張大高，李 儼，王新民

(西北工業(yè)大學(xué)，西安710129)

1 引言

隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以計(jì)算機(jī)和信息處理為中心的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在科學(xué)研究和實(shí)際工程領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。尤其是在軍事應(yīng)用領(lǐng)域，電子測(cè)試技術(shù)和測(cè)試系統(tǒng)的要求變得越來(lái)越高，測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試范圍要求不斷擴(kuò)展，測(cè)試速度和精確度要求也與日俱增。因此，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在軍事裝備測(cè)試領(lǐng)域中占有非常重要的地位。

2 測(cè)試設(shè)備工作機(jī)制

自動(dòng)駕駛儀計(jì)算機(jī)測(cè)試設(shè)備用于在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，對(duì)自駕儀計(jì)算機(jī)進(jìn)行開(kāi)環(huán)測(cè)試和閉環(huán)測(cè)試。該系統(tǒng)主要由三部分組成:①自動(dòng)駕駛儀計(jì)算機(jī)測(cè)試設(shè)備硬件部分;②自動(dòng)駕駛儀計(jì)算機(jī)測(cè)試設(shè)備上位機(jī)主控軟件;③自動(dòng)駕駛儀計(jì)算機(jī)測(cè)試設(shè)備下位機(jī)駐留軟件。這三部分有機(jī)組合在一起構(gòu)成整套測(cè)試設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)的工作機(jī)制框圖如圖1所示。

圖1 自動(dòng)駕駛儀計(jì)算機(jī)測(cè)試設(shè)備工作機(jī)制圖

該系統(tǒng)中測(cè)試設(shè)備硬件部分與被測(cè)件(自動(dòng)駕駛儀計(jì)算機(jī))之間用標(biāo)準(zhǔn)連接器連接，測(cè)試設(shè)備硬件部分與被測(cè)件(自動(dòng)駕駛儀計(jì)算機(jī))內(nèi)都存在各自的操作系統(tǒng)，上位機(jī)主控軟件運(yùn)行在測(cè)試設(shè)備中，下位機(jī)駐留軟件運(yùn)行在被測(cè)件中，上位機(jī)主控軟件通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)給下位機(jī)駐留軟件發(fā)送網(wǎng)絡(luò)命令，間接操作被測(cè)件內(nèi)板卡資源的輸出，同時(shí)又直接操作測(cè)試設(shè)備內(nèi)部板卡資源進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，達(dá)到信號(hào)測(cè)試的目的。

2.1 測(cè)試設(shè)備硬件

該系統(tǒng)中測(cè)試設(shè)備硬件部分是整個(gè)設(shè)備正常工作的基礎(chǔ)，它主要由工控機(jī)、信號(hào)處理板卡和信號(hào)適配器三大核心部件組成。其中工控機(jī)為上位機(jī)主控軟件提供運(yùn)行平臺(tái)、為信號(hào)處理板卡提供PCI插槽。信號(hào)處理板卡主要由CP-118U(232)、CP-118U(422)、CP-118U(485)3塊串口板卡，PCI7260數(shù)字量板卡，PCI9111 AD采集板卡，PCI6208V模擬電壓輸出板卡、PCI6208A電流輸出板卡組成，它們?yōu)闇y(cè)試過(guò)程提供激勵(lì)源以及采集被測(cè)件的信號(hào)，信號(hào)適配器主要由一些邏輯電路組成，完成對(duì)工控機(jī)內(nèi)各種信號(hào)處理板卡信號(hào)資源進(jìn)行適配調(diào)整，使工控機(jī)內(nèi)板卡資源與被測(cè)件內(nèi)的被測(cè)信號(hào)資源建立映射關(guān)系。

2.2 上位機(jī)主控軟件

上位機(jī)主控軟件運(yùn)行在測(cè)試設(shè)備工控機(jī)內(nèi)，上位機(jī)主控軟件的開(kāi)發(fā)以C++語(yǔ)言為主，配合Microsoft SQL Server實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程管理，在Windows XP系統(tǒng)下開(kāi)發(fā)一套基于模塊化的測(cè)試系統(tǒng)主控軟件，上位機(jī)主控軟件的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。軟件主要包含:硬件自檢、校準(zhǔn)、測(cè)試參數(shù)閾值設(shè)置、控制測(cè)試流程、信號(hào)采集、信號(hào)輸出、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)同步存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸、故障診斷等一系列功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)串口通信、電壓、電流等信號(hào)的采集、處理與診斷，為相關(guān)人員提供測(cè)試結(jié)論和測(cè)試建議。

圖2 測(cè)試系統(tǒng)主控軟件結(jié)構(gòu)圖

2.3 下位機(jī)駐留軟件

下位機(jī)駐留軟件運(yùn)行在被測(cè)件(自動(dòng)駕駛儀計(jì)算機(jī))內(nèi)，它的開(kāi)發(fā)以C++語(yǔ)言為主，是在QNX系統(tǒng)(一款實(shí)時(shí)分布式操作系統(tǒng))下開(kāi)發(fā)的一套基于模塊化的駐留軟件，下位機(jī)駐留軟件的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，軟件主要包含被測(cè)件CPU、電子盤(pán)測(cè)試模塊，接收網(wǎng)絡(luò)命令模塊、執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)命令模塊、信號(hào)輸出模塊、信號(hào)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、返回操作結(jié)果模塊?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)件內(nèi)部資源的控制與采集并將處理結(jié)果反饋到主控軟件中。

圖3 測(cè)試系統(tǒng)下位機(jī)駐留軟件結(jié)構(gòu)圖

3 測(cè)試設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1 網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是需要通信的軟件分別在兩個(gè)不同的開(kāi)發(fā)環(huán)境下(Windows XP和QNX)開(kāi)發(fā)。上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件之間使用基本的TCP進(jìn)行通信。程序使用最基本的socket嵌套字的形式實(shí)現(xiàn)。下位機(jī)軟件上創(chuàng)建TCP server程序，而在上位機(jī)軟件中創(chuàng)建TCP client程序。當(dāng)服務(wù)器端TCP server和客戶(hù)端TCP client連接完畢后就可進(jìn)行數(shù)據(jù)通信了。

根據(jù)被測(cè)信號(hào)的種類(lèi)，結(jié)合上位機(jī)軟件的處理方式，同時(shí)考慮測(cè)試具體功能，將通信數(shù)據(jù)段定義為10種模式。數(shù)據(jù)包分為命令包和跟隨/返回包。命令包的基本格式如下:

命令包一共有8個(gè)字節(jié)，其中前三個(gè)字節(jié)作為命令包的同步識(shí)別碼，用于作為合法命令包的標(biāo)識(shí)。第四個(gè)字節(jié)是命令碼，用于判斷此命令包的模式。后四個(gè)字節(jié)作為參數(shù)。跟隨/返回包基本格式如下:

跟隨/返回包的長(zhǎng)度不定，前三個(gè)字節(jié)作為跟隨/返回包的同步標(biāo)識(shí)碼，用于作為合法跟隨/返回包的標(biāo)識(shí)。第四個(gè)字節(jié)是響應(yīng)碼，表示此跟隨/返回包的模式，后兩個(gè)字節(jié)為參數(shù)，緊接著是Data內(nèi)容。

3.2 自檢設(shè)計(jì)

自檢設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是自檢的完整性，工作量很大。自動(dòng)駕駛儀計(jì)算機(jī)測(cè)試設(shè)備本身的正確性是整個(gè)測(cè)試過(guò)程順利完成的前提，測(cè)試設(shè)備在硬件設(shè)計(jì)的時(shí)候加入了內(nèi)回繞回路的設(shè)計(jì)思想，自檢回路開(kāi)關(guān)由內(nèi)回路繼電器控制，自檢程序首先打開(kāi)自檢回路開(kāi)關(guān)，組成暢通的自檢回路，此時(shí)測(cè)試設(shè)備內(nèi)部的板卡資源就互相連接在一起，其中DA通道對(duì)應(yīng)連接到AD通道上，DO對(duì)應(yīng)連接到DI上，同類(lèi)相鄰串口間讀寫(xiě)對(duì)接，自檢控制程序會(huì)控制DA板卡通道輸出一定的電壓激勵(lì)然后控制AD板卡采集相應(yīng)的電壓值，判斷AD和DA板卡的正確性。利用DO輸出，對(duì)應(yīng)的用DI采集，同類(lèi)相鄰串口間一串口寫(xiě)數(shù)據(jù)，另一串口讀數(shù)據(jù)，以此判斷測(cè)試設(shè)備內(nèi)部板卡資源是否正確。為了進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)備的正確性，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)又加入外回路校驗(yàn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)外回路自檢插頭，將其接到每個(gè)連接器上，組成自檢外回路，進(jìn)而加強(qiáng)自檢的準(zhǔn)確性。

除此之外，測(cè)試設(shè)備考慮對(duì)設(shè)備內(nèi)部各種供電電源進(jìn)行檢測(cè)，利用檢驗(yàn)過(guò)的AD板卡多路AD通道采集相應(yīng)供電電源電壓值，以此判段各類(lèi)電源的正確性。

3.3 自動(dòng)測(cè)試設(shè)計(jì)

自動(dòng)測(cè)試的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于如何對(duì)信號(hào)的測(cè)試流程進(jìn)行控制。為更好的對(duì)自動(dòng)測(cè)試流程進(jìn)行控制與實(shí)現(xiàn)，首先對(duì)所有被測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析，然后對(duì)它們進(jìn)行統(tǒng)一的32位編碼，由于被測(cè)信號(hào)與連接器的管腳有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)連接器的每個(gè)管腳信息用一個(gè)32位無(wú)符號(hào)整形數(shù)表示，每個(gè)無(wú)符號(hào)整形數(shù)，包含被測(cè)信號(hào)的類(lèi)型、處理方式、所在的連接器位置與管腳位置。所有信號(hào)一共分為10種處理機(jī)制。而每種處理機(jī)制可簡(jiǎn)化為2-3個(gè)變動(dòng)參數(shù)，因此一個(gè)32位無(wú)符號(hào)整形數(shù)可以完整的標(biāo)識(shí)測(cè)試信息。下面介紹一下32位無(wú)符號(hào)整形數(shù)的字節(jié)功能。

其中32位無(wú)符號(hào)整形數(shù)的最高8位即Bit31-Bit24用于表示信號(hào)的處理方式，范圍(0-0xFF)，第Bit23-Bit16位代表某種處理方式下的參數(shù)1，第Bit15-Bit8位代表某種處理方式下的參數(shù)2，第Bit7-Bit0位代表某種處理方式下的擴(kuò)展參數(shù)。

3.4 數(shù)字量監(jiān)控設(shè)計(jì)

實(shí)時(shí)數(shù)字監(jiān)控的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于如何保證實(shí)時(shí)數(shù)字監(jiān)控不影響到軟件其他功能的實(shí)現(xiàn)，特別是對(duì)軟件間通信造成的影響，需要把握監(jiān)控的強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔在200ms/次最為合適。

對(duì)數(shù)字量的監(jiān)控主要完成對(duì)被測(cè)件內(nèi)所有PO/PIN進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其中對(duì)PIN監(jiān)測(cè)采用網(wǎng)絡(luò)通信查詢(xún)的方式，即在定時(shí)函數(shù)中，PC機(jī)發(fā)送查詢(xún)所有PIN口的命令，然后接收數(shù)據(jù)返回包，根據(jù)返回包內(nèi)容顯示PIN的狀態(tài)。對(duì)PO的檢測(cè)采用實(shí)時(shí)記錄的方式，即在程序運(yùn)行時(shí)對(duì)所有PO口進(jìn)行初始化，然后對(duì)PO的所有操作都記錄到內(nèi)存中，然后從內(nèi)存中定時(shí)讀取數(shù)據(jù)顯示到界面上。

4 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了如下創(chuàng)新點(diǎn):

·測(cè)試設(shè)備具有可擴(kuò)展性，板卡、航空插頭留有足夠的余量，當(dāng)被測(cè)試的自動(dòng)駕駛儀型號(hào)改變時(shí)，即檢測(cè)的信號(hào)數(shù)量發(fā)生變化時(shí)，只要對(duì)測(cè)試設(shè)備的軟件做些修改，再重配一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)接盒便可;

·信號(hào)測(cè)量單元所采用的板卡均為自帶微處理器的智能型板卡，板卡具有BIT功能、自校準(zhǔn)功能和工作狀態(tài)靈活設(shè)定并自動(dòng)存儲(chǔ)等功能;

·每個(gè)板卡在面板上均設(shè)計(jì)有電源指示燈和工作狀態(tài)指示燈，故障指示簡(jiǎn)單明了;

·測(cè)試設(shè)備與被測(cè)件間使用自定義的通信協(xié)議，比使用通用通信協(xié)議更簡(jiǎn)潔明了，通信數(shù)據(jù)量大幅降低;

·設(shè)備的自檢更加準(zhǔn)確。測(cè)試設(shè)備硬件在設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)化自檢的重要性，同時(shí)設(shè)計(jì)了內(nèi)回繞和外回繞的設(shè)計(jì)思想;

·測(cè)試效率更高。為方便用戶(hù)批量測(cè)試，測(cè)試設(shè)備提供自動(dòng)測(cè)試功能，用戶(hù)可以在2分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)上百個(gè)測(cè)試信號(hào)的測(cè)試;

·測(cè)試過(guò)程更加透明。為用戶(hù)提供測(cè)試監(jiān)控功能，用戶(hù)可隨時(shí)觀測(cè)測(cè)試過(guò)程中被測(cè)件的信號(hào)變化。

該設(shè)備已成功應(yīng)用于某型自動(dòng)駕駛儀的測(cè)試中，得到用戶(hù)的好評(píng)，收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］ 李行善，左毅，孫杰.自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)集成技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004.

［2］ 張朝暉.檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)計(jì)量出版社，2005.

［3］ 柳愛(ài)利，周紹磊.自動(dòng)測(cè)試技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2007.

［4］ 崔俊芝.軟件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.北京:高等教育出版社，2000.