控件實現(xiàn)測試結(jié)果在人機交互界面上的顯示。

2.3.3 多線程技術(shù)與超時機制

在測試過程中，因為指標(biāo)參數(shù)眾多，某些指標(biāo)測試時所需測試時間較長，且每種指標(biāo)測試時有可能出現(xiàn)測試故障導(dǎo)致測試函數(shù)無法返回，致使整個系統(tǒng)軟件凍結(jié)，不能響應(yīng)用戶的隨機操作，甚至有可能造成系統(tǒng)崩潰而出現(xiàn)死機現(xiàn)象。為避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，系統(tǒng)在開發(fā)時充分利用多線程技術(shù)，采用針對每個測試過程開辟新線程與主線程并發(fā)執(zhí)行的方式，使系統(tǒng)始終響應(yīng)用戶事件，增加了用戶對系統(tǒng)操作的可控性[6]。LabWindows/CVI開發(fā)環(huán)境提供了較完善的多線程操作庫函數(shù)。線程結(jié)構(gòu)如圖5所示。

為了給測試響應(yīng)時間設(shè)置一個限度，更有效地避免因測試過程中產(chǎn)生故障而導(dǎo)致測試響應(yīng)時間過長甚至無法返回，在該測試軟件中引入超時機制，配合測試線程的使用，保證測試過程的高速性和可靠性。超時機制程序流程圖如圖6所示。

3 結(jié)束語

文中對某毫米波系統(tǒng)內(nèi)場測試儀的功能、系統(tǒng)組成和軟件設(shè)計進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹。該內(nèi)場測試儀不但能對毫米波被測設(shè)備各種指標(biāo)和功能進(jìn)行自動測試，而且當(dāng)被測設(shè)備存在故障時，能對被測設(shè)備中的故障模塊進(jìn)行診斷定位。該測試系統(tǒng)已經(jīng)成功用于實際應(yīng)用中，且運行可靠，測試快速、準(zhǔn)確，滿足標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的自動測試要求，具有一定的參考、借鑒價值。

圖5 線程結(jié)構(gòu)圖

圖6 超時機制程序流程圖

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