航電機(jī)載計(jì)算機(jī)測試設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李文衡，高怡寒，劉濤瑜

（中國航空工業(yè)集團(tuán)公司 西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安 710068）

0 引 言

民用航空電子設(shè)備復(fù)雜度高，集成難度大，通常需要通過測設(shè)設(shè)備來給被測產(chǎn)品施加激勵，檢測反饋的信號是否符合既定的功能測試目標(biāo)，這對機(jī)載產(chǎn)品測試設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā)提出了較高的要求。目前已有一些新的技術(shù)應(yīng)用在航空電子測試設(shè)備上，如可測性設(shè)計(jì)與故障診斷技術(shù)和PHM故障診斷技術(shù)等[1-3]。

中國航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所的張克利針對艦載飛機(jī)提出了采用基于OSA-CBM標(biāo)準(zhǔn)的開放式體系架構(gòu)的綜合測試設(shè)備方法，有效實(shí)現(xiàn)對艦載飛機(jī)各要素的綜合測試[4]。空軍工程大學(xué)的肖明清教授利用PHM故障診斷技術(shù)對軍用飛機(jī)測試設(shè)備的可靠性與易用性進(jìn)行了分析，提出了對測試設(shè)備本身故障定位與維修進(jìn)行改善的一些方法[5]。北京航空航天大學(xué)的郭金海提出了一種基于NAMP測試環(huán)境的機(jī)載計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)，取得了良好的測試效果[6]。中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所的任遠(yuǎn)和海軍航空工程學(xué)院的盧建華分別基于ATE技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)對綜合測試設(shè)備進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析，結(jié)果表明改良的綜合測試設(shè)備穩(wěn)定可靠，便于地勤人員使用，解決了裝備技術(shù)保障難題[7,8]。中航西飛的陳誠提出了一種基于合成儀器的航空無線電測試設(shè)備，其認(rèn)為合成儀器將逐漸向著可定制與軟件功能通用性更強(qiáng)的方向發(fā)展[9]。

隨著航空電子技術(shù)的發(fā)展，機(jī)載計(jì)算機(jī)產(chǎn)品已大多采用基于總線技術(shù)的自動測試系統(tǒng)。目前主流的測試平臺為PXI平臺。PXI是美國NI公司1997年發(fā)布的一種新的總線規(guī)范，具有高度的開放性，可以進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)和二次開發(fā)利用。近幾年，PXI系列產(chǎn)品得到了廣泛應(yīng)用，也在機(jī)載測試設(shè)備領(lǐng)域得到了認(rèn)可。本文設(shè)計(jì)了一種基于PXI總線的機(jī)載計(jì)算機(jī)測試設(shè)備，該設(shè)備能夠?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行有效的軟件功能自動檢測。綜合測試設(shè)備可以支持兩臺機(jī)載計(jì)算機(jī)產(chǎn)品同時進(jìn)行檢測[10-12]。

1 測試設(shè)備硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

硬件通用測試平臺主要為被測器件提供工作所需的各種激勵信號、中間通道的各種控制信號、供電電源以及被測件需要的各種負(fù)載，并對被測產(chǎn)品輸出的各種信號進(jìn)行測試。監(jiān)控和記錄整個測試過程，并通過自檢功能保證測試設(shè)備自身運(yùn)轉(zhuǎn)良好，保證系統(tǒng)安全正常工作?？刂瀑Y源包括離散量信號（28 V地開，音頻）、ARINC 429、RS232、ARINC 717信號以及AFDX等。硬件組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成

環(huán)境測試設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)由電源控制箱、115 V/400 Hz單項(xiàng)交流電源、KVM、主控計(jì)算機(jī)1、主控計(jì)算機(jī)2、AFDX交換機(jī)、串口服務(wù)器以及接口適配裝置等組成，測試板卡在工控機(jī)內(nèi)部安裝，通過實(shí)驗(yàn)電纜連接到被測產(chǎn)品上。被測產(chǎn)品的所有接口通過電纜的連接器引出，再通過航空連接器連接到插箱接口適配裝置的面板相應(yīng)連接器上，成為接口適配器的輸入。接口適配裝置將引入的所有信號通過RJ45、DB9、DB15、開關(guān)、音頻接口以及電源接口等轉(zhuǎn)換輸出給用戶或檢測設(shè)備使用。

其中，主控計(jì)算機(jī)1中安裝離散量卡、ARINC 429卡、千兆以太網(wǎng)卡、AFDX卡以及串口卡，是網(wǎng)口及AFDX程序運(yùn)行的載體，主要用于產(chǎn)品1的調(diào)試。主控計(jì)算機(jī)2中也安裝了離散量卡、ARINC 429卡、千兆以太網(wǎng)卡、AFDX卡以及串口卡，為網(wǎng)口及AFDX程序的運(yùn)行提供載體，主要用于產(chǎn)品2的調(diào)試。115 V電源為兩套被測產(chǎn)品提供115 V/400 Hz的單項(xiàng)交流供電。該電源選用1U單項(xiàng)交流3KVA標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架電源，具有高功率密度和寬動態(tài)輸入電壓特點(diǎn)。可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程上電功能，控制端口為1路RS485、1路LAN口以及1路CAN口。電源控制箱將輸入的市電進(jìn)行二次配電，并提供給KVM、工控機(jī)1、工控機(jī)2、AFDX交換機(jī)、串口服務(wù)器以及115 V電源等設(shè)備。KVM作為人機(jī)操作設(shè)備，與檢測設(shè)備進(jìn)行人機(jī)交互。KVM為4路輸入，一路連接工控機(jī)，另一路連接以太網(wǎng)服務(wù)器，可以通過切換鍵盤快捷鍵對兩個設(shè)備進(jìn)行操作。串口服務(wù)器負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)和115 V電源之間的RS485通信，可以通過程控風(fēng)機(jī)上下電及電源輸出。AFDX交換機(jī)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與被測件之間的AFDX通信管理。風(fēng)機(jī)用于試驗(yàn)過程中被測產(chǎn)品的散熱，可以通過主控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)程序控制上下電。通過電纜將被測產(chǎn)品與測試設(shè)備上的接口適配裝置連接，接收檢測設(shè)備的激勵，發(fā)送狀態(tài)信息。接口適配裝置不僅具備了接口轉(zhuǎn)接的功能，還集成了信號調(diào)理的功能，可以將PXI板卡的通用接口轉(zhuǎn)換為電纜使用的專用接口，通過開關(guān)實(shí)現(xiàn)離散量的通斷和主控計(jì)算機(jī)的上下電。

測試設(shè)備采用兩套接口轉(zhuǎn)適配裝置來實(shí)現(xiàn)兩臺被測產(chǎn)品的信號轉(zhuǎn)接功能。接口適配裝置前面板通用接口板包括1個FE/GE/AFDX通用網(wǎng)口板、1個ARINC 429 通信接口板、1個RS232串口通信板、1個航空連接器接口板以及1個混合信號接口板。面板布局主要安裝航插連接器接口板、接線柱、220 V插座、以太網(wǎng) RJ45座、VGA接頭、USB接口、離散量開關(guān)、I2C接口、ARINC 429接口、RS232接口以及電源開關(guān)等，X1～X4分別與被測產(chǎn)品連接。接口適配裝置前面板示意圖如圖2所示。

圖2 接口適配裝置前面板示意圖

2 軟件設(shè)計(jì)

軟件分為外圍仿真軟件和測試腳本兩部分。使用模塊化設(shè)計(jì)方法，根據(jù)產(chǎn)品測試需求，將測試軟件劃分為啟動、用戶管理、測試腳本、支持模塊、信號校準(zhǔn)以及輔助功能6大模塊。再根據(jù)軟件功能將每個模塊劃分為若干個子模塊，便于使用和維護(hù)。整個軟件測試流程如圖3所示。

圖3 軟件測試流程

2.1 外圍仿真軟件

外圍仿真軟件模擬了軟件的外部接口，可以通過測試設(shè)備為測試軟件提供仿真激勵信息，實(shí)現(xiàn)模擬仿真功能。外圍仿真軟件主要實(shí)現(xiàn)信號激勵、信號采集以及根據(jù)測試過程對激勵信號和反饋信號進(jìn)行判斷和記錄分析的功能。

2.2 測試腳本

測試腳本是針對測試產(chǎn)品的測試功能需求，通過完整的程序控制不同功能測試腳本進(jìn)行自動化測試工作。啟動程序后，設(shè)備檢測軟件自動完成系統(tǒng)初始化操作，完成系統(tǒng)初始化操作后軟件自動加載資源配置數(shù)據(jù)庫文件，完成配置及初始化，然后自動執(zhí)行自檢程序完成對硬件板卡和電源的自檢，并根據(jù)自檢的結(jié)果執(zhí)行下一步操作。若自檢未通過，顯示錯誤信息提示并詢問用戶退出程序或繼續(xù)執(zhí)行下一步，若選擇退出程序則直接退出，若執(zhí)行下一步則開啟定時器啟動對電源的實(shí)時監(jiān)測。若自檢通過則直接開啟定時器啟動對電源的實(shí)時監(jiān)測，然后由用戶選擇是否需要修改腳本，若需要修改腳本則點(diǎn)擊進(jìn)入腳本編輯界面，用戶完成腳本編輯保存后則從加載資源配置數(shù)據(jù)庫開始重復(fù)執(zhí)行之前的操作。確認(rèn)腳本編輯后，用戶可選擇需要執(zhí)行的測試，應(yīng)用硬件平臺測試或軟件測試，然后選擇測試用例文件或編輯新的測試用例文件，選擇測試功能后進(jìn)入相應(yīng)的測試界面執(zhí)行相關(guān)的功能測試，測試完成后退出程序。

3 結(jié) 論

機(jī)載測試設(shè)備通過PXI、虛擬儀器、故障診斷以及程控自檢自動化測試等為機(jī)載產(chǎn)品提供了科學(xué)的測試方案，也構(gòu)建了被測設(shè)備的仿真模型。測試設(shè)備以工控機(jī)為主體，內(nèi)部搭配多種板卡和硬件仿真設(shè)備，通過外圍仿真軟件和測試腳本實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的自動測試，功能性強(qiáng)，軟件可擴(kuò)展性優(yōu)良，具有一定的參考價(jià)值。