基于測試模型的信號路徑分配器研究

曾蘇凡，張俊成，金 濤

（航空工業(yè)成都飛機工業(yè)（集團）有限責任公司，四川 成都）

現(xiàn)有的通用自動測試系統(tǒng)由通用的自動測試設備（ATE）和專用的測試接口適配器組成，其中適配器將被測對象（UUT）和自動測試設備（ATE）進行連接，實現(xiàn)對被測信號的轉(zhuǎn)換和調(diào)理[1]。通常為滿足UUT 的測試要求，需研發(fā)設計專用的適配器和測試程序。因此，隨著被測對象型號/狀態(tài)不斷增多，適配器的數(shù)量也隨之增加，造成資源的浪費和研制周期的延長。

為了解決上述問題，本文研究了基于測試模型的信號路徑分配器，通過建立自動測試設備、被測對象、信號路徑分配器、測試連接模型等測試模型，通過測試需求信號及測試資源信號進行匹配，再通過測試連接模型找到測試路徑，驅(qū)動信號路徑分配器中的開關網(wǎng)絡，即可完成自動測試。信號路徑分配器在滿足測試通路規(guī)模的前提下可以代替多個傳統(tǒng)測試接口適配器，簡化自動測試系統(tǒng)的搭建過程，提高測試系統(tǒng)的可重構(gòu)性，滿足測試任務多樣性的需求。

1 測試模型

1.1 測試設備模型

測試設備模型要素包括測試設備基本信息、外部接口定義、儀器信息、開關網(wǎng)絡信息、內(nèi)部連接關系等[2,5]。測試設備擁有的信號能力由內(nèi)部測試儀器經(jīng)過信號組合調(diào)理后生成，由外部接口對外提供。

1.2 信號路徑分配器模型

信號路徑分配器是連接自動測試系統(tǒng)測試設備與被測對象的裝置，實現(xiàn)測試設備與UUT 測點間各種信號的轉(zhuǎn)接、分配與調(diào)理。分配器模型要素包括分配器基本信息、外部接口定義、開關網(wǎng)絡信息、內(nèi)部連接關系等[2,4]，模型要素結(jié)構(gòu)如圖1 所示。其中分配器基本信息、接口定義、內(nèi)部連接關系、開關網(wǎng)絡為分配器模型必選要素。

圖1 信號路徑分配器模型

1.3 測試連接模型建模

在測試時，需要得到一條從UUT 到測試儀器的完整信號路徑，該路徑包括UUT 接口到分配器接口、分配器接口到測試設備接口、測試設備接口到儀器接口三部分[3,6]。測試設備模型中保存了儀器接口到測試設備接口的連接關系，因此還缺少從測試設備接口到UUT 測試點的連接關系。測試連接模型是測試設備接口經(jīng)過信號路徑分配后到UUT 接口的動態(tài)連接，與具體的測試動作有關，模型要素結(jié)構(gòu)如圖2 所示。其中測試連接關系包含每個測試動作的相關信息及面向每個測試動作的測試儀器端口信息，及被測端口與儀器端口之間的路徑連接關系。限于篇幅，本文不對UUT、測試序列模型作詳細介紹。

圖2 測試連接模型

2 信號路徑分配器設計

2.1 總體架構(gòu)

為簡化測試設備中內(nèi)部連接，測試設備中未規(guī)劃開關網(wǎng)絡，開關網(wǎng)絡規(guī)劃在信號路徑分配器中，測試設備中的測試儀器不直接與UUT 相連，而是通過信號路徑分配器實現(xiàn)測試設備與UUT 測點間各種信號的轉(zhuǎn)接、分配。這樣當UUT 發(fā)生改變時，只需更換測試設備有關儀器/模塊、配置文件和UUT 測試電纜，可提升測試系統(tǒng)的通用性和可擴展性。分配器參考CPCI插卡式機箱的結(jié)構(gòu)規(guī)范，在3U 標準箱體上增加前（連接至測試設備）、后面板（連接至被測對象）。分配器總體架構(gòu)如圖3 所示。

圖3 分配器總體架構(gòu)

2.2 分配器模塊設計

分配器內(nèi)部模塊包括控制模塊、電源模塊、矩陣開關、信號調(diào)理模塊（可根據(jù)應用場景選用具體的信號調(diào)理模塊類型，如模擬/數(shù)字等）、擴展模塊（可根據(jù)應用場景進行擴展）等。分配器中控制模塊選用PXI遠程控制卡，可與測試設備中的PXI 遠程控制卡組成PXI 橋接，實現(xiàn)測試設備對分配器內(nèi)部矩陣開關和其他模塊的遠程控制。限于篇幅，本文只對模擬信號調(diào)理模塊的設計進行簡介。

因為被測對象模擬信號的測試需求通常都超出了測試儀器的量程范圍，所以在測量前必須進行模擬信號的調(diào)理，分配器中模擬信號調(diào)理模塊主要就是實現(xiàn)該功能。模塊通過RS422 總線和上位機（測試設備控制器）進行通信，解析相關命令控制程控衰減電路完成對高壓模擬信號的衰減，再將衰減后的信號輸出到矩陣開關，原理如圖4 所示。

圖4 模擬信號調(diào)理模塊原理

模擬信號調(diào)理模塊的供電由電源模塊通過分配器背板提供；上位機通過RS422 將衰減配置參數(shù)發(fā)送給STM32，STM32 再控制光耦固態(tài)繼電器來選擇輸入信號的分壓電阻，從而實現(xiàn)對輸入信號的3 倍、10 倍、30倍的可控衰減，達到模擬信號調(diào)理目的。

3 驗證試驗

本文選取多個機載成品作為被測對象來進行驗證試驗，選取的被測對象的測試需求信號類型包括直流電壓信號、交流電壓信號、電阻信號等；測試設備包含直流穩(wěn)壓電源、示波器、PXI 測試設備（含萬用表卡、A/D 采集卡、三態(tài)I/O 卡等）。分配器中開關網(wǎng)絡采用2 個32*8 的矩陣開關組成。

首先針對這些機載成品進行被測對象及測試序列建模，然后對驗證需要的測試設備進行建模和內(nèi)部測試儀器建模，再對分配器及測試連接（不同的測試對象測試連接模型不同）進行建模，用工具軟件生成相應的XML 描述文件。其中測試連接模型中測試連接關系XML 描述示例如圖5 所示。

圖5 測試連接關系XML 描述示例

該測試連接關系是面向“SCZH_test”測試序列中的“pK 電壓檢查”測試動作，使用的測試儀器端口是“TS0332”測試設備的“TS0332:DO20”端口（簡單測試設備，測試設備端口與測試儀器端口相同），測試連接信息是從“TS0332:DO20”端口-分配器“NHDZ12010-01:32CH_DO20”端口-矩陣開關MS1 的Y7 端口-矩陣開關MS1 的X12 端口-分配器“NHDZ12010-01:UUT2_X12”端口-被測對象“JXXS_SCZH_A1.0”的“213XSP-m”端口。

測試儀器端口確認后，結(jié)合測試儀器模型、測試設備模型，即可確認該測試動作將使用哪個測試儀器執(zhí)行，再結(jié)合測試序列模型中的測試/激勵標識和激勵/測試信號描述，就可以驅(qū)動測試儀器開始測試；測試連接信息中如果涉及矩陣開關的端口，則測試程序?qū)ㄟ^PXI 遠程控制卡與分配器控制模塊進行通信，驅(qū)動矩陣開關中相應繼電器閉合；測試程序同時還會查詢測試連接信息中包含的分配器內(nèi)部的信號傳輸路徑，在分配器模型中是否存在信號傳輸參數(shù)，如前面描述示例中的矩陣開關MS1 的X12 端口-分配器“NHDZ12010-01:UUT2_X12”端口的信號傳輸路徑就存在信號衰減參數(shù)，因此需要再對比測試序列模型中的測試信號描述及測試儀器模型中的信號能力描述，如果測試信號直接在測試儀器的量程范圍內(nèi)，可以不進行衰減，如果測試信號超出測試儀器的量程范圍，則會用信號衰減參數(shù)進行計算，如果該參數(shù)滿足要求，測試程序會將該衰減參數(shù)通過RS422 發(fā)送給分配器中的模擬信號調(diào)理模塊進行相應的信號衰減。

通過測試設備中測試軟件加載某兩個被測對象相關的所有測試模型描述文件，測試軟件通過解析測試模型中的相關信息生成測試執(zhí)行程序，即可驅(qū)動儀器完成測試，如圖6 所示。這兩個驗證試驗中測試設備、測試儀器與分配器模型一致，僅被測對象、測試序列、測試連接模型不同，分配器與被測對象連接測試電纜不同。通過試驗驗證了基于測試模型的信號路徑分配器在滿足測試通路規(guī)模的前提下可以通過測試模型建模從而滿足不同被測對象、不同測試信號的需求，解決了傳統(tǒng)專業(yè)適配器重復開發(fā)的問題，提升了測試設備的可重構(gòu)性。

圖6 SCZH_test 和ZCZM_test

結(jié)束語

通過對基于測試模型的信號路徑分配技術的分析和研究，首先對自動測試設備、信號路徑分配器、測試連接模型等測試模型進行建模，然后對信號路徑分配器進行總體架構(gòu)及模塊設計。最后通過兩個不同被測對象的驗證試驗，驗證了該技術的有效性。