基于LXI總線技術(shù)的通用自動化測試平臺技術(shù)研究

王德細(xì)

摘 要： 本文主要介紹了一種基于LXI總線技術(shù)的通用測試平臺技術(shù)。該測試平臺的硬件及軟件架構(gòu)是基于信號的設(shè)計(jì)思想，可以根據(jù)被測對象的參數(shù)，分解出完成該參數(shù)測試所需要的各類信號，以主控計(jì)算機(jī)為控制中樞發(fā)送控制信息，以LXI總線為紐帶傳輸相關(guān)信息，以智能開關(guān)矩陣為控制轉(zhuǎn)接點(diǎn)切換信號處理通道來滿足測試需要。該測試平臺可以通過掛載或卸載相應(yīng)的測試模塊組構(gòu)成新型的測試系統(tǒng)來滿足不同測試對象的需求，是一種通用的、實(shí)用的、具有一定故障診斷功能的通用化測試平臺。

關(guān)鍵詞： LXI總線；通用；自動化

1引言

隨著電子科技的發(fā)展，航天產(chǎn)品的型號及功能越來越多，系統(tǒng)也越來越復(fù)雜。這些進(jìn)步也給測試設(shè)備研發(fā)人員帶來了新的挑戰(zhàn)，既要滿足多型號的測試需求，又要進(jìn)行智能化診斷。重復(fù)性的研制開發(fā)，使得開發(fā)周期增長，研制經(jīng)費(fèi)增加。因此，開發(fā)基于LXI總線技術(shù)的通用自動化測試平臺是一種必然趨勢。

為了達(dá)到測試平臺通用性的最大化，測試平臺的硬件架構(gòu)和軟件架構(gòu)不應(yīng)再像以往一樣，以具體被測對象的功能為出發(fā)點(diǎn)去開發(fā)硬件和軟件，而是均以面向信號為設(shè)計(jì)理念，即基于對象功能所含參數(shù)的信號特征進(jìn)行設(shè)計(jì)。應(yīng)用LXI總線可以充分利用以太網(wǎng)技術(shù)，通過掛載相應(yīng)的可移置設(shè)備，整合各種優(yōu)勢資源；共享測試數(shù)據(jù)和信息，形成廣域測試網(wǎng)絡(luò)平臺，實(shí)現(xiàn)分布式測試和故障一體化，能夠滿足未來復(fù)雜的多任務(wù)要求，便于后期維護(hù)升級。

2測試平臺框架概述

測試平臺的硬件及軟件架構(gòu)是基于信號的設(shè)計(jì)思想，可以根據(jù)被測對象的參數(shù)，分解出完成該參數(shù)測試所需要的各類信號，然后，用戶通過主控軟件配置所需相關(guān)信號文件，即以主控計(jì)算機(jī)為控制中樞發(fā)送控制信息、以LXI總線為紐帶傳輸相關(guān)配置信息、以智能開關(guān)矩陣為控制轉(zhuǎn)接點(diǎn)來切換信號通道。測試平臺框圖如圖1所示：

在不同型號產(chǎn)品測試過程中，用戶可以掛載相應(yīng)的測試設(shè)備來滿足相應(yīng)型號產(chǎn)品測試需求；在進(jìn)行不同階段測試條件下，用戶可以通過軟件對各階段測試所需要測試的參數(shù)進(jìn)行配置，來滿足測試需求；在測試設(shè)備出現(xiàn)故障情況下，測試軟件會啟動故障診斷系統(tǒng)，通過機(jī)內(nèi)BIT設(shè)備選取最優(yōu)的測試點(diǎn)進(jìn)行測試，把測試的結(jié)果與故障樹進(jìn)行查詢比對，給出測試設(shè)備診斷結(jié)果。

3測試系統(tǒng)硬件

測試平臺硬件主要由主控計(jì)算機(jī)、LXI總線、信息處理模塊、開關(guān)矩陣、信號調(diào)理模塊及BIT（Built-IN Test）測試模塊構(gòu)成。根據(jù)不同測試對象所需要的信號類型，主控計(jì)算機(jī)通過LXI總線發(fā)送控制命令給智能開關(guān)矩陣，開關(guān)矩陣通過開關(guān)切換來實(shí)現(xiàn)不同通道的靈活連接或固定連接，實(shí)現(xiàn)不同信號的調(diào)理；調(diào)理好的信號，經(jīng)過信息處理模塊處理后，通過LXI總線與主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；與此同時(shí)，故障測試模塊會通過最優(yōu)最少測試點(diǎn)來獲取板級信息，通過獲取的信息，判斷信息處理模塊和信號匹配模塊是否正常工作，若兩個(gè)模塊中的板級單元有故障，則啟動故障隔離功能，通過模型來選擇隔離測試點(diǎn)來確定故障位置。

3.1 LXI總線

LXI是由安捷倫公司和VXI科技公司共同合作，于2004年9月14日提出的一種新型儀器接口規(guī)范，全稱為LAN-based Extensions for Instrumentation。它基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，擴(kuò)展了儀器所需的語言、命令、協(xié)議等內(nèi)容，具備開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、廉價(jià)的儀器開發(fā)、良好的互操作性、可升級性和易于與其他新技術(shù)融合的特性。

LXI儀器有3類，即C類、B類和A類，C類的級別最低，是LXI總線的的最基本觸發(fā)機(jī)制——網(wǎng)絡(luò)消息觸發(fā)；B類是基于C類功能之上又增加了IEEE 1558時(shí)鐘同步觸發(fā)功能，這種觸發(fā)機(jī)制下，儀器根據(jù)精確的時(shí)間啟動，而不是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)消息及硬件觸發(fā)，不受網(wǎng)絡(luò)開銷及延遲的影響；A類在B類的基礎(chǔ)上還增加上8路的LVDS高速觸發(fā)總線。通過LXI總線組建分布式測試平臺，與其它總線技術(shù)相比有以下優(yōu)勢：

a）基于IEEE 1588協(xié)議的精確時(shí)鐘觸發(fā)方式

該協(xié)議定義了在測量和控制網(wǎng)絡(luò)中與網(wǎng)絡(luò)交流、本地計(jì)算和分配對象有關(guān)的精確同步時(shí)鐘的協(xié)議?？梢栽跀?shù)據(jù)傳輸和融合的過程中，建立更穩(wěn)定和更安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸沖突，便于實(shí)現(xiàn)通用自動化測試環(huán)境。

b）基于標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)

基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)是LXI總線技術(shù)的一個(gè)非常大的優(yōu)勢，現(xiàn)在的以太網(wǎng)技術(shù)非常成熟，其錯(cuò)誤檢測、故障定位、長距離互連、高通信數(shù)據(jù)率等相關(guān)技術(shù)都非常成熟。

c）可以組建分布式測試系統(tǒng)

可以根據(jù)測試對象的不同需求，靈活的組建相應(yīng)測試系統(tǒng)；而且不限于對一個(gè)現(xiàn)場進(jìn)行測試，即組網(wǎng)測試，這樣，可以節(jié)約測試資源，提高測試效率，降低檢測成本。

3.2 智能開關(guān)矩陣

開關(guān)矩陣是由多路輸入與多路輸出之間構(gòu)成的一種多交叉點(diǎn)的開關(guān)，通過主控機(jī)軟件進(jìn)行配置，就可以驅(qū)動開關(guān)工作，實(shí)現(xiàn)多路輸入與輸出之間的匹配，完成通道間的自動切換。

在測試過程中，往往需要不斷改變激勵(lì)信號的類型和激勵(lì)點(diǎn)位置，還可能需要在多個(gè)被測單元輸出點(diǎn)提取響應(yīng)信號，而借助于硬件平臺中開關(guān)矩陣的不同組態(tài)，通過軟件對硬件資源進(jìn)行靈活配置和交聯(lián)，實(shí)現(xiàn)各通道的模擬信號、功率信號、射頻信號、數(shù)字信號、開關(guān)信號等信號通道的切換，利用有限的測試資源，就可以滿足被測對象所需信號完整性要求。

3.3 信號調(diào)理模塊

從傳統(tǒng)上來設(shè)計(jì)信號調(diào)理模塊只能針對特定對象的特定調(diào)理需求來設(shè)計(jì)，具有一定的局限性，不能滿足未來測試平臺通用性的發(fā)展方向。為了能適應(yīng)不同型號導(dǎo)彈及不同階段導(dǎo)彈測試的要求，測試平臺不能只是滿足某一單一型號需求，必須在不大的改動下，實(shí)現(xiàn)能夠通過適當(dāng)?shù)脑黾踊蛳鄳?yīng)測試資源就能滿足測試需求，因此，不能再像以往一樣以測試對象的物理需求出發(fā)，而是以面向信號的設(shè)計(jì)思想，通過開關(guān)切換需要調(diào)理的信號。如圖3所示，常用信號調(diào)理模塊主要有增益模塊、衰減模塊、濾波模塊、隔離模塊等，根據(jù)所作用的信號及參數(shù)范圍，設(shè)計(jì)參數(shù)范圍可調(diào)的常用信號調(diào)理板卡集成在信號調(diào)理模塊中，板卡接口盡最大程度上滿足通用化、標(biāo)準(zhǔn)化原則，便于板卡更換和板卡升級。并且信號通道與開關(guān)矩陣相交連，用戶可以根據(jù)被測對象所需信號，通過主控軟件控制開關(guān)矩陣切換到相應(yīng)的信號通道，滿足被測對象的測試需求。

3.4信息處理模塊

信息處理模塊在測試平臺中完成的主要功能是數(shù)字量、模擬量的采集，被測對象的信號控制及輸出，控制檢查與被測對象通信、激勵(lì)等。如圖4所示，信息處理模塊主要由通信模塊D/A輸出模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、I/O控制輸入輸出模塊及儀表資源接口模塊構(gòu)成。信息處理模塊是與主控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的核心，它與主控機(jī)通過LXI總線進(jìn)行通信，接收主控機(jī)傳來的控制命令，按照相應(yīng)指令協(xié)議進(jìn)行解析，將控制命令轉(zhuǎn)化為控制時(shí)序，按照控制時(shí)序去完成數(shù)據(jù)采集、施加激勵(lì)、通信傳輸機(jī)輸入輸出控制及檢查等。并且通過總線將測試平臺的各組合模塊運(yùn)行的狀態(tài)信息反饋給主控機(jī)，主控機(jī)通過判斷相關(guān)狀態(tài)信息，確定各組合模塊的運(yùn)行狀態(tài)及命令執(zhí)行情況，保證主控機(jī)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測各組合模塊。

3.5機(jī)內(nèi)故障診斷測試模塊

根據(jù)硬件模塊組合的功能，把板卡作為故障診斷的最小單元，按照原理信號的流向，選擇合適的能夠代表板卡級的故障檢測信號，可以列出相關(guān)一階相關(guān)性方程，通過方程可以得到故障模型矩陣。然后，通過對D型矩陣可以確定出優(yōu)先測試點(diǎn)和隔離測試點(diǎn)，從而確定故障診斷樹。

增加BIT測試模塊可以時(shí)時(shí)有效的確定測試設(shè)備實(shí)際運(yùn)行工作狀態(tài)，可以快速有效的故障隔離及維修。根據(jù)測試平臺的具體實(shí)際情況，可以適當(dāng)?shù)拇_定BIT（Built-in Test）的實(shí)現(xiàn)規(guī)模，組建BIT測試設(shè)備來識別測試平臺的硬件模塊的關(guān)鍵的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，可以通過軟件選定相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行周期性的監(jiān)測，并隨時(shí)報(bào)告給操作者測試設(shè)備工作狀態(tài)。

4通用測試軟件

4.1 面向信號的軟件設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的測試軟件時(shí)從被測對象的物理需求出發(fā)，然而，被測對象的測試參數(shù)是紛繁復(fù)雜的，一個(gè)測試系統(tǒng)的測試軟件很難適應(yīng)不同的被測對象，具有單一性。往往被測對象發(fā)生變化就需要更改測試軟件，甚至需要重新開發(fā)測試軟件?；谛盘柕臏y試軟件設(shè)計(jì)思想，以被測參數(shù)的所需信號出發(fā)，根據(jù)信號來處理與對象之間的關(guān)系。這樣，不管被測對象是否發(fā)生變化，測試軟件都可以根據(jù)所需要的信號和測試設(shè)備之間建立對應(yīng)關(guān)系。因此，我們把測量信號的所需要的儀器資源和具體的測試函數(shù)封裝在配置文件中，就可以根據(jù)不同對象的參數(shù)特征來調(diào)用相應(yīng)的配置文件來滿足測試需求。

4.2 軟件流程自組織

根據(jù)導(dǎo)彈的各種不同技術(shù)狀態(tài)及不同環(huán)境下不同的測試方法，采用軟件測試流程自組織技術(shù)，將不同型號產(chǎn)品、不同的測試方法、不同的測試設(shè)備等多種情況，選用不同的測試流程定義在配置文件中，根據(jù)測試對象的不同，用戶可以重新進(jìn)行信號參數(shù)等配置，來配合硬件設(shè)備資源完成測試任務(wù)。

5 結(jié)論

本文就基于LXI總線技術(shù)的通用自動化測試平臺的硬件及軟件架構(gòu)總體上進(jìn)行了論述。開發(fā)基于LXI總線的導(dǎo)通用自動化測試平臺，可以根據(jù)被測對象的不同需求，掛載相應(yīng)的測試設(shè)備，組建成分布測試系統(tǒng)，即可以適應(yīng)不同型號產(chǎn)品及同型號產(chǎn)品不同階段的測試需求，縮短測試設(shè)備研發(fā)周期、提高設(shè)備利用率、降低生產(chǎn)成本。