葉小燕 滕飛

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

【摘 要】隨著科技的不斷發(fā)展，人們對測試設備的要求越來越高，目前測試系統(tǒng)正朝著微型、低耦合度、高可重用性和強擴展能力等方向發(fā)展，以PC上位機模式構建的測試系統(tǒng)應運而生。這種模式構建的測試系統(tǒng)憑借低成本和高可靠性衍生出非常多的產(chǎn)品，并被廣泛應用于工業(yè)測試和控制領域。文章旨在分析PC上位機測系統(tǒng)共性工作原理，結合以散熱系統(tǒng)測試研究的風洞測試系統(tǒng)案例，為搭建測試系統(tǒng)提供參考和幫助。

【關鍵詞】PC；上位機；測試系統(tǒng)

【中圖分類號】TP182 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）07-0053-03

0 前言

隨著計算機制造技術的進步，PC性價比不斷提高，利用其高速的數(shù)據(jù)處理能力替代昂貴且功能單一的DSP等芯片，已經(jīng)成為各大測試系統(tǒng)集成商的首選方案。在此環(huán)境下，很多兼容PC接口的多功能采集卡產(chǎn)品及軟件問世，極大地降低了構建測試系統(tǒng)的復雜度，可快速搭建基于PC上位機的測試系統(tǒng)。

1 含有PC上位機的測試系統(tǒng)模型

目前，絕大部分PC上位機測試系統(tǒng)可以使用松耦合和嵌入式2種模型來理解，以下內(nèi)容中，PC上位機稱上位機。下面重點介紹這2種模型。

1.1 松耦合模型

如圖1所示，松耦合模型中，采集卡只負責數(shù)/?；蛘吣?數(shù)轉換。由于采集卡功能相對薄弱，因此具備很好的松耦合特性，可以替換成多種模塊連接不同的傳感器。而測試系統(tǒng)的絕大部分功能由上位機完成，因此可以極大地降低了硬件成本。若自主開發(fā)測試軟件，則整個測試系統(tǒng)的成本幾乎就是硬件費用。目前，這種松耦合模式被各大測試系統(tǒng)集成商廣泛采用。

松耦合模型的缺點：由于上位機完成了絕大部分工作，使得整個測試系統(tǒng)的性能和可靠性大大依賴于上位機。在系統(tǒng)運行過程中，上位機必須正常工作，不能待機也不能出現(xiàn)故障。一旦上位機出現(xiàn)異常，整個系統(tǒng)崩潰后就會停止測試。并且，上位機的資源是由操作系統(tǒng)進行控制，而最常用的Windows操作系統(tǒng)定時為毫秒級，基于Windows工作的上位機將不能實現(xiàn)超過毫秒級的高速資源調(diào)度。使用DMA（Direct Memory Access）技術也只能實現(xiàn)將數(shù)據(jù)高速寫入內(nèi)存，通常用于數(shù)據(jù)采集，不能實現(xiàn)高速、復雜的I/O控制。

因此，松耦合模型適用于中、小型測試系統(tǒng)，尤其是微型便攜的測試系統(tǒng)。由于其松耦合特性，系統(tǒng)擴展能力較好，這取決于總線I/O的類型和數(shù)量。PC的可靠性及其性能隨著電子制造技術的提升而不斷提高，松耦合模型可以滿足常規(guī)測試需求。

1.2 嵌入式模型

與松耦合模型不同，嵌入式模型（如圖2所示）削弱了上位機功能，在此基礎上加入了嵌入式模塊。使用嵌入式模塊進行數(shù)據(jù)處理、信號調(diào)理和數(shù)據(jù)存儲。利用嵌入式模塊的高速和高可靠性，提升了測試系統(tǒng)的整體性能，同時彌補了松耦合模型不能進行資源高速控制的不足。

嵌入式模型的優(yōu)勢：由于上位機僅用于人機交互，通常用于系統(tǒng)的配置和數(shù)值、預警等顯示功能，使整個測試系統(tǒng)在測試階段不再依賴于上位機；當測試系統(tǒng)運行時，即使上位機出現(xiàn)錯誤而停止通信，受影響的只是數(shù)據(jù)顯示等人機交互功能，其他模塊可正常工作，待上位機故障排除后，整個系統(tǒng)的顯示功能恢復正常。這樣就極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

嵌入式模型的不足：引入嵌入式模塊后雖然提升了整個測試系統(tǒng)的復雜度，不但要考慮上位機的通信和異常處理，還要進行嵌入模塊的程序編寫，使軟硬件成本提高，增加了整個系統(tǒng)的組建費用。由于嵌入式模塊寫入程序后很少變更，因此一旦系統(tǒng)組建后，整個系統(tǒng)的靈活性和擴展性就大大地降低了，具有很強的定制性。

綜上所訴，嵌入式模型適用于大型測試系統(tǒng)，利用高速嵌入式模塊可以實現(xiàn)精確的微秒級定時和低延遲I/O控制，其性能完全適用于大量通道而長時間系統(tǒng)測試，如耐久性等測試。

2 松耦合模型構建的風洞測試系統(tǒng)

風洞測試系統(tǒng)軟件使用Labview編寫，運行在上位機。用于對環(huán)境的仿真及模擬現(xiàn)實散熱測試，下面對Labview進行簡要介紹。

2.1 Labview簡介

Labview是美國國家儀器（NI）公司研制的編程環(huán)境，可以運行在上位機的圖形化開發(fā)語言。由于使用C語言編寫，運行效率極高。可以使工程師不用過多地考慮硬件底層而專注于數(shù)據(jù)分析、處理和人機交互，快速開發(fā)滿足需求的測試系統(tǒng)。

2.2 風洞測試系統(tǒng)結構

如圖3所示，整個系統(tǒng)由三大部分組成：①風源。由馬達帶動葉片旋轉產(chǎn)生，馬達轉速由電流比例控制的泵控制。②風道。在圖3中用圓柱體表示，用于模擬實際環(huán)境，同時減少外界不穩(wěn)定因素對測試帶來的擾動。③風場測量。由6個光柵風速傳感器構成，根據(jù)從上到下6個傳感器的測量值，可以近似繪制風場分布圖。

2.3 風洞測試系統(tǒng)上位機程序分析

圖4、圖5為系統(tǒng)的人機交互界面，實現(xiàn)了系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)采集、設備控制、數(shù)據(jù)儲存等功能。

如圖6和圖7所示，在數(shù)據(jù)采集階段，使用通知器的主從雙循環(huán)結構進行控制，主循環(huán)進行數(shù)據(jù)采集，待采集緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)長度達到設定值時，輸出數(shù)據(jù)至緩沖隊列，此時通知器告知從循環(huán)進行數(shù)據(jù)處理。在數(shù)據(jù)采集進行的同時，從循環(huán)進入執(zhí)行階段，從緩沖隊列中獲取數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理，并把處理好的數(shù)據(jù)輸出一個電子表格的臨時文件。這樣就構成了一個主循環(huán)控制從循環(huán)結構，互不干擾，實現(xiàn)采集和處理的同時而又異步進行。

這種結構的優(yōu)點是實現(xiàn)低運行速率環(huán)境下的高速采集。高速采集的數(shù)據(jù)使用DMA技術先存入緩沖區(qū)，再從緩沖區(qū)抽取定長數(shù)據(jù)進行處理。數(shù)據(jù)處理和顯示實際上滯后于數(shù)據(jù)采集，并且對緩沖區(qū)的長度有要求，本系統(tǒng)緩沖區(qū)長度設置為采樣率的50倍，可根據(jù)實際情況進行合理設置。這種略微滯后并不影響使用，實際則不會超過0.2 s的延時。

如圖7、圖8所示，在數(shù)據(jù)處理的時候已經(jīng)實時記錄數(shù)據(jù)。當數(shù)據(jù)采集結束，點擊“Upload”按鈕時（如圖4），執(zhí)行的是重命名和移動文件操作。由于數(shù)據(jù)一直在記錄，可以避免突發(fā)異常引起的數(shù)據(jù)丟失。當出現(xiàn)測試中斷時，只需要查找預先設定的臨時文件目錄，把文件重命名即可查看數(shù)據(jù)，提高了測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全性，使整個系統(tǒng)更加可靠。

3 結論

在滿足性能的前提下，使用PC上位機代替?zhèn)鹘y(tǒng)硬件，實現(xiàn)更強大的功能，實現(xiàn)測試系統(tǒng)的低成本、高性能、輕量化，這是使用上位機構建測試系統(tǒng)的最終目的。

參 考 文 獻

[1]雷振山，肖成勇，魏麗，等.Labview高級編程與虛擬儀器工程應用[M].北京：中國鐵道出版社，2012.

[2]靳鴻.測試系統(tǒng)設計原理及應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[3]郭軍.測試系統(tǒng)技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2006.

[4]秦紅磊，路輝，郎榮玲.自動測試系統(tǒng)：硬件及軟件技術[M].北京：高等教育出版社，2007.

[責任編輯：鐘聲賢]

【作者簡介】葉小燕，女，廣西北海人，本科，上汽通用五菱汽車股份有限公司助理工程師，從事汽車電器產(chǎn)品研發(fā)工作。