基于GPIB和PXI總線的通信導航自動測試系統(tǒng)

肖炎榮　謝來陽

【摘要】 隨著航空技術的發(fā)展，通信導航設備的檢測工作也越來越復雜。自動測試技術是當今通信導航設備檢測、維修技術發(fā)展的趨勢，因此通信導航設備的自動檢測系統(tǒng)的開發(fā)工作尤為重要。GPIB（General Purpose Interface Bus）即通用接口總線，以及PXI（PCI extensions for Instrumentation），為目前自動測試設備（ATE）常用的總線。以LabWindows/CVI 2010作為軟件開發(fā)工具實現(xiàn)了自動測試系統(tǒng)。在該設備軟件開發(fā)過程中，為設備中的測量儀器，編寫了配套的驅動程序，從而為用戶屏蔽了復雜的底層硬件細節(jié)。

【關鍵詞】 自動測試系統(tǒng) 通信導航設備 測試程序集 GPIB總線 PXI總線

一、概述

近年來，航空技術發(fā)展迅猛，與之配套的通信導航設備也愈發(fā)復雜。因此，通信導航設備的檢測工作也越來越復雜、困難。而由于民航產(chǎn)業(yè)的特殊性，其飛行的安全性非常重要，故對其配套的通信導航設備的穩(wěn)定性與可靠性要求異常的高，從而對通信導航設備的檢測工作尤為重要。

傳統(tǒng)的手工測試效率低，且由于測試人員的個體差異，測試效果的準確性并不穩(wěn)定。顯然傳統(tǒng)的手工測試工作已無法滿足要求。隨著計算機技術和電子技術的發(fā)展，以及設備檢測工作日益困難，自動檢測技術應運而生。利用自動測試系統(tǒng)對通信導航設備進行測試，可極大提高檢測工作的效率及可靠性。發(fā)展并完善通信導航設備的自動測試系統(tǒng)是一項勢在必行的工作。

二、自動測試設備構成

自動測試系統(tǒng)分為自動測試設備（ATE）、測試程序集（TPS Test Program Set）兩部分，如圖1所示：

1、自動測試設備（ATE）：

自動測試設備由IPC（工控機）、接口總線（如GPIB、PXI、VXI、RS232等）、各式測量、激勵儀器構成。IPC根據(jù)測試程序通過接口總線向各儀器發(fā)送命令，控制儀器完成相應的測量動作，同時也從這些儀器中讀取數(shù)據(jù)，并分析處理這些數(shù)據(jù)，生成報告。

2、測試程序集（TPS）：

測試程序集分為三部分，即測試程序（TP）、測試單元適配器（TUA）、測試程序集文檔。

測試程序是為被測單元開發(fā)的一組能由測試設備執(zhí)行的代碼序列，用來完成對被測單元進行功能及各項指標的測試，并輸出測試結果。

接口適配器稱為測試單元適配器，是自動測試系統(tǒng)的重要組成部分，主要實現(xiàn)自動測試系統(tǒng)的通用測試接口向被測單元特定接口的轉換，即用與實現(xiàn)計算機與測試儀器、被測單元之間的電氣和機械連接。

測試程序集文檔。測試程序集文檔的作用是提供自動測試設備完成對被測單元自動檢測的各類文字信息，例如測試指南、接口適配器文檔、測試程序說明等內(nèi)容。

三、硬件平臺設計

3.1 GPIB總線簡介

GPIB（General Purpose Interface Bus）總線是一種并行的與可程控測量儀器件相連接的小型標準接口總線系統(tǒng)。GPIB的硬件規(guī)格和軟件協(xié)議已納入國際工業(yè)標準 — IEEE488.1和IEEE488.2[1]。

GPIB器件與控制器的連接方式有三種：線型連接、星形連接以及混合型。

3.2 PXI總線簡介

PXI（PCI extensions for Instrumentation）總線是PCI總線的相儀器領域的擴展，由NI于1997年發(fā)布，是一種開放性、模塊化儀器總線規(guī)范。

PXI規(guī)范包括3個方面：機械性能、電氣性能、軟件性能[3]。

3.3 硬件平臺總體結構

自動測試系統(tǒng)的硬件資源通過GPIB、PXI、SCXI與IPC（工控機）進行通信。

（1）以GPIB為接口總線的儀器通過GPIB卡與工控機進行通信。（2）以PXI作為接口總線的儀器插在PXI機箱中，在機箱的主板中通過PXI總線與PXI機箱的0槽的控制器相連，PXI機箱的0槽的控制器通過MXI-4與工控機相連，從而實現(xiàn)通信。（3）SCXI機箱中的設備在SCXI機箱主板中通過SCXI總線與機箱的控制器通信，SCXI機箱的控制器與工控機通過USB總線通信，從而實現(xiàn)了通信。

硬件平臺的結構圖如圖2 所示：

四、基于自動化測試系統(tǒng)的例程

系統(tǒng)的軟件平臺的設計所用的開發(fā)工具是LabWindows/CVI 2010。

LabWindows/CVI是NI推出的一套面向測控領域的軟件開發(fā)平臺，其功能強大，可以容易地設計出符合實際要求的儀表操作界面，并對采集到的實時數(shù)據(jù)進行各種數(shù)學處理和運算。它的集成化開發(fā)平臺，交互式編程方法，豐富的控件和庫函數(shù)大大增強了C語言的功能，為熟悉C語言的開發(fā)人員建立檢測系統(tǒng)，自動測量環(huán)境，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，過程監(jiān)控系統(tǒng)等提供了一個理想的軟件開發(fā)環(huán)境[5]。

本例程以ATE中的硬件資源——GNS743A作為被測單元。

GNS743A是導航衛(wèi)星模擬器，可產(chǎn)生GLONASS和GPS在L1子帶上的衛(wèi)星射頻信號，用于對GLONASS和GPS接收機進行工程測試。

GLONASS是俄羅斯開發(fā)的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，以前蘇聯(lián)地心坐標系（PE-90）作為坐標系，采用頻分多址技術，衛(wèi)星靠頻率不同來區(qū)分，每組頻率的偽隨機碼相同。其L1自帶上的信號頻率分別是1602.0000+K*0.5625 MHZ（K=1 to 24）。

本例程的測試內(nèi)容是GNS743A所合成產(chǎn)生的GLONASS的信號，如表1所示。

本例程是用HP8596E頻譜儀對GNS743A的部分頻率進行測試，并將結果輸出至“*.ar”文件。

程序將先對相關硬件初始化，然后在使GNS743A輸出不同頻率的信號。HP8596E接收到信號后，由控制平臺對所接受的信號頻率與相應的標稱值進行比較，若在容差范圍內(nèi)，則判斷為正確，否則錯誤。

五、結論

本論文根據(jù)通信導航設備的實際測試工作需求做了深入分析，并以此為出發(fā)點，對自動測試系統(tǒng)的硬件及軟件設計進行了規(guī)劃。

硬件平臺設計方面：總線選用GPIB、PXI作為系統(tǒng)的主要總線，輔以SCXI總線。硬件資源主要采用了安捷倫、R&S公司、惠普、艾法斯等公司所生產(chǎn)的測量儀器，這些測量儀器在工控機的帶動下，可完成對通信導航設備的精確、可靠的測量。

軟件平臺設計方面：以LabWindows/CVI作為開發(fā)工具，實行了模塊化設計，是的軟件平臺的維護、升級變得更加方便。此外，系統(tǒng)也定義了平臺專用的編程指令，簡化了TPS開發(fā)人員的編程工作。

成功實現(xiàn)了對GNS743A輸出GLONASS不同頻率信號的測試。針對不同的通信導航設備，可設計出相應的接口和測試子程序集，隨著未來測試儀器儀表的不斷完善，應可逐漸達到實現(xiàn)本通信導航設備自動測試系統(tǒng)的設計目標。

參 考 文 獻

[1] 楊樂平，李海濤，肖凱. 虛擬儀器技術概論[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2002：7

[2] 曹東，徐向民. 基于 GPIB 總線結構的航空電子設備自動測試系統(tǒng)[J]. 科學技術與工程，2010，（32）：7951-7955

[3] PXI Hardware Specification Rev2121September22，20041http：//pxisa1org/specifications

[4] National Instruments Corporation1The measurement and automation catalog 20071National IustrumentsCorporation12007

[5] 王建新，楊世鳳，隋美麗. LabWindows/CVI測試技術及工程應用[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2006：3