機載計算機通用自動測試平臺設計

摘要針對目前自動測試設備的通用性設計，提出了一種基于PXI總線的測試平臺。文中對PXI測試系統、接口適配器和開關網絡進行了說明；介紹了測試軟件和故障診斷系統的設計；分析了該系統設計過程中面臨的通用性、故障診斷與定位等問題。其設計思想和方案對于機載計算機通用測試平臺的研制具有一定指導意義。
關鍵詞自動測試設備；通用平臺；PXI；IVI；故障診斷

隨著自動測試技術的飛速發展，以及軍事領域強有力的需求牽引，自動測試設備(AutomaticTestEquipment，ATE)已成為機載計算機產品測試、使用和維護的必要手段。由于對復雜機載計算機的測試要求越來越高，具有較強的通用性和擴展性已成為測試設備性能的主要指標。
ATE通用性的實現涉及到接口與適配器的標準化、硬件平臺的模塊化、測試程序集與儀器資源的無關性設計等許多方面的內容。本文提出了一種以PXI總線為基礎，采用虛擬儀器技術、故障診斷技術的設計方法，從而實現機載計算機的通用測試平臺。

1 硬件結構設計
通用測試平臺以主控計算機為控制核心，由PXI測試設備構成主要測試資源，接口適配器及開關網絡組成信號分配和變換單元，輔以測量儀器和供電設備。
主控計算機采用配置先進的PC機。PXI測試設備內部采用PXI標準總線，根據測試的最大需求，選用標準的測試模塊進行集成。測量儀器包括：示波器、萬用表。供電設備包括：可調電壓信號源、115 V供電電源和28 V供電電源。
測試平臺與PC機之間采用網卡通訊，PXI測試設備與示波器、萬用表和電源之間采用GPIB接口進行通訊。測試平臺原理如圖1所示。

1．1 PXI測試系統
PXI測試設備由零槽控制器、模擬量激勵／采集模塊、離散量輸入／輸出模塊、繼電器模塊、模擬量電阻模塊、電源開關模塊、CPIB接口卡組成。采用PXI結構的模塊，具有體積小，穩定可靠和便于維護的優點。
在機箱中的各功能模塊都是PXI總線的標準模塊，通過PXI機箱的背板相互連接。PXI機箱中的測試模塊包括：零槽控制器(PXI-PCI-8355)模擬量激勵模塊(NI6704)、模擬量采集模塊(NI6031E)、離散量輸入／輸出模塊(NI6527)、多路繼電器模塊(NI2503)、通用繼電器模塊(NI25 65)、模擬量電阻模塊(Pickering290)、電源開關模塊(Pickering150)和GPIB接口卡(PXI—GPIB)。
1．2 接口適配器及開關網絡
接口適配器是測試平臺和UUT之間的橋梁，將儀器資源分配給UUT的各個管腳，完成對其施加激勵和進行測量的工作。接口適配器TUA(Test Unit Adapter)主要由前面板端口、箱體和接口測試適配器ITA(Interface Test Adapter)構成。
適配器設計采用無源器件，能夠防止環境影響，減少測試結果的不確定因素。在測試資源滿足測試要求的前提下，適配器以直接連線為主，選擇高質量的線纜和連接器，盡量不使用開關器件。因為開關器件會降低資源利用率，而且多余的開關器件和連接線纜，也會影響測試結果的真實性，引起信號頻帶損失、引入電磁干擾等問題。
開關網絡擔負著控制信號流向的任務，是實現UUT與系統資源間的信號轉接、分配與組合的關鍵。在ATE中，開關系統一般分為功率開關、矩陣開關、微波開關。功率開關常用于對系統的電源進行切換，矩陣開關和微波開關主要用于信號切換，根據UUT的實際需求，靈活分配測試資源。
本平臺采用矩陣開關對接的方式組成開關網絡，比如4×16、4×32、4×64型矩陣開關可以把各自的4路信號掛接在總線上，形成任意兩路可互達的開關網絡結構，測試平臺的連接能力大幅增強。測試資源和UUT的任意兩路信號可以互達，而測試平臺的資源由最大測試資源需求的UUT決定。開關網絡把適配器的信號切換功能以測試資源的形式融入到平臺中，增強了系統的通用性。
1．3 通用性的實現
對于ATE，信號分配單元、測試資源和主控計算機部分是通用的，不隨UUT的變化而改變，這也是測試平臺通用性的硬件基礎。在測試時，只需根據不同的UUT更換適配器就可實現平臺的重構，完成相應測試，滿足了機載計算機型號多、信號復雜、輸入輸出管腳數量多、接口各異的測試需求。
測試平臺同時具備良好的擴展機制。通過開關網絡，可根據具體的測試需求連接相應的測試資源，例如：可以連接波形發生器或其他具備GPIB接口的測量儀器等，作為擴展模塊接入AIE，方便平臺的升級、擴展。

2 軟件平臺設計
2．1 軟件的通用性設計原則
對基于虛擬儀器技術的通用平臺來說，軟件是整個測試平臺的關鍵。因此，軟件系統構建的好壞直接影響測試平臺的整體性能。通用是一個相對概念，通用平臺的設計應遵循以下原則：(1)開放式、標準化的軟件體系結構。(2)基于IVI技術實現測試儀器的可互換性。(3)TPS(測試程序集)具備可移植性。
可交換虛擬儀器技術規范(IVI)是1998年在VXI即插即用軟件技術規范(VPP)的基礎上發展而來的一項技術規范，它在擴展VPP標準的同時，增加了儀器的可互換性、仿真和狀態緩存等特點。IVI由類驅動器、具體儀器驅動器、引擎和配置文件組成。當儀器更換后，只需修改配置文件中的信息，使測試程序指向新的IVI儀器和儀器驅動器即可，從而實現儀器設備的可互換性。
測試程序開發模式存在兩種：一是面向儀器的測試；二是面向信號的測試。面向儀器的測試由測試程序直接控制儀器動作來完成測試；面向信號的測試將對測試資源的需求映射成對信號激勵／采集的需求，通過內部服務機制解釋、定位和驅動測試儀器完成測試任務。前者的缺點是系統往往不能涵蓋所有儀器和新的功能，從而使TPS的可移植性和儀器互換性受到限制。而信號的類型是有限的，理論上可以涵蓋所有儀器，這是后者的優勢所在。
IVI技術可以從硬件兼容的層面上解決儀器的互操作問題，但不足以解決儀器內部由于工作原理不同而造成測試結果差異。IVI—MSS(Me asurement StimulusSubsystem)規范可以為TPS可移植性的實現建立一定技術基礎，其結構如圖2所示。通過設計具有復位、建立、變化和捕捉等基本信號操作功能的IVI—MSS信號接口，可以實現測試程序對測量信號的控制和調用。利用IVI信號接口調用虛擬儀器資源完成對UUT的測試，既使測試軟件獨立于測試平臺，又具有良好的可移植性。