基于ATEC6 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)儀器資源的改進(jìn)研究

■ 段曉萌 劉登輝/北京飛機(jī)維修工程有限公司

1 ATEC6 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)概述

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是一種極少或者不需要人員參與，由計(jì)算機(jī)控制，能夠自動(dòng)完成激勵(lì)、測(cè)量、數(shù)據(jù)處理并輸出結(jié)果的系統(tǒng)，在國(guó)防、科研以及生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛使用。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)通常包含測(cè)試計(jì)算機(jī)、測(cè)試軟件、信號(hào)源、測(cè)量?jī)x器、測(cè)試單元適配器（Test Unit Adapter，TUA）等。

ATEC Series 6（ATEC6）是一套用于民航機(jī)載附件排故的可編程自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，由測(cè)試控制計(jì)算機(jī)（Test Control Computer，TCC）、儀器資源、軟件系統(tǒng)三部分組成，其架構(gòu)如圖1 所示。其中，TCC 通過(guò)管理運(yùn)行軟件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)并調(diào)用儀器資源，實(shí)現(xiàn)機(jī)載附件的功能測(cè)試。TCC 與儀器資源在硬件上主要通 過(guò)GPIB（General-Purpose Interface Bus）、Ethernet 以及VXI 總線(xiàn)連接，在軟件上通過(guò)SMART（Standard Modular Avionics Repair and Test）系統(tǒng)定義接口以及配置儀器資源。在設(shè)計(jì)應(yīng)用之初，為保障ATEC6 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的長(zhǎng)周期服務(wù)支持，在SMART 開(kāi)發(fā)軟件中將ATE（Automatic Test Equipment）實(shí)體類(lèi)、TUA 實(shí)體類(lèi)以及TPS（Test Program Set）實(shí)體類(lèi)分別進(jìn)行了模塊化編寫(xiě)，每個(gè)實(shí)體類(lèi)都包含內(nèi)屬資源的程序集與處理器。為滿(mǎn)足不同用戶(hù)的測(cè)試需求，ATE 實(shí)體類(lèi)中囊括了基于不同總線(xiàn)的儀器設(shè)備運(yùn)行程序，并對(duì)不同的設(shè)備類(lèi)型進(jìn)行了相應(yīng)配置。在進(jìn)行軟件系統(tǒng)安裝時(shí)，上述開(kāi)發(fā)程序會(huì)進(jìn)行統(tǒng)一裝載，之后依據(jù)當(dāng)前測(cè)試系統(tǒng)裝配的儀器實(shí)體資源安裝對(duì)應(yīng)的CFG 配置文件，以便在運(yùn)行TPS 時(shí)測(cè)試系統(tǒng)能夠正確識(shí)別并調(diào)用相關(guān)儀器資源。因此，用戶(hù)在使用過(guò)程中可根據(jù)實(shí)際測(cè)試需求，在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的資源手冊(cè)中選配對(duì)應(yīng)的儀器資源，在物理上完成接口及線(xiàn)纜的連接；軟件上僅需安裝對(duì)應(yīng)的CFG 配置文件，無(wú)須添加或修改儀器資源對(duì)應(yīng)的運(yùn)行與配置程序集。

圖1 ATEC6系統(tǒng)架構(gòu)

2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)儀器資源改進(jìn)的必要性與可行性分析

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)歷經(jīng)了四代技術(shù)變革——專(zhuān)用型、臺(tái)式儀器積木型、模塊化集成型、網(wǎng)絡(luò)化分布型，逐漸摒棄了模塊化儀器專(zhuān)用機(jī)箱和控制器等設(shè)備，降低了系統(tǒng)搭建成本。此外，虛擬儀器的提出實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)定制化的儀器資源功能，同時(shí)催生了基于LXI（LAN eXtension for Instrumentation）的總線(xiàn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程編程、控制、測(cè)試、故障診斷與數(shù)據(jù)記錄，提高了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的運(yùn)行速度與產(chǎn)能。因此，隨著儀器設(shè)備與總線(xiàn)技術(shù)的更新，過(guò)去基于VXI總線(xiàn)的儀器資源逐漸被淘汰，取而代之的是能夠提供更快傳輸速率與遠(yuǎn)程控制的基于Ethernet 的儀器資源。

由于ATEC6 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)進(jìn)行了模塊化的軟件設(shè)計(jì)與配置，使得ATE內(nèi)某一測(cè)試資源的替換不會(huì)影響其他儀器設(shè)備、TUA 以及TPS 的運(yùn)行與配置。另外，由于ATE 實(shí)體類(lèi)中包含不同種類(lèi)的儀器設(shè)備運(yùn)行與配置程序，并在軟件系統(tǒng)安裝時(shí)就進(jìn)行了統(tǒng)一裝載與配置，在后期使用過(guò)程中對(duì)儀器資源改進(jìn)時(shí)，只要修改TCC 與儀器設(shè)備的物理連接并重新安裝相應(yīng)的配置文件，即可實(shí)現(xiàn)高效便捷的儀器資源更新。本文以ATEC6 DSO 測(cè)試儀器為例，從硬件與軟件兩方面闡述自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的儀器資源改進(jìn)方案。

3 基于ATEC6 儀器資源的改進(jìn)方案

ATEC6 投產(chǎn)之初使用的是LSA324信號(hào)分析儀，該分析儀沒(méi)有操作控制面板與顯示窗口，需要通過(guò)專(zhuān)用軟件實(shí)現(xiàn)控制與顯示。由于機(jī)載電子附件功能越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)測(cè)試資源MULTIDEVICE的功能需求與日俱增，LSA324 已無(wú)法滿(mǎn)足TPS 的更新需求。LSA324 基于GPIB 總線(xiàn)通信，數(shù)據(jù)傳輸速率低且維護(hù)成本較高。鑒于以上原因，在查詢(xún)ATEC6 所支持的儀器資源手冊(cè)后，考慮使用基于LXI 總線(xiàn)的RTE 1032 數(shù)字信號(hào)示波器進(jìn)行儀器資源改進(jìn)。

DSO 儀器資源改進(jìn)方案主要分為硬件改進(jìn)與軟件配置兩部分，主要流程如圖2 所示。硬件改進(jìn)主要包括機(jī)架布線(xiàn)調(diào)整、通信總線(xiàn)更換、交換機(jī)與網(wǎng)卡連接。首先，新舊兩款DSO 尺寸上差異較大，在拆除舊款DSO 后，需要根據(jù)新款DSO 尺寸更改機(jī)架支撐臂位置，重新排布機(jī)箱后部線(xiàn)纜；其次，由于新款DSO RTE 1032 基于LXI 總線(xiàn)通信，因此需要拆除原有的GBIP 通信線(xiàn)，更換網(wǎng)線(xiàn)進(jìn)行設(shè)備通信，保留原有接入DSO 通道、外部激勵(lì)以及信號(hào)輸出的BNC 線(xiàn)纜進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。此外，由于TCC 使用擴(kuò)展網(wǎng)卡連接測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，為保證儀器資源的可擴(kuò)展性，可考慮使用以太網(wǎng)交換機(jī)。連接交換機(jī)與TCC 擴(kuò)展網(wǎng)卡時(shí)，需注意擴(kuò)展網(wǎng)卡接口定義——網(wǎng)口1 連接WAN、網(wǎng)口2 連接本地DHCP 服務(wù)器、網(wǎng)口3 連接以太網(wǎng)設(shè)備、網(wǎng)口4 暫作保留，具體連接架構(gòu)如圖3 所示。因此，接入系統(tǒng)的儀器資源在經(jīng)過(guò)交換機(jī)后需連接至網(wǎng)口3，連接完畢后應(yīng)在DSO 操作面板上檢查確認(rèn)其與網(wǎng)口3 處于同一網(wǎng)段。

圖2 ATEC6儀器資源改進(jìn)操作流程

圖3 ATEC6以太網(wǎng)擴(kuò)展卡端口分配

在完成硬件改進(jìn)后，需要更新CFG配置文件，保證改進(jìn)的儀器資源可被軟件系統(tǒng)正確識(shí)別并調(diào)用。軟件配置主要涉及ATE 的CFG 配置文件修改、安裝與自測(cè)模塊更新。CFG 配置文件包含ATE 上所有儀器資源、內(nèi)部線(xiàn)纜以及資源間接口參數(shù)等信息，當(dāng)改進(jìn)儀器資源時(shí)，應(yīng)修改其各個(gè)儀器通道所對(duì)應(yīng)的總線(xiàn)類(lèi)型、地址以及接口參數(shù)。針對(duì)DSO儀器資源改進(jìn)，需要將GPIB 總線(xiàn)對(duì)應(yīng)的代碼IEEE 修改為L(zhǎng)XI 總線(xiàn)對(duì)應(yīng)的代碼INTERNET，更改DSO 總線(xiàn)編號(hào)為其IP 地址，更新DSO 在系統(tǒng)內(nèi)的地址與接口選項(xiàng)，再將修改完的CFG 配置文件重新安裝。自測(cè)模塊包含系統(tǒng)自測(cè)的相關(guān)配置說(shuō)明。需要注意的是，只有配置文件被正確安裝后才能更新自測(cè)模塊。在重新安裝自測(cè)模塊的過(guò)程中，程序會(huì)讀取更新裝載成功的CFG 配置文件，以正確識(shí)別改進(jìn)的儀器資源，保證自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)正常運(yùn)行自測(cè)程序。在執(zhí)行完硬件改進(jìn)與軟件配置后，需要進(jìn)行系統(tǒng)自測(cè)以檢查儀器系統(tǒng)改進(jìn)是否被正確操作完畢。

4 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)儀器資源改進(jìn)方案

由于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)集成度高且系統(tǒng)架構(gòu)復(fù)雜、成本高昂，因此要求的服務(wù)周期普遍較長(zhǎng)，需要實(shí)時(shí)根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)需求變化進(jìn)行內(nèi)部資源的改進(jìn)。在執(zhí)行改進(jìn)工作前，需詳細(xì)研究自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)整體架構(gòu)，分析不同功能模塊之間的交互關(guān)系，評(píng)估改進(jìn)方案對(duì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行的影響；執(zhí)行改進(jìn)方案時(shí)，可從硬件和軟件兩部分入手，在硬件改進(jìn)時(shí)除依據(jù)儀器資源通信特性完成系統(tǒng)搭建外，還應(yīng)考慮整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。例如，考慮使用交換機(jī)，以保障后續(xù)增加儀器資源的可操作性與便捷性。在軟件配置時(shí)，可從改進(jìn)的儀器資源通信總線(xiàn)特性入手，修改并安裝對(duì)應(yīng)的配置文件，保證改進(jìn)的儀器資源能夠正常在系統(tǒng)內(nèi)被識(shí)別調(diào)用。此外，還需更新自測(cè)模塊，讀取測(cè)試系統(tǒng)改進(jìn)后的儀器資源配置信息，以保障自測(cè)功能正常運(yùn)行，檢測(cè)改進(jìn)后自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)各資源模塊的運(yùn)行狀況。