胡逸琳　魏冬冬　葉竹

摘要：針對箭載計算機飛行軟件測試的需求，確定了箭載計算機仿真測試系統(tǒng)的硬件平臺和軟件操作系統(tǒng)。通過對箭上單機進(jìn)行實時軟件的模擬，對地面測發(fā)控各系統(tǒng)的模擬，使用半物理環(huán)境模擬了箭載計算機在地面測試和飛行階段的外圍環(huán)境。通過和箭載計算機的聯(lián)調(diào)綜合實驗，證明了仿真測試系統(tǒng)的真實性和有效性，同時表明了該文設(shè)計的箭載計算機飛行軟件仿真測試平臺不但滿足了測試人員對于箭載計算機軟件黑盒測試的需求，更進(jìn)一步提高了測試的效率，為后續(xù)測試工作的開展提供了良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：仿真測試；實時軟件

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）08-0066-03

1概述

運載火箭是我國新一代正在研制的小型運載火箭，其箭載計算機（下文簡稱為箭機）軟件主要功能是完成火箭飛行的制導(dǎo)、導(dǎo)航、姿控、自檢、故障診斷、遙測信息等飛控任務(wù)以及通過1553B總線實現(xiàn)箭載計算機與1553B總線終端設(shè)備的通信，并通過RS422串口實現(xiàn)箭載計算機與GPS設(shè)備及地面主控計算機的通信。

為進(jìn)行對箭機軟件的黑盒測試，現(xiàn)開展了軟件仿真測試系統(tǒng)研制工作。通過對箭載計算機的外圍環(huán)境和箭載計算機通信協(xié)議的梳理分析，設(shè)計人員確定了仿真測試系統(tǒng)的功能需求。該仿真測試系統(tǒng)通過模擬箭機軟件飛行的外圍環(huán)境，模擬箭載計算機與外圍的通信進(jìn)行火箭飛行狀態(tài)模擬，實現(xiàn)了實時采集和生成各類信號，注入各類故障的功能。該平臺的實現(xiàn)有利于測試人員對軟件進(jìn)行系統(tǒng)化的測試，能有效提高測試效率，并為測試結(jié)論提供了有效的依據(jù)。

2箭載計算機仿真測試系統(tǒng)需求分析

箭載計算機仿真測試系統(tǒng)的設(shè)計目的是通過仿真模擬箭機飛行所需的外圍環(huán)境，通過界面上的操作，規(guī)定測試指令及測試方案，用來測試箭機與系統(tǒng)各模擬設(shè)備之間的相互聯(lián)通，并對故障進(jìn)行初步定位。

2.1功能需求

1）地面通信功能輸入輸出需求見下表2：

2）箭上單機通信功能見下表3：

4）GNSS導(dǎo)航數(shù)據(jù)通信功能見下表4：

5）程序/數(shù)據(jù)上傳下載功能見下表5：

6）PPS秒脈沖接收功能見下表6：

2.2界面設(shè)計需求

1）箭載計算機仿真測試系統(tǒng)軟件要求界面中有開始和停止按鈕；

2）有直觀、簡潔的通信流程顯示界面；

3）有消息文件、流程配置文件等數(shù)據(jù)文件上傳界面；

4）有修改消息數(shù)據(jù)界面；

5）有直觀顯示消息數(shù)據(jù)和交互流程界面；

6）有以折線圖方式顯示的數(shù)據(jù)對比界面。

2.3性能需求

1）1553B最高發(fā)送消息頻率可達(dá)500HZ；

2）RS422通信延時時間不可超過2ms；

3）測試人員可設(shè)置的消息周期、發(fā)送延遲等時間精度為1毫秒。

3箭載計算機仿真測試系統(tǒng)硬件架構(gòu)

箭載計算機仿真測試系統(tǒng)需模擬箭載計算機的外圍環(huán)境，即前置地面主機、箭上各單機（包括捷聯(lián)A、捷聯(lián)B、伺服控制器Ⅰ、伺服控制器Ⅱ、伺服控制器Ⅲ、轉(zhuǎn)級控制器、綜合控制器Ⅰ、綜合控制器Ⅱ）和GPS導(dǎo)航計算機。

如下圖所示，箭載計算機仿真測試硬件系統(tǒng)由一臺上位機和四臺下位機組成（包括PCI-1553B板卡三塊，MOXA卡一塊，網(wǎng)絡(luò)交換機一臺）。地面測試模擬器通過MOXA卡與1553B和箭機進(jìn)行信息交互，發(fā)送綜合控制器速率陀螺信息，同時作為主控計算機通過網(wǎng)絡(luò)交換機與其他模擬器進(jìn)行交互，主控命令通過TCP/IP進(jìn)行發(fā)送。

箭上單機模擬器通過1553B總線與箭載計算機通信。由于箭上單機模擬器通信數(shù)據(jù)量大，實時性要求高，所以將箭上單機模擬器分為上位機與下位機組成，下位機使用實時操作系統(tǒng)，上位機通過網(wǎng)絡(luò)交換機與下位機通信給予操作指令。

4箭載計算機仿真測試系統(tǒng)軟件設(shè)計

和箭載計算機軟件相對應(yīng)，仿真測試平臺針對不同通信方式進(jìn)行了多層次，多模塊設(shè)計，包括通信層、操作層、配置層三個層次，如下圖所示。軟件依照功能需求，為了更好的增加用戶體驗，依據(jù)層次化、模塊化設(shè)計思路共分為三個層次、十三個模塊：

1）通信層：根據(jù)箭機軟件通信外部接口分為了地面通信控制模塊、GNSS導(dǎo)航通信模塊和1553B通信控制模塊。通信層軟件調(diào)用硬件驅(qū)動實現(xiàn)了通信，可根據(jù)驅(qū)動函數(shù)設(shè)定通信故障。在通信層實現(xiàn)了軟件的具體功能，軟件根據(jù)用戶對消息的時序配置和設(shè)定工作與箭機進(jìn)行通信。

2）操作層：根據(jù)測試人員基于箭機測試提出的需求，該層即用戶界面。用戶通過界面操作可以對單幀消息進(jìn)行多種預(yù)設(shè)模式和自定義模式的配置，對多幀時序進(jìn)行設(shè)置，并可通過導(dǎo)入文本文件進(jìn)行對測試流程和測試數(shù)據(jù)的快速配置，有效減少了測試人員所需花費的時間，提高了測試。

3）配置層：根據(jù)軟件工程化和用戶需求將應(yīng)用層的需求轉(zhuǎn)換為多個可復(fù)用的模塊，包括錯誤狀態(tài)配置模塊，數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊，增加了程序的復(fù)用性、可移植性。

層次化模塊化的軟件架構(gòu)有助于后期的維護(hù)和修改，有利于模塊的移植以應(yīng)對型號軟件不斷的版本更改和升級。仿真測試系統(tǒng)各模擬器軟件通過調(diào)用各個軟件模塊實現(xiàn)了針對軟件測試需求的多模式定制，有助于測試人員使用，有效提高測試效率。

1）通信層設(shè)計

箭機測試系統(tǒng)模擬箭上各單機、GPS設(shè)備和地面測試設(shè)備與箭機通過1553B總線和RS422串口進(jìn)行通信。通信層根據(jù)不同的模擬器分為三個模塊，依照不同的通信方式設(shè)置了兩個底層通信用函數(shù)，具體架構(gòu)如下圖。

2）配置層設(shè)計

基于軟件需求變化較大，開發(fā)周期較長，用戶要求多，設(shè)計人員設(shè)計了捷聯(lián)A、捷聯(lián)B、GPS模擬器、箭上單機模擬器、前置模擬器等多個通用模塊達(dá)到了快速配置測試用例通信流程的目的，節(jié)省了后期二次開發(fā)的時間。技術(shù)背景

3）操作層設(shè)計

操作層由界面和各類配置模塊組成，用戶點擊界面后，通過配置模塊調(diào)用配置層函數(shù)將數(shù)據(jù)上傳至通信層或形成配置文件。

5系統(tǒng)測試

為了驗證箭機仿真測試平臺的功能和性能以及對于測試效率的提高和便利性，本節(jié)將根據(jù)其與箭機（試樣機）的聯(lián)調(diào)結(jié)果進(jìn)行說明。通過和箭機的聯(lián)調(diào)，可以證實箭機仿真測試系統(tǒng)可以提供正常的飛行試驗，以及多種異常錯誤的測試。

下圖為箭機仿真測試平臺進(jìn)行正常飛行試驗的測試結(jié)果。

6結(jié)論

針對箭機軟件仿真測試平臺的需求，首先在確定其硬件運行平臺和使用環(huán)境的基礎(chǔ)上，然后分別對實際的測試需求、高精度高強度數(shù)據(jù)發(fā)送接收和大量數(shù)據(jù)分析功能等多方面進(jìn)行了全面分析和軟件實現(xiàn)，最后進(jìn)行了全面的試驗論證。通過與箭機的聯(lián)調(diào)試驗表明本文設(shè)計的箭載計算機軟件仿真測試系統(tǒng)，不但滿足了測試人員對于箭機軟件測試的需求，而且提高了軟件的效率和可靠性。同時，本文涉及的設(shè)計方法和技術(shù)思路，為以后運載型號箭機軟件的測試平臺提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，具有較高的推廣價值。