基于虛擬儀器的機(jī)載機(jī)電計(jì)算機(jī)通用測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)

張宇坤，陳 奎，張祎彤

(中國(guó)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 710065)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,航空航天設(shè)備、軍用武器系統(tǒng)等高技術(shù)產(chǎn)品的復(fù)雜程度日益提高,傳統(tǒng)的人工檢測(cè)維護(hù)手段已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代化裝備的支持保障要求,自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(ATS)已成為復(fù)雜系統(tǒng)與設(shè)備可靠運(yùn)行的必要保證,且在航空等領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵的支持保障作用。由于航空設(shè)備可靠性和壽命要求高,還可能需要不斷改型與升級(jí),而測(cè)試系統(tǒng)核心的商業(yè)測(cè)試板卡更新?lián)Q代快(典型周期為5年),相應(yīng)的測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與維護(hù)的難度大、費(fèi)用高昂[1]。

機(jī)載機(jī)電計(jì)算機(jī)位于飛機(jī)傳感器和控制解算層中間,通過(guò)機(jī)電總線與控制解算層通訊,上傳采集的飛機(jī)傳感器數(shù)據(jù),依據(jù)指令控制作動(dòng)器,實(shí)現(xiàn)飛機(jī)各機(jī)電子系統(tǒng)控制。產(chǎn)品對(duì)外接口主要為機(jī)電總線通訊接口(GJB289A、Mil1394等)、傳感器采集接口(離散量、模擬量、頻率等)和輸出控制接口(功率驅(qū)動(dòng)等),接口類(lèi)型相對(duì)固定,因此研制通用測(cè)試平臺(tái)具有重要意義。

1 方案設(shè)計(jì)

平臺(tái)采用基于以太網(wǎng)的B/S架構(gòu)設(shè)計(jì),無(wú)需安裝專(zhuān)用軟件,功能升級(jí)便捷。平臺(tái)主要由客戶(hù)端、服務(wù)器和測(cè)試下位機(jī)組成?？蛻?hù)端為普通PC,安裝瀏覽器用于測(cè)試用例開(kāi)發(fā)和測(cè)試資源管理,可實(shí)現(xiàn)多人并行工作,提升測(cè)試用例開(kāi)發(fā)效率;服務(wù)器端采用高性能小型機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理;測(cè)試下位機(jī)搭載實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)運(yùn)行自動(dòng)測(cè)試軟件,使用虛擬儀器和UUT進(jìn)行交付完成自動(dòng)測(cè)試。

平臺(tái)中客戶(hù)端和服務(wù)器均為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口的通用設(shè)備,而測(cè)試下位機(jī)往往為專(zhuān)用,因此本文主要針對(duì)測(cè)試下位機(jī)進(jìn)行通用化設(shè)計(jì)。

1.1 硬件設(shè)計(jì)

測(cè)試下位機(jī)硬件主要由測(cè)試單元、適配器和電纜組成。測(cè)試下位機(jī)測(cè)試場(chǎng)景連接圖如圖1所示。

圖1 測(cè)試下位機(jī)測(cè)試場(chǎng)景連接圖

測(cè)試單元由測(cè)試機(jī)箱、測(cè)試板卡和信號(hào)轉(zhuǎn)接組成。測(cè)試機(jī)箱總線帶寬應(yīng)不低于UUT(被測(cè)件)機(jī)電總線帶寬,測(cè)試機(jī)箱備份插槽應(yīng)盡量多,以便后續(xù)測(cè)試資源擴(kuò)展。例UUT機(jī)電總線為1394(100 Mbps),選用CPCI機(jī)箱(32 bit,33 MHz)即可滿(mǎn)足要求。測(cè)試板卡總線類(lèi)型應(yīng)與機(jī)箱兼容,盡量使用商用貨架產(chǎn)品,提升平臺(tái)可靠性。工程經(jīng)驗(yàn)表明,PCI板卡安裝可靠性低,存在金手指長(zhǎng)期氧化問(wèn)題,不建議選用。

信號(hào)轉(zhuǎn)接主要為了實(shí)現(xiàn)測(cè)試板卡資源的接口標(biāo)準(zhǔn)化,屏蔽同類(lèi)板卡不同廠商的連接器型號(hào)和針腳定義差異,實(shí)現(xiàn)測(cè)試單元的整體重用。商用板卡接口多為SCSI、J30JA、DB系列連接器,連接器針數(shù)集中在68、100和144針,考慮到人機(jī)工程便捷性和測(cè)試單元可擴(kuò)展性,參考美國(guó)下一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)[2],提出在J30JA系列連接器基礎(chǔ)上,增加兩組定位塊實(shí)現(xiàn)36組防插錯(cuò),作為測(cè)試資源標(biāo)準(zhǔn)接口連接器,使用定位塊的36組防插錯(cuò)和連接器不同針數(shù)組合,結(jié)合UUT常用信號(hào)類(lèi)型,制定了測(cè)試資源標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)范,實(shí)現(xiàn)測(cè)試板卡資源接口標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。當(dāng)某型號(hào)板卡故障且停產(chǎn)需更換為新接口定義的測(cè)試板卡時(shí),只需按照既定的測(cè)試資源標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)范新制作信號(hào)轉(zhuǎn)接電纜,即可實(shí)現(xiàn)停產(chǎn)板卡的功能替換,提升保障性。

適配器主要實(shí)現(xiàn)UUT信號(hào)調(diào)理,并轉(zhuǎn)接到測(cè)試資源標(biāo)準(zhǔn)接口,配合UUT電纜后可實(shí)現(xiàn)測(cè)試單元的整體重用。新UUT測(cè)試僅需按照規(guī)范要求制定適配器,降低設(shè)備測(cè)試成本。在研制新適配器時(shí),可依據(jù)UUT信號(hào)實(shí)際情況對(duì)適配器進(jìn)行裁剪。在UUT對(duì)外接口數(shù)量較小,且信號(hào)無(wú)需進(jìn)行調(diào)理的情況下,可僅制作電纜將UUT和測(cè)試單元進(jìn)行連接;考慮到1394總線信號(hào)質(zhì)量,信號(hào)可不經(jīng)過(guò)適配器,在測(cè)試單元處為其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)接口,直接通過(guò)電纜與UUT直接連接,如圖1所示。

1.2 軟件設(shè)計(jì)

測(cè)試平臺(tái)采用基于信號(hào)的測(cè)試,將UUT的每個(gè)接口,通訊ICD的最小定義負(fù)載看做信號(hào),使用信號(hào)配置表對(duì)測(cè)試軟硬件資源進(jìn)行統(tǒng)一描述,測(cè)試資源變更或新增只需修改配置表,實(shí)現(xiàn)測(cè)試軟、硬件松耦合,同時(shí)實(shí)現(xiàn)測(cè)試用例的復(fù)用[3]。

自動(dòng)測(cè)試軟件采用模塊化分層設(shè)計(jì),自頂向下依次為用戶(hù)層、業(yè)務(wù)層、硬件抽象層和驅(qū)動(dòng)層(詳見(jiàn)圖2)。用戶(hù)層為UI界面組件;業(yè)務(wù)層為自動(dòng)測(cè)試引擎和測(cè)試用例;硬件抽象層包含中間層、數(shù)據(jù)IO服務(wù)和信號(hào)配置表;驅(qū)動(dòng)層為板卡廠商提供的驅(qū)動(dòng)軟件。

圖2 自動(dòng)測(cè)試軟件架構(gòu)

數(shù)據(jù)IO服務(wù)按配置通過(guò)中間層調(diào)用板卡驅(qū)動(dòng),采用共享內(nèi)存方式刷新數(shù)據(jù),自動(dòng)測(cè)試引擎執(zhí)行測(cè)試用例,查詢(xún)信號(hào)配置表從數(shù)據(jù)IO服務(wù)獲取信號(hào)當(dāng)前狀態(tài),從而完成測(cè)試用例執(zhí)行。中間層為每種被測(cè)信號(hào)板卡定義了標(biāo)準(zhǔn)API,其綜合了廠商提供的驅(qū)動(dòng)代碼,同時(shí)可插入特定代碼來(lái)補(bǔ)償儀器互換造成的測(cè)試差異,從軟件層面屏蔽測(cè)試硬件資源變更帶來(lái)的影響?？紤]到機(jī)載機(jī)電計(jì)算機(jī)多數(shù)功能的獨(dú)立性,測(cè)試用例設(shè)計(jì)也應(yīng)具有獨(dú)立性,自動(dòng)測(cè)試引擎應(yīng)支持多線程調(diào)度,實(shí)現(xiàn)并行測(cè)試,提升測(cè)試效率。

2 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了適用于機(jī)載機(jī)電計(jì)算機(jī)的通用測(cè)試平臺(tái),定義了測(cè)試資源標(biāo)準(zhǔn)接口,實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)核心測(cè)試資源的重用,降低了新產(chǎn)品測(cè)試設(shè)備研發(fā)成本,提升了設(shè)備保障性,并且測(cè)試資源可擴(kuò)展。工程實(shí)踐證明該方案可行,對(duì)類(lèi)似UUT的測(cè)試設(shè)備研制具有參考意義,但當(dāng)UUT信號(hào)量較為龐大時(shí),適配器和測(cè)試單元的連接阻力較大,后續(xù)應(yīng)進(jìn)行相關(guān)工程化優(yōu)化設(shè)計(jì)。