指控裝備車(chē)載交換機(jī)檢測(cè)儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄒明虎，姚 鵬，趙 寧

（解放軍65183 部隊(duì)，遼寧 遼陽(yáng) 111200）

0 引言

指控裝備作為信息化指揮平臺(tái)，已在新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)的轉(zhuǎn)變中，發(fā)展成為計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信、北斗導(dǎo)航等多項(xiàng)技術(shù)的融合體，其系統(tǒng)之復(fù)雜，設(shè)備之繁多，結(jié)構(gòu)之緊湊，使得檢測(cè)維修難度也持續(xù)加大［1-3］。交換機(jī)作為系統(tǒng)中的核心設(shè)備，已經(jīng)突破了傳統(tǒng)意義上的語(yǔ)音交換，還兼有數(shù)據(jù)交換和IP 交換功能，是系統(tǒng)中的信息樞紐，交換機(jī)一旦發(fā)生故障，將嚴(yán)重影響系統(tǒng)正常工作，這就使得對(duì)交換機(jī)的快速檢測(cè)和故障診斷變得尤為重要。本文針對(duì)某型指控裝備車(chē)載交換機(jī)檢測(cè)難的問(wèn)題，研制了交換機(jī)檢測(cè)儀，有效解決了交換機(jī)的整機(jī)性能檢測(cè)和故障診斷問(wèn)題，取得了較好的實(shí)際效果。

1 檢測(cè)儀組成

檢測(cè)儀由硬件和軟件兩部分組成。

1.1 檢測(cè)儀硬件組成

檢測(cè)儀硬件主要由檢測(cè)計(jì)算機(jī)和檢測(cè)適配器兩部分組成，如圖1 所示。檢測(cè)適配器分為整機(jī)性能測(cè)試單元、電路板故障診斷單元和電源單元3 部分。整機(jī)性能測(cè)試單元用于檢測(cè)交換機(jī)各端口的技術(shù)性能，完成整機(jī)性能測(cè)試；電路板故障診斷單元用于給交換機(jī)的9 種14 塊電路板提供故障診斷平臺(tái)，對(duì)電路板進(jìn)行故障診斷［4］；電源單元為整機(jī)性能測(cè)試單元和電路板故障診斷單元提供所需各種交直流電源。

整機(jī)性能測(cè)試單元又由嵌入式計(jì)算機(jī)電路、以太網(wǎng)交換電路、FPGA 電路、模擬接口電路、數(shù)字接口電路和二線分戶電路組成。嵌入式計(jì)算機(jī)電路選用ARM9 嵌入式計(jì)算機(jī)板，板內(nèi)配有S3C2410AL-20 嵌入式計(jì)算機(jī)芯片。以太網(wǎng)交換電路選用的是RTL8305SC 芯片，最多支持16 組VLAN。FPGA 電路選用的是XC3S1000-FTG256E 嵌入式FPFA 芯片。

電路板故障診斷單元由最小配置母板以及最小配置交換機(jī)電路板組成，最小配置交換機(jī)電路板包括模擬用戶通道板、數(shù)字用戶通道板、復(fù)分接板、IP 交換板、遠(yuǎn)傳群路中繼板、群路中繼板、分組交換板、交換網(wǎng)絡(luò)板和中央處理器板共9 塊電路板。工作時(shí)，9 塊電路板按各自位置分插于母板。

圖1 指控裝備車(chē)載交換機(jī)檢測(cè)儀硬件圖

1.2 檢測(cè)儀軟件組成

檢測(cè)儀軟件由檢測(cè)計(jì)算機(jī)端軟件和適配器嵌入式計(jì)算機(jī)端軟件兩部分組成，如圖2 所示。檢測(cè)計(jì)算機(jī)端軟件采用C 語(yǔ)言，在LabWindowsCVI 軟件環(huán)境編制，包括人機(jī)交互界面程序、整機(jī)性能檢測(cè)程序和故障診斷程序；嵌入式計(jì)算機(jī)端采用Vxworks 嵌入式系統(tǒng)，軟件采用C 語(yǔ)言，在Tornado 軟件環(huán)境編制，包括控制口檢測(cè)程序、以太口檢測(cè)程序、群路口檢測(cè)程序、遠(yuǎn)傳群路口檢測(cè)程序、模擬口檢測(cè)程序和數(shù)字口檢測(cè)程序6 個(gè)程序塊。

圖2 檢測(cè)儀軟件構(gòu)成

2 檢測(cè)儀工作原理

2.1 軟件工作流程

檢測(cè)儀對(duì)交換機(jī)進(jìn)行整機(jī)性能測(cè)試和故障診斷是通過(guò)運(yùn)行檢測(cè)軟件實(shí)現(xiàn)，流程如圖3 所示。

圖3 軟件工作流程

檢測(cè)計(jì)算機(jī)啟動(dòng)檢測(cè)軟件后，首先調(diào)用人機(jī)界面程序，通過(guò)人機(jī)界面選擇測(cè)試功能。若選擇整機(jī)性能測(cè)試，則進(jìn)入整機(jī)性能測(cè)試界面，在界面上選擇欲測(cè)試端口和端口參數(shù)，然后執(zhí)行檢測(cè)計(jì)算機(jī)端檢測(cè)程序，按照ICMP、SNMP 等通信協(xié)議，控制嵌入式計(jì)算機(jī)端口檢測(cè)程序，對(duì)端口進(jìn)行參數(shù)配置和自動(dòng)檢測(cè)，并把檢測(cè)結(jié)果返回到檢測(cè)計(jì)算機(jī)端。若選擇故障診斷，可進(jìn)入故障診斷界面，在界面上選擇故障現(xiàn)象，便進(jìn)入故障診斷程序，按照依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)設(shè)置的診斷流程，將測(cè)得的數(shù)據(jù)和波形與顯示的信息數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和波形進(jìn)行比較，實(shí)施故障診斷，最終確定故障部位。

2.2 硬件工作原理

2.2.1 交換機(jī)整機(jī)性能檢測(cè)

交換機(jī)整機(jī)性能檢測(cè)包括對(duì)交換機(jī)9 個(gè)端口的檢測(cè)，這些端口均位于交換機(jī)前面板，它們是1個(gè)控制口，3 個(gè)以太口，1 個(gè)二線口，2 個(gè)群路口以及2 個(gè)遠(yuǎn)傳群路口，其中二線口包括20 路模擬用戶和8 路數(shù)字用戶。下面以控制口、以太口和模擬用戶為例，介紹其檢測(cè)過(guò)程。

1）控制口和以太口檢測(cè)。測(cè)試交換機(jī)控制口和3 個(gè)以太網(wǎng)口的原理，如圖4 所示。在檢測(cè)計(jì)算機(jī)端啟動(dòng)檢測(cè)軟件，選擇整機(jī)性能測(cè)試項(xiàng)，在整機(jī)性能測(cè)試頁(yè)面選擇控制口和以太網(wǎng)口1 進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)計(jì)算機(jī)首先通過(guò)以太網(wǎng)口和適配器內(nèi)的以太網(wǎng)交換電路控制嵌入式計(jì)算機(jī)的CPU，使CPU 通過(guò)適配器的RS-232 控制口向交換機(jī)控制口發(fā)送測(cè)試命令，交換機(jī)接收到測(cè)試命令后經(jīng)內(nèi)部計(jì)算機(jī)的處理，又通過(guò)控制口返回響應(yīng)數(shù)據(jù)，嵌入式計(jì)算機(jī)CPU 接收到此數(shù)據(jù)，并檢測(cè)其正確性，再將檢測(cè)結(jié)果通過(guò)以太網(wǎng)交換電路和以太網(wǎng)口送入檢測(cè)計(jì)算機(jī)顯示檢測(cè)結(jié)果。在交換機(jī)控制口正常狀態(tài)下，以測(cè)試交換機(jī)以太網(wǎng)口1 為例，檢測(cè)終端通過(guò)以太網(wǎng)口、以太網(wǎng)交換電路控制嵌入式計(jì)算機(jī)的CPU，通過(guò)RS-232 控制口和交換機(jī)控制口發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)，以設(shè)置以太網(wǎng)口1 的IP 地址，使以太網(wǎng)口1 可以和檢測(cè)終端通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行通信，檢測(cè)終端通過(guò)以太網(wǎng)口向被設(shè)置IP 地址的以太網(wǎng)口1 進(jìn)行Ping 包測(cè)試［5-8］，并在檢測(cè)計(jì)算機(jī)上顯示測(cè)試結(jié)果。以太網(wǎng)口2 和以太網(wǎng)口3 同理。

圖4 交換機(jī)控制口與以太網(wǎng)口測(cè)試原理圖

2）模擬用戶口檢測(cè)。以檢測(cè)模擬用戶1 和模擬用戶2 為例，將適配器模擬接口電路第1 路轉(zhuǎn)接于模擬用戶1 插孔，第2 路轉(zhuǎn)接于模擬用戶2 插孔，檢測(cè)原理如圖5 所示。首先，通過(guò)檢測(cè)計(jì)算機(jī)以太網(wǎng)口和被測(cè)交換機(jī)控制口，自動(dòng)地設(shè)置檢測(cè)計(jì)算機(jī)、適配器以及被測(cè)交換機(jī)以太網(wǎng)口的IP 地址和網(wǎng)關(guān)，然后，檢測(cè)計(jì)算機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)口、適配器以太網(wǎng)交換電路和交換機(jī)以太網(wǎng)口1 向交換機(jī)主控發(fā)送編程碼，以設(shè)置交換機(jī)模擬用戶1 和模擬用戶2均為自動(dòng)撥號(hào)模式，并接收判斷交換機(jī)主控的響應(yīng)信息以確定是否設(shè)置成功，若未設(shè)置成功，給出相應(yīng)提示信息，若設(shè)置成功則進(jìn)行下一步電話號(hào)碼注冊(cè)。

圖5 交換機(jī)模擬用戶二線口測(cè)試原理圖

適配器中的FPGA 電路和模擬接口電路在嵌入式計(jì)算機(jī)CPU 的控制下，模擬兩路電話機(jī)的功能。先通過(guò)交換機(jī)注冊(cè)兩路模擬用戶電話號(hào)碼，其過(guò)程是，分別模擬兩路電話用戶摘機(jī)，檢測(cè)交換機(jī)是否通過(guò)二線口、適配器模擬用戶1 或2、模擬接口電路和FPGA 電路正常送出頻率為500 Hz 撥號(hào)音，若撥號(hào)音未正常送出，給出相應(yīng)提示信息，若正常送出，嵌入式計(jì)算機(jī)CPU 則控制FPGA 電路和模擬接口電路發(fā)送雙音多頻信號(hào)向交換機(jī)撥號(hào)，撥打號(hào)碼為規(guī)定數(shù)據(jù)+注冊(cè)電話號(hào)碼，以分別注冊(cè)用戶1 和用戶2 各自電話號(hào)碼，并同時(shí)檢測(cè)交換機(jī)是否送出頻率為1 000 Hz 的證實(shí)音信號(hào)，然后掛機(jī)。若沒(méi)送出給出相應(yīng)提示信息，若正常送出，則進(jìn)行下一步呼叫測(cè)試。

先用戶1 做主叫，用戶2 做被叫進(jìn)行一次測(cè)試，然后用戶2 做主叫，用戶1 做被叫再進(jìn)行一次測(cè)試。以前者為例，F(xiàn)PGA 電路和模擬接口電路在嵌入式計(jì)算機(jī)CPU 的控制下，模擬用戶1 摘機(jī)，并檢測(cè)交換機(jī)是否經(jīng)二線口、適配器模擬用戶1、模擬接口電路第1 路和FPGA 電路正常送出頻率為500 Hz撥號(hào)音，若撥號(hào)音未正常送出，給出相應(yīng)提示信息，若正常送出，嵌入式計(jì)算機(jī)CPU 則控制FPGA 電路和模擬接口電路第1 路發(fā)送雙音多頻信號(hào)向交換機(jī)撥號(hào)，撥打號(hào)碼為模擬用戶2 注冊(cè)電話號(hào)碼，向用戶2 撥號(hào)，然后檢測(cè)交換機(jī)經(jīng)二線口、適配器模擬用戶1、模擬接口電路第1 路送出的回鈴音，若回鈴音檢測(cè)不正常，給出相應(yīng)提示信息，若回鈴音檢測(cè)正常，表示撥號(hào)成功，再檢測(cè)交換機(jī)經(jīng)二線口、適配器模擬用戶2、模擬接口電路第2 路送出的鈴流信號(hào)，若鈴流信號(hào)檢測(cè)不正常，給出相應(yīng)提示信息，若鈴流信號(hào)檢測(cè)正常，表示呼叫成功。嵌入式計(jì)算機(jī)CPU 控制FPGA 電路和模擬接口電路第2 路模擬被叫用戶2 摘機(jī)并產(chǎn)生模擬話音信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)適配器和交換機(jī)二線口送入交換機(jī)，又由交換機(jī)經(jīng)二線口送入主叫端模擬接口電路第1 路，在主叫端檢測(cè)模擬話音信號(hào)，若話音信號(hào)檢測(cè)不正常，給出相應(yīng)提示信息，若話音信號(hào)檢測(cè)正常，表示被叫向主叫通話成功。同理，再模擬主叫用戶1 端產(chǎn)生模擬話音信號(hào)，在被叫用戶端檢測(cè)模擬話音信號(hào)，若話音信號(hào)檢測(cè)不正常，給出相應(yīng)提示信息，若話音信號(hào)檢測(cè)正常，表示主叫向被叫通話成功。被叫端用戶2 掛機(jī)，在主叫端用戶1 處檢測(cè)忙音，若忙音檢測(cè)不正常，給出相應(yīng)提示信息，若忙音檢測(cè)正常，主叫端用戶1 掛機(jī)，通過(guò)嵌入式計(jì)算機(jī)CPU 向檢測(cè)計(jì)算機(jī)返回檢測(cè)結(jié)果。用戶2 做主叫，用戶1 做被叫的測(cè)試原理與此相仿，在此不再贅述。并可用同樣的方法檢測(cè)其他模擬用戶。

2.2.2 交換機(jī)故障診斷

將故障交換機(jī)分解，取出其內(nèi)部電路板，按適配器的交換機(jī)最小配置，將電路板分插于最小配置單元相應(yīng)位置，再取下交換機(jī)前面板單元，將背部排線接口和電源接口通過(guò)排線和電纜，分別接于最小配置單元的排線接口和電源接口，這樣，適配器的交換機(jī)最小配置單元和交換機(jī)面板單元組成了一個(gè)最小配置的交換機(jī)。對(duì)這個(gè)最小配置交換機(jī)的整機(jī)性能檢測(cè)與交換機(jī)相同，以檢測(cè)控制口、以太口和模擬用戶口為例，原理如圖6 所示。

圖6 交換機(jī)故障診斷原理圖

若對(duì)交換機(jī)進(jìn)行故障診斷，以診斷模擬用戶通道板為例，可將其通過(guò)轉(zhuǎn)接板轉(zhuǎn)接于適配器外部，以適配器為檢測(cè)診斷平臺(tái)，正常地開(kāi)啟適配器和最小配置交換機(jī)，在檢測(cè)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行故障診斷軟件，對(duì)其進(jìn)行故障診斷。故障診斷軟件對(duì)一些典型故障依據(jù)電路原理和專家經(jīng)驗(yàn)建立了故障診斷流程，診斷流程的建立是通過(guò)檢測(cè)電路中一些關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)來(lái)確定故障部位。關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)或標(biāo)準(zhǔn)波形圖，存于軟件中建立的故障定位信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，為確定診斷流程走向和定位故障部位提供依據(jù)。以“模擬用戶第1 路無(wú)撥號(hào)音”這一故障現(xiàn)象為例，其診斷流程如下頁(yè)圖7 所示，存于故障定位信息數(shù)據(jù)庫(kù)中關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)或標(biāo)準(zhǔn)波形見(jiàn)下頁(yè)表1。這樣在檢測(cè)終端啟動(dòng)故障診斷軟件，選擇故障現(xiàn)象，在故障診斷軟件的引導(dǎo)下，即可完成模擬用戶通道板的故障診斷與定位。

通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，對(duì)交換機(jī)整機(jī)性能的檢測(cè)時(shí)間不大于10 min，對(duì)典型故障的診斷與定位時(shí)間不大于35 min。

3 關(guān)鍵技術(shù)及解決難題

1）該檢測(cè)儀采用檢測(cè)終端加適配器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)交換機(jī)的整機(jī)性能檢測(cè)和故障診斷，解決了交換機(jī)不能離線檢測(cè)的難題，增加了維修方法，提高了修理效率。

2）使用C 語(yǔ)言，基于LabWindows/CVI 和Tornado 環(huán)境以及ICMP、UDP 等通信協(xié)議，采用ping 包和函數(shù)調(diào)用等方法開(kāi)發(fā)的整機(jī)性能檢測(cè)軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)交換機(jī)共9 個(gè)端口的整機(jī)通信性能檢測(cè)，檢測(cè)速度快，自動(dòng)化程度高。

3）依據(jù)電路原理和專家維修經(jīng)驗(yàn)確定了典型故障的診斷流程，建立了故障定位信息數(shù)據(jù)庫(kù)，并在此基礎(chǔ)上，使用C 語(yǔ)言，基于LabWindows/CVI 環(huán)境，開(kāi)發(fā)了圖形化的故障診斷軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)交換機(jī)以及內(nèi)部電路板的故障診斷，可將故障定位到功能電路級(jí)或元件級(jí)，診斷效率高，故障定位準(zhǔn)確。

圖7 模擬用戶通道板故障診斷流程

表1 關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù)及波形

4 結(jié)論

綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)設(shè)計(jì)的指控裝備車(chē)載交換機(jī)檢測(cè)儀，有效解決了車(chē)載交換機(jī)檢測(cè)難的問(wèn)題，克服了用傳統(tǒng)儀器設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)帶來(lái)的使用設(shè)備多、連接麻煩，操作步驟繁瑣，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。應(yīng)用結(jié)果表明，該檢測(cè)儀具有連接使用方便、檢測(cè)速度快、故障診斷效率高的優(yōu)點(diǎn)，極大地提高了指控裝備的修理質(zhì)量和修理效率，可為探索其他指控設(shè)備的檢測(cè)方法提供借鑒和參考。