基于虛擬儀器的控制計算機CPU模塊自動測試系統(tǒng)設計

譚志宏+鄭戊午

摘 要： 針對某控制計算機CPU模塊的測試要求，集成及開發(fā)基于虛擬儀器的某控制計算機測試系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)研制針對某控制計算機CPU模塊大批量生產的測試和故障定位提供了有利工具，同時采用的適配器結構充分地利用了VXI測試平臺的可擴展性，可根據用戶需要擴展測試資源，增加測試系統(tǒng)功能，提高測試系統(tǒng)通用性。

關鍵詞： VXI； LabWindows/CVI； 測試接口； 虛擬儀器

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）14?0088?05

Design of virtual instrument based automatic testing system for digital control computer CPU module

TAN Zhi?hong， ZHENG Wu?wu

（Xian Aeronautics Computing Technique Research Institute， AVIC， Xian 710065， China）

Abstract： Aim at testing requirements of a control computer CPU module， the virtual instrument based testing system for the control computer was developed and integrated. The development of the testing system provide a beneficial tool for quantity production and fault diagnosis. The adapter structure adopted in the testing system makes use of expandability of VXI testing platform， which can expand test resources according to the customers demand， enhance the function of the testing systen and improve the universality of the testing system.

Keywords： VXI； LabWindows/CVI； testing interface； virtual instrument

0 引 言

CPU模塊是控制計算機核心部件，是整個系統(tǒng)的信號處理與控制中心。它擔當整個系統(tǒng)的任務管理、控制律計算等重要任務。當多個項目控制計算機CPU模塊處于大批量生產的過程中，生產廠家需要對其性能和功能進行離線測試，驗證是否滿足產品交付指標要求。同時，根據武器裝備三級維修體制的劃分，生產單位作為后方維護和維修單位[1]，需要承擔對多個型號控制計算機CPU模塊故障的內場可更換部件的維修任務。因此當處于批量生產階段時，則上述測試和維修任務快速增加，為了改善傳統(tǒng)的人員操作復雜，人工記錄數據和分析數據的測試方法，提高多個項目控制計算機CPU模塊（以下簡稱CPU模塊）生產、測試和維修效率，提高測試的可靠性，節(jié)省科研經費[2]，研制通用控制計算機CPU模塊自動測試系統(tǒng)（ATS）是一項重要意義的工作。

通用控制計算機CPU模塊自動測試系統(tǒng)（ATS）（以下簡稱測試系統(tǒng)）實現對生產線上大批量生產多種CPU模塊的性能和功能測試；同時實現對故障模塊故障電路的準確診斷和定位，便于對故障模塊的維修。

測試系統(tǒng)在操作人員極少參與的情況下，自動進行測試序列執(zhí)行，處理數據，并以適當方式顯示或輸出測試結果的系統(tǒng)[3]，具有良好的人機界面，操作簡單；在測試過程中自動執(zhí)行測試流程，自動生成測試報表，降低了自動測試系統(tǒng)對人員的要求，提高了產品可靠性。

目前國外先進的通用自動測試系統(tǒng)除了具備接口標準化，通用性強、系統(tǒng)模塊化等特點外，還大量采用虛擬儀器技術和組合儀器技術[4]。CPU模塊自動測試系統(tǒng)的架構就采用了虛擬儀器技術[5]，虛擬儀器是以通用計算機為核心，根據用戶對儀器的設計定義，用軟件實現虛擬控制面板設計和測試功能的一種計算機儀器系統(tǒng)。虛擬儀器是將現有的計算機技術、設計軟件技術和高性能模塊化硬件結合在一起而建立的功能強大又靈活易變的儀器。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入、輸出和調理，軟件才是整個儀器系統(tǒng)的關鍵，用戶可以通過修改軟件，方便地改變、增減儀器系統(tǒng)的功能和規(guī)模。

測試系統(tǒng)設計中主要采用標準總線技術VXI總線技術，把計算機技術、數字接口技術和儀器測量技術有機結合起來，VXI總線系統(tǒng)具有如下技術特點：

（1） 開放的多供貨商支持VXI總線標準使得開發(fā)人員在進行測控系統(tǒng)集成時，可根據所實現的功能從眾多制造商的產品中自主選擇。標準化的現代測控系統(tǒng)硬件使VXI用戶組建測試系統(tǒng)時效率更高，系統(tǒng)功能更強，靈活性更好，實用性更廣，針對性更強，應用更方便。

（2） 標準化、模塊化的系統(tǒng)結構與堅固的設計、良好的電磁兼容性能，抗干擾性能強，使系統(tǒng)組件迅速、運行穩(wěn)定、高度可靠。模塊可重復利用，因此系統(tǒng)的維護相對較為容易，升級簡單，添加方便。

（3） 標準化的VXIplug&play軟件降低了系統(tǒng)的配置、編程和集成的難度，系統(tǒng)開發(fā)周期短。

由于VXIBUS規(guī)范是美國空軍的MATE（模塊化自動測試設備）標準的一部分，符合測試模塊的通用化、系列化和標準化要求，模塊接口具有開放性，符合國際通用的行業(yè)標準，基于VXI總線的測試系統(tǒng)能夠滿足CPU模塊的測試需求，因此決定采用VXI總線測試設備。

1 測試系統(tǒng)硬件設計

測試系統(tǒng)硬件平臺主要由系統(tǒng)控制器、VXI測試系統(tǒng)、程控電源、通用示波器和測試接口組成。測試系統(tǒng)構成示意圖如圖1所示。

圖1 自動測試系統(tǒng)構成示意圖

1.1 系統(tǒng)控制器

測試系統(tǒng)采用了靈活性高，速度快、成本低1394接口卡完成對VXI測試系統(tǒng)控制，通過1394接口把VXI測試系統(tǒng)與外部工控機平臺相連，工控機通過1394接口向VXI測試系統(tǒng)發(fā)送命令串，而總線控制模塊以透明的方式在VXI字符串協議和1394總線協議之間進行翻譯。

測試系統(tǒng)采用儀器領域中通用性強、靈活性高、接口操作簡單和成本低GPIB接口卡完成對程控電源和示波器的控制，通過GPIB接口把程控電源和示波器與外部工控機平臺相連，工控機通過GPIB接口向示波器和程控電源發(fā)送命令串，在示波器和程控電源內部嵌入的GPIB控制模塊以透明方式完成命令翻譯，控制程控電源和示波器的操作。

1.2 VXI測試系統(tǒng)

在測試系統(tǒng)的設計中VXI總線系統(tǒng)為設計的關鍵部位，根據被測對象測試需求完成VXI測試系統(tǒng)資源的集成。測試系統(tǒng)集成采用VXI機箱，0槽控制器、數字測試子系統(tǒng)和I/O模塊。

（1） VXI機箱。選擇AGILENT公司生產的13槽C尺寸機箱 E8403A，其外形如圖2所示。其主要特性為：電源功率1 000 W；具有智能冷卻功能；具有高性能的背板，可以自動配置中斷應答和總線應答信號線；適用于所有即插即用模塊。目前測試系統(tǒng)的設計中，占用了4個槽位，空余的槽為測試平臺的擴充和功能完善提供了可能。

（2） 0槽控制器。0槽控制器模塊是VXI總線測試系統(tǒng)的核心。為配合數字測試子系統(tǒng)的使用，選取AGILENT公司生產的E8491B模塊。作為0槽控制器，E8491B模塊包括一個MODID寄存器和一個10 MHz時鐘源。具有觸發(fā)功能，可編程8路內部TTL觸發(fā)信號，這些信號可通過機箱底板連接器送到機箱內的其他模塊上。通過該模塊，外置工控機可以處理VXI主機箱內的任何一個VXI模塊的中斷請求。

圖2 VXI主機箱E8403A

（3） 數字測試子系統(tǒng)。數字測試子系統(tǒng)采用是專為數字器件的功能測試而設計的VXI總線測試模塊。它可以測試多種TTL和CMOS接口信號。其工作原理如下：由數字測試子系統(tǒng)模擬CPU模塊的工作時序，對被測對象提供輸入激勵并采集響應，通過對響應信號的分析來完成對CPU模塊的測試。其測試接口如圖3所示，數字測試子系統(tǒng)向數字模塊提供的輸入激勵包括地址、數據、控制信號及時鐘，采集的響應包括數據及數字模塊的響應信號。數字測試子系統(tǒng)由雙槽C尺寸的SR2510組成，SR2510模塊包括了時序和矢量控制、可配96數字I/O通道。本測試模塊配置64數字I/O通道。

（4） I/O模塊。VXI測試系統(tǒng)采用I/O模塊采用時AGILENT公司生產的E1458A模塊，該模塊為96通道數字I/O模塊，該模塊兼容TTL電平（0?5 V）和COMS電平，數字I/O模塊總線接口為VXI總線C尺寸模塊。

1.3 程控電源

程控電源為AGILENT公司生產E3631A，該電源為臺式電源配置有GPIB接口，通過GPIB總線與工控機連接，自動測試系統(tǒng)軟件通過GPIB總線協議與程控電源進行數據交換。E3631A具有3路輸出， 該電源的技術指標如下：電壓可調0～25 V/1 A；電壓可調0～-25 V/1 A；電壓可調0～6 V/5 A。

1.4 通用示波器

通用示波器采用TEX公司生產TDS3012系列示波器。該示波器主要技術指標如下：具有雙通道數字示波器；帶寬可達350 MHz；采樣率可達1.25 Gb/s；具有GPIB接口。

該通用示波器為外置式產品，通過GPIB總線與工控機連接，測試系統(tǒng)軟件通過GPIB總線協議與通用示波器進行數據交換。

圖3 數字測試子系統(tǒng)測試接口示意圖

1.5 測試接口

測試系統(tǒng)中測試接口設計采用了海量互聯結構。形成對外統(tǒng)一的測試接口（主適配器），選用VPC公司的VXI互鎖接收機，作為信號連接適配器，提供測試系統(tǒng)測試資源信號與被測對象之間的信號，更可靠、更高效和方便連接；提高了測試系統(tǒng)設計的靈活性、擴展性和通用性。

由于不同被測對象對外連接器各不相同，根據被測對象特征，設計子適配器，這種方式實現了整個測試系統(tǒng)資源的重復利用，提高了測試系統(tǒng)可擴展性和通用性。子適配器與主適配器相連，實現測試系統(tǒng)與CPU模塊之間的信號轉接。在子適配器頂面板上設計固定裝置，用以固定CPU模塊，同時設計了連接電纜接口，實現被測對象與測試系統(tǒng)連接。在子適配器中設計子適配器模塊，用于實現測試系統(tǒng)資源的分配，測試信號的驅動隔離和信號匹配。因為被測對象內部的地址總線、數據總線和控制信號是對外開放的，所以測試系統(tǒng)與被測對象之間的這些信號經過隔離。測試設備發(fā)送HOLD信號到被測試對象，得到被測試對象的響應后，使能隔離電路，打開測試系統(tǒng)到被測試對象的信號通路。數據總線為雙向信號，數據總線的隔離方向由控制信號中讀/寫信號（RW）控制，因為RW信號同時控制被測對象內部數據線驅動隔離電路方向，采用該信號控制驅動隔離電路信號方向，使子適配器模塊中的驅動隔離電路和被測對象內部驅動隔離電路方向一致，避免數據總線發(fā)生沖突。

測量工具采用通用示波器，通用示波器配置兩個測量通道，所以子適配器模塊中包括多路選通電路，由測試設備發(fā)送通道選擇信號，控制多路選通電路實現對CPU模塊接口信號的多選二，引入到示波器的兩個測量通道，進行CPU模塊信號測量，記錄測試結果，進行分析。

2 測試軟件設計

測試系統(tǒng)設計中，測試軟件是整個測試系統(tǒng)的核心部分，通過測試軟件控制實現了測試系統(tǒng)對被測對象數據的采集和數據的處理，完成了CPU模塊的功能、性能的測試同時實現故障的診斷。測試系統(tǒng)軟件駐留在工控機上，控制測試系統(tǒng)測試序列完成CPU模塊測試。測試軟件采用模塊化設計，便于使用和維護。

2.1 開發(fā)軟件平臺

測試系統(tǒng)軟件基于LabWindows/CVI作為軟件平臺[6]，該平臺是美國NI公司開發(fā)的一款交互式C語言開發(fā)平臺，該軟件功能強大、使用靈活的C語言平臺用于數據采集分析和顯示測控專業(yè)工具有機的結合起來，利用它的集成開發(fā)環(huán)境、交互式編程方法、函數面板和豐富的庫函數大大增強了C語言的功能，為熟悉C語言的開發(fā)設計人員編寫檢測系統(tǒng)，自動測試環(huán)境，數據采集系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)等應用軟件提供了一個理想的軟件開發(fā)環(huán)境。同時在VXI系統(tǒng)中采用的SR2500模塊和E1458A模塊的驅動軟件兼容與LabWindows/CVI，在LabWindows/CVI提供儀器庫函數，簡化了軟件開發(fā)的過程，提供了良好的VXI系統(tǒng)中測試模塊用戶界面。

2.2 測試軟件設計

該軟件完成的主要功能如下：硬件平臺模塊初始化；測試信號與硬件端口定義；測試序列定義；啟動測試；對測試結果進行處理，得出測試結論；測試結果記錄或打印。測試軟件的設計中，分為測試功能和設備自檢功能。在測試功能中依據測試要求，分為自動測試和手動測試，自動測試用于生產模塊離線性能和功能的測試，手動測試用于維修人員進行故障模塊故障定位。設備自檢功能，完成了對整體測試系統(tǒng)的硬件功能和性能的檢測，提供了專用設備的校驗工具，更好的支持了對整套測試平臺的校驗工作。測試軟件結構如圖4所示。測試主要包括對程序存儲器和數據存儲器和CPU芯片測試。

圖4 測試軟件結構圖

2.2.1 CPU芯片測試

CPU芯片測試采用測試系統(tǒng)釋放總線請求，由CPU芯片執(zhí)行駐留CPU模塊內程序存儲器BIT程序完成對CPU芯片指令和內部寄存器測試和CPU實現對CPU模塊內程序存儲器、數據存儲器和接口單元測試。并將測試結果存放到固定數據存儲器單元內。測試系統(tǒng)取得總線控制權，讀取測試結果存儲單元判斷CPU芯片是否正常。

2.2.2 程序存儲器測試

程序存儲器測試包括對駐留CPU模塊BIT程序的在板編程，同時將程序存儲器內容讀出與編程文件進行代碼比較，寫入數據與讀出數據一致則認為程序存儲器功能單元正常。程序存儲器空間有64 KB空間，BIT程序占用空間為16 KB，為了對剩余空間進行有效測試，將該空間測試數據填充為隨機數進行測試。

2.2.3 數據存儲器測試

數據存儲器測試采用典型測試數據方法，包括測試數據如下：移動的1，0x0000，0x5555，0xAAAA，0xFFFF和存儲器單元寫入存取單元地址值。該測試方法對存儲器的存儲體進行了充分的測試，同時對存儲器的地址和數據總線進行了有效的測試。是否數據/地址總線有短接到一起，或數據/地址總線斷路情況。

2.3 故障診斷技術

測試系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)采用基于故障樹和故障字典法來進行設計，結合被測對象的測試情況，完成對CPU模塊故障診斷。測試系統(tǒng)通過不同TPS對CPU模塊資源進行測試，將故障結果通過故障字典查詢，同時CPU模塊資源測試結果進行邏輯決斷完成對故障的診斷給出故障辨識。

圖5所示為CPU模塊故障樹，測試系統(tǒng)故障定位隔離度可達到元器件級，一片可達80%，二片可達85%，三片可達90%。

測試系統(tǒng)復雜度和難度在于故障診斷技術：一是考慮TPS具有典型性，實現對CPU模塊資源有效測試，二是故障字典的設計難度和復雜度大，依據故障模式和故障樹考慮CPU模塊故障現象，采用邏輯決斷實現故障的診斷和辨識。

3 設計中應注意問題

CPU模塊通過對外連接器對外開放DSP內總線（數據總線、地址總線和控制總線），測試系統(tǒng)通過DMA方式，發(fā)送總線請求信號（HOLD），取得總線控制權，仿真測試平臺采集到總線應答（HOLDA）后，仿真DSP訪問時序輸出地址、數據、控制總線信號等激勵對CPU模塊上ROM，RAM和接口分組件接口等進行訪問測試。

仿真測試平臺對CPU模塊內功能單元不僅進行了功能測試，而且進行了性能的測試，針對數字電路的特性，對CPU模塊內部ROM，RAM和接口分組件接口進行了拉偏時序測試。CPU模塊內部DSP訪問存儲器時序圖見圖6和圖7。

仿真測試平臺依據DSP訪問存儲器接口時序指標，計算出典型時序訪問存儲器的時間，仿真測試平臺以DSP的CLK（時鐘）為觸發(fā)信號，仿真該時序對CPU模塊的ROM，RAM和接口分組件進行測試；同時計算出DSP訪問ROM，RAM和接口分組件惡劣時序，仿真測試平臺以CLK為觸發(fā)信號，仿真該時序對CPU模塊ROM，RAM和接口分組件進行測試。

DSP訪問存儲器時序參數見表1和表2。

圖6 DSP訪問存儲器讀時序

圖7 DSP訪問存儲器寫時序

對數字總線仿真的難度和復雜度：

（1） 數字總線中信號數量多（數據總線，地址總線，控制總線），相對信號之間的時序關系復雜，通過軟件配置數字總線信號時序仿真模型的復雜度和難度較大；

（2） 由于數字總線信號速度高，抗干擾性差，傳輸過程中數字總線信號易出現振鈴、過沖或下沖、串擾等現象，仿真測試平臺實現信號完整性難度較高。所以在傳輸電纜的設計中，考慮電纜之間的信號串擾，電纜與UUT之間的信號阻抗匹配，減少信號傳輸線上的“振鈴”，提高測試信號的可靠性。測試系統(tǒng)設計中，主適配器與VXI系統(tǒng)之間的傳輸電纜采用VXI模塊附件電纜，通用示波器測試電纜采用同軸電纜，子適配器與UUT之間傳輸電纜采用雙絞線電纜。

表1 DSP讀訪問存儲器時間參數 ns

表2 DSP寫訪問存儲器時間參數 ns

4 結 語

基于虛擬儀器控制計算機CPU模塊測試系統(tǒng)解決了大批量產品的檢測問題，同時由于測試系統(tǒng)集成度高，人機交互界面簡單，不需要測試人員干預測試，自動化程度高，完成對CPU模塊的各項功能和性能的檢測，并形成測試記錄存儲在計算機內。測試系統(tǒng)現在通過軟件維護升級可以實現對另外兩個項目的CPU模塊的測試，為國家節(jié)約大量資金，產生數百萬元的經濟效益。該測試系統(tǒng)的通用性和可擴展性設計思想具有很好的應用前景。

參考文獻

[1] 譚紅芳，馬勇，邵懷宗.彈上計算機自動測試系統(tǒng)的設計[J].實驗科學與技術，2011（6）：15?17.

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[6] 張海麗.基于LabWindows/CVI 的測試儀軟件設計[J].測控技術，2012（5）：88?91.

2 測試軟件設計

測試系統(tǒng)設計中，測試軟件是整個測試系統(tǒng)的核心部分，通過測試軟件控制實現了測試系統(tǒng)對被測對象數據的采集和數據的處理，完成了CPU模塊的功能、性能的測試同時實現故障的診斷。測試系統(tǒng)軟件駐留在工控機上，控制測試系統(tǒng)測試序列完成CPU模塊測試。測試軟件采用模塊化設計，便于使用和維護。

2.1 開發(fā)軟件平臺

測試系統(tǒng)軟件基于LabWindows/CVI作為軟件平臺[6]，該平臺是美國NI公司開發(fā)的一款交互式C語言開發(fā)平臺，該軟件功能強大、使用靈活的C語言平臺用于數據采集分析和顯示測控專業(yè)工具有機的結合起來，利用它的集成開發(fā)環(huán)境、交互式編程方法、函數面板和豐富的庫函數大大增強了C語言的功能，為熟悉C語言的開發(fā)設計人員編寫檢測系統(tǒng)，自動測試環(huán)境，數據采集系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)等應用軟件提供了一個理想的軟件開發(fā)環(huán)境。同時在VXI系統(tǒng)中采用的SR2500模塊和E1458A模塊的驅動軟件兼容與LabWindows/CVI，在LabWindows/CVI提供儀器庫函數，簡化了軟件開發(fā)的過程，提供了良好的VXI系統(tǒng)中測試模塊用戶界面。

2.2 測試軟件設計

該軟件完成的主要功能如下：硬件平臺模塊初始化；測試信號與硬件端口定義；測試序列定義；啟動測試；對測試結果進行處理，得出測試結論；測試結果記錄或打印。測試軟件的設計中，分為測試功能和設備自檢功能。在測試功能中依據測試要求，分為自動測試和手動測試，自動測試用于生產模塊離線性能和功能的測試，手動測試用于維修人員進行故障模塊故障定位。設備自檢功能，完成了對整體測試系統(tǒng)的硬件功能和性能的檢測，提供了專用設備的校驗工具，更好的支持了對整套測試平臺的校驗工作。測試軟件結構如圖4所示。測試主要包括對程序存儲器和數據存儲器和CPU芯片測試。

圖4 測試軟件結構圖

2.2.1 CPU芯片測試

CPU芯片測試采用測試系統(tǒng)釋放總線請求，由CPU芯片執(zhí)行駐留CPU模塊內程序存儲器BIT程序完成對CPU芯片指令和內部寄存器測試和CPU實現對CPU模塊內程序存儲器、數據存儲器和接口單元測試。并將測試結果存放到固定數據存儲器單元內。測試系統(tǒng)取得總線控制權，讀取測試結果存儲單元判斷CPU芯片是否正常。

2.2.2 程序存儲器測試

程序存儲器測試包括對駐留CPU模塊BIT程序的在板編程，同時將程序存儲器內容讀出與編程文件進行代碼比較，寫入數據與讀出數據一致則認為程序存儲器功能單元正常。程序存儲器空間有64 KB空間，BIT程序占用空間為16 KB，為了對剩余空間進行有效測試，將該空間測試數據填充為隨機數進行測試。

2.2.3 數據存儲器測試

數據存儲器測試采用典型測試數據方法，包括測試數據如下：移動的1，0x0000，0x5555，0xAAAA，0xFFFF和存儲器單元寫入存取單元地址值。該測試方法對存儲器的存儲體進行了充分的測試，同時對存儲器的地址和數據總線進行了有效的測試。是否數據/地址總線有短接到一起，或數據/地址總線斷路情況。

2.3 故障診斷技術

測試系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)采用基于故障樹和故障字典法來進行設計，結合被測對象的測試情況，完成對CPU模塊故障診斷。測試系統(tǒng)通過不同TPS對CPU模塊資源進行測試，將故障結果通過故障字典查詢，同時CPU模塊資源測試結果進行邏輯決斷完成對故障的診斷給出故障辨識。

圖5所示為CPU模塊故障樹，測試系統(tǒng)故障定位隔離度可達到元器件級，一片可達80%，二片可達85%，三片可達90%。

測試系統(tǒng)復雜度和難度在于故障診斷技術：一是考慮TPS具有典型性，實現對CPU模塊資源有效測試，二是故障字典的設計難度和復雜度大，依據故障模式和故障樹考慮CPU模塊故障現象，采用邏輯決斷實現故障的診斷和辨識。

3 設計中應注意問題

CPU模塊通過對外連接器對外開放DSP內總線（數據總線、地址總線和控制總線），測試系統(tǒng)通過DMA方式，發(fā)送總線請求信號（HOLD），取得總線控制權，仿真測試平臺采集到總線應答（HOLDA）后，仿真DSP訪問時序輸出地址、數據、控制總線信號等激勵對CPU模塊上ROM，RAM和接口分組件接口等進行訪問測試。

仿真測試平臺對CPU模塊內功能單元不僅進行了功能測試，而且進行了性能的測試，針對數字電路的特性，對CPU模塊內部ROM，RAM和接口分組件接口進行了拉偏時序測試。CPU模塊內部DSP訪問存儲器時序圖見圖6和圖7。

仿真測試平臺依據DSP訪問存儲器接口時序指標，計算出典型時序訪問存儲器的時間，仿真測試平臺以DSP的CLK（時鐘）為觸發(fā)信號，仿真該時序對CPU模塊的ROM，RAM和接口分組件進行測試；同時計算出DSP訪問ROM，RAM和接口分組件惡劣時序，仿真測試平臺以CLK為觸發(fā)信號，仿真該時序對CPU模塊ROM，RAM和接口分組件進行測試。

DSP訪問存儲器時序參數見表1和表2。

圖6 DSP訪問存儲器讀時序

圖7 DSP訪問存儲器寫時序

對數字總線仿真的難度和復雜度：

（1） 數字總線中信號數量多（數據總線，地址總線，控制總線），相對信號之間的時序關系復雜，通過軟件配置數字總線信號時序仿真模型的復雜度和難度較大；

（2） 由于數字總線信號速度高，抗干擾性差，傳輸過程中數字總線信號易出現振鈴、過沖或下沖、串擾等現象，仿真測試平臺實現信號完整性難度較高。所以在傳輸電纜的設計中，考慮電纜之間的信號串擾，電纜與UUT之間的信號阻抗匹配，減少信號傳輸線上的“振鈴”，提高測試信號的可靠性。測試系統(tǒng)設計中，主適配器與VXI系統(tǒng)之間的傳輸電纜采用VXI模塊附件電纜，通用示波器測試電纜采用同軸電纜，子適配器與UUT之間傳輸電纜采用雙絞線電纜。

表1 DSP讀訪問存儲器時間參數 ns

表2 DSP寫訪問存儲器時間參數 ns

4 結 語

基于虛擬儀器控制計算機CPU模塊測試系統(tǒng)解決了大批量產品的檢測問題，同時由于測試系統(tǒng)集成度高，人機交互界面簡單，不需要測試人員干預測試，自動化程度高，完成對CPU模塊的各項功能和性能的檢測，并形成測試記錄存儲在計算機內。測試系統(tǒng)現在通過軟件維護升級可以實現對另外兩個項目的CPU模塊的測試，為國家節(jié)約大量資金，產生數百萬元的經濟效益。該測試系統(tǒng)的通用性和可擴展性設計思想具有很好的應用前景。

參考文獻

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[6] 張海麗.基于LabWindows/CVI 的測試儀軟件設計[J].測控技術，2012（5）：88?91.

2 測試軟件設計

測試系統(tǒng)設計中，測試軟件是整個測試系統(tǒng)的核心部分，通過測試軟件控制實現了測試系統(tǒng)對被測對象數據的采集和數據的處理，完成了CPU模塊的功能、性能的測試同時實現故障的診斷。測試系統(tǒng)軟件駐留在工控機上，控制測試系統(tǒng)測試序列完成CPU模塊測試。測試軟件采用模塊化設計，便于使用和維護。

2.1 開發(fā)軟件平臺

測試系統(tǒng)軟件基于LabWindows/CVI作為軟件平臺[6]，該平臺是美國NI公司開發(fā)的一款交互式C語言開發(fā)平臺，該軟件功能強大、使用靈活的C語言平臺用于數據采集分析和顯示測控專業(yè)工具有機的結合起來，利用它的集成開發(fā)環(huán)境、交互式編程方法、函數面板和豐富的庫函數大大增強了C語言的功能，為熟悉C語言的開發(fā)設計人員編寫檢測系統(tǒng)，自動測試環(huán)境，數據采集系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)等應用軟件提供了一個理想的軟件開發(fā)環(huán)境。同時在VXI系統(tǒng)中采用的SR2500模塊和E1458A模塊的驅動軟件兼容與LabWindows/CVI，在LabWindows/CVI提供儀器庫函數，簡化了軟件開發(fā)的過程，提供了良好的VXI系統(tǒng)中測試模塊用戶界面。

2.2 測試軟件設計

該軟件完成的主要功能如下：硬件平臺模塊初始化；測試信號與硬件端口定義；測試序列定義；啟動測試；對測試結果進行處理，得出測試結論；測試結果記錄或打印。測試軟件的設計中，分為測試功能和設備自檢功能。在測試功能中依據測試要求，分為自動測試和手動測試，自動測試用于生產模塊離線性能和功能的測試，手動測試用于維修人員進行故障模塊故障定位。設備自檢功能，完成了對整體測試系統(tǒng)的硬件功能和性能的檢測，提供了專用設備的校驗工具，更好的支持了對整套測試平臺的校驗工作。測試軟件結構如圖4所示。測試主要包括對程序存儲器和數據存儲器和CPU芯片測試。

圖4 測試軟件結構圖

2.2.1 CPU芯片測試

CPU芯片測試采用測試系統(tǒng)釋放總線請求，由CPU芯片執(zhí)行駐留CPU模塊內程序存儲器BIT程序完成對CPU芯片指令和內部寄存器測試和CPU實現對CPU模塊內程序存儲器、數據存儲器和接口單元測試。并將測試結果存放到固定數據存儲器單元內。測試系統(tǒng)取得總線控制權，讀取測試結果存儲單元判斷CPU芯片是否正常。

2.2.2 程序存儲器測試

程序存儲器測試包括對駐留CPU模塊BIT程序的在板編程，同時將程序存儲器內容讀出與編程文件進行代碼比較，寫入數據與讀出數據一致則認為程序存儲器功能單元正常。程序存儲器空間有64 KB空間，BIT程序占用空間為16 KB，為了對剩余空間進行有效測試，將該空間測試數據填充為隨機數進行測試。

2.2.3 數據存儲器測試

數據存儲器測試采用典型測試數據方法，包括測試數據如下：移動的1，0x0000，0x5555，0xAAAA，0xFFFF和存儲器單元寫入存取單元地址值。該測試方法對存儲器的存儲體進行了充分的測試，同時對存儲器的地址和數據總線進行了有效的測試。是否數據/地址總線有短接到一起，或數據/地址總線斷路情況。

2.3 故障診斷技術

測試系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)采用基于故障樹和故障字典法來進行設計，結合被測對象的測試情況，完成對CPU模塊故障診斷。測試系統(tǒng)通過不同TPS對CPU模塊資源進行測試，將故障結果通過故障字典查詢，同時CPU模塊資源測試結果進行邏輯決斷完成對故障的診斷給出故障辨識。

圖5所示為CPU模塊故障樹，測試系統(tǒng)故障定位隔離度可達到元器件級，一片可達80%，二片可達85%，三片可達90%。

測試系統(tǒng)復雜度和難度在于故障診斷技術：一是考慮TPS具有典型性，實現對CPU模塊資源有效測試，二是故障字典的設計難度和復雜度大，依據故障模式和故障樹考慮CPU模塊故障現象，采用邏輯決斷實現故障的診斷和辨識。

3 設計中應注意問題

CPU模塊通過對外連接器對外開放DSP內總線（數據總線、地址總線和控制總線），測試系統(tǒng)通過DMA方式，發(fā)送總線請求信號（HOLD），取得總線控制權，仿真測試平臺采集到總線應答（HOLDA）后，仿真DSP訪問時序輸出地址、數據、控制總線信號等激勵對CPU模塊上ROM，RAM和接口分組件接口等進行訪問測試。

仿真測試平臺對CPU模塊內功能單元不僅進行了功能測試，而且進行了性能的測試，針對數字電路的特性，對CPU模塊內部ROM，RAM和接口分組件接口進行了拉偏時序測試。CPU模塊內部DSP訪問存儲器時序圖見圖6和圖7。

仿真測試平臺依據DSP訪問存儲器接口時序指標，計算出典型時序訪問存儲器的時間，仿真測試平臺以DSP的CLK（時鐘）為觸發(fā)信號，仿真該時序對CPU模塊的ROM，RAM和接口分組件進行測試；同時計算出DSP訪問ROM，RAM和接口分組件惡劣時序，仿真測試平臺以CLK為觸發(fā)信號，仿真該時序對CPU模塊ROM，RAM和接口分組件進行測試。

DSP訪問存儲器時序參數見表1和表2。

圖6 DSP訪問存儲器讀時序

圖7 DSP訪問存儲器寫時序

對數字總線仿真的難度和復雜度：

（1） 數字總線中信號數量多（數據總線，地址總線，控制總線），相對信號之間的時序關系復雜，通過軟件配置數字總線信號時序仿真模型的復雜度和難度較大；

（2） 由于數字總線信號速度高，抗干擾性差，傳輸過程中數字總線信號易出現振鈴、過沖或下沖、串擾等現象，仿真測試平臺實現信號完整性難度較高。所以在傳輸電纜的設計中，考慮電纜之間的信號串擾，電纜與UUT之間的信號阻抗匹配，減少信號傳輸線上的“振鈴”，提高測試信號的可靠性。測試系統(tǒng)設計中，主適配器與VXI系統(tǒng)之間的傳輸電纜采用VXI模塊附件電纜，通用示波器測試電纜采用同軸電纜，子適配器與UUT之間傳輸電纜采用雙絞線電纜。

表1 DSP讀訪問存儲器時間參數 ns

表2 DSP寫訪問存儲器時間參數 ns

4 結 語

基于虛擬儀器控制計算機CPU模塊測試系統(tǒng)解決了大批量產品的檢測問題，同時由于測試系統(tǒng)集成度高，人機交互界面簡單，不需要測試人員干預測試，自動化程度高，完成對CPU模塊的各項功能和性能的檢測，并形成測試記錄存儲在計算機內。測試系統(tǒng)現在通過軟件維護升級可以實現對另外兩個項目的CPU模塊的測試，為國家節(jié)約大量資金，產生數百萬元的經濟效益。該測試系統(tǒng)的通用性和可擴展性設計思想具有很好的應用前景。

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