基于LAN的混合總線ATS研究與設計

摘 要:以構建基于LAN的混合總線ATS為目的，研究時鐘同步、設備組網、接口適應性與通用檢測、軟件設計等關鍵技術，并提出一種基于LAN的混合總線ATS設計方案，該系統具有集中控制、分散測量、通用性強等特點。

關鍵詞:LAN; 混合總線; ATS; 硬件組成; GPS授時

中圖分類號:TP274 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)07-0045-03

Research and Design of Mixed-bus ATS Based on LAN

LI Yan-chun， ZHOU Ming-guang， LIU Zhi-wei

(Unit 92941 of PLA， Huludao 125001， China)

Abstract:In order to construct a mixed-bus automatic test system(ATS) based on LAN， the key technologies such as clock synchronization， network connection of devices， interface adjustability， general detection and software design are researched. An approach of the mixed-bus ATS based on LAN is proposed. And the system has the characteristics of integrated control，dispersion measurement and high general performance.

Key words:LAN; mixed-bus; ATS; hardware composition; GPS time granted

0 引 言

為適應武器裝備靶場試驗測試需要，傳統作法是根據被試武器裝備型號、載體類型、信息傳輸方法、被測信號種類和監測點數量，結合可供選擇測試總線實際，選擇某種測試總線構成自動測試系統(Automatic Test System，ATS)。從應用情況來看，不管采用何種總線的設備都存在不足，特別是當被測參數種類較多、監測點數量較大，或者兩被測對象之間距離較遠時，測試系統結構復雜，軟件開發工作量大。

隨著武器裝備系統化、模塊化、網絡化和自動化程度的提高，對測試設備功能、精度、體積、通用性、可靠性等方面提出了新的要求，現有測試設備和傳統的測試系統設計方法已難以滿足試驗測試需要。

1 混合總線測試系統及關鍵技術

1.1 混合總線測試系統軟硬件架構

總線是信號或信息傳輸的公共路徑，是實現芯片之間、模塊之間、系統之間，以及系統與控制對象之間信息傳輸的各種信號線和控制線的集合[1]。為了簡化測試系統結構，在測試系統研制中引入了總線技術。總線的引入對測試系統的研制、生產、使用和維護產生了深遠的影響，在武器裝備測試設備中占據重要地位[2]。

混合總線測試系統可整合不同總線ATE平臺優勢，整合的關鍵在于正確使用層次架構對系統進行設計[3]。典型混合總線測試系統軟硬件架構如圖1所示，系統上層包括應用開發環境和測量與控制服務軟件。應用開發環境可使用LabVIEW，LabWindows/CVI，VB，C++等語言，測量與控制服務軟件包括VISA，IVI，Instrument Driver，DAQmx。底層硬件可以是GPIB，PXI，VXI和LXI等總線儀器[4]。

圖1 典型混合總線測試系統軟硬件架構

1.2 關鍵技術

基于LAN的混合總線測試系統涉及傳感器、信號處理、計算機、測控總線、網絡通信等技術，在應用時并不是將這些技術進行簡單組合。因此，在靶場測試設備應用中需解決時鐘同步、測試設備組網、測試接口的適應性與通用檢測等關鍵技術。

1.2.1 時鐘同步

GPS授時技術對靶場測試系統有獨特優勢。GPS授時技術打破了原有時鐘同步技術的地域局限，在完成相同功能前提下可降低同步裝置成本，提高同步精度;省去在試驗飛機上加裝電臺，在試驗艦船上設置時統戰位帶來的諸多不便。

LXI儀器的出現為測試系統的同步提供了新的途徑。LXI儀器提供網絡消息觸發、IEEE 1588時鐘同步觸發和觸發總線三種同步觸發方式[5]。網絡消息觸發由于受到網絡傳輸延遲的影響，同步誤差在毫秒級。在千兆以太網上使用IEEE 1588時鐘同步觸發可以使分布于世界各地的LXI設備之間的同步達到毫秒以下的精度，而在模塊之間可以達到納秒級的精度，非常適用于多通道、分布式的測試場合，觸發總線模式誤差[6]約為3 ns/m。

在基于LAN的混合總線測試系統可采用GPS時鐘和LXI觸發總線觸發相結合的方法，實現系統內部各測試總線設備之間、以及系統與靶場測控網之間的同步。系統與靶場測控網之間的同步，以及系統內部GPIB、VXI和PXI總線各設備間的同步采用GPS時鐘同步，系統與LXI儀器/設備間的同步采用觸發總線觸發同步，其觸發信號由系統GPS時鐘設備提供。

1.2.2 測試設備組網

測試設備組網，就是利用外部總線完成分立式儀器/設備與測控計算機之間的互連，實現測試資源與測試任務的調控。目前常用的外部總線包括GPIB，SCXI，MXI，USB，IEEE 1394，LAN和LXI總線，其中GPIB和LXI又稱分立式儀器總線。外部總線除與系統配置的儀器、儀表提供的接口有關外，還與測量功能、信號帶寬、傳輸延時、傳輸距離等因素有關。因此，選擇外部總線組網時應以滿足任務需求為前提，以最佳的性價比為準則，兼顧系統的可擴展性要求。

混合總線網絡化ATS組網時可采用如圖2所示的結構，對于GPIB儀器通過GPIB/LAN轉換器可實現與測試系統組網;VXI總線儀器可通過零槽控制器網絡接口與測試系統組網，也可由VXI總線網絡接口模塊與測試系統組網;PXI總線儀器可通過系統控制器模塊網絡接口與測試系統組網，也可由PXI總線網絡接口模塊與測試系統組網。

1.2.3 接口適應性與通用檢測

在靶場進行的各種被試武器系統中，拋開具體的被測對象型號和載體形式，僅從被測參數信號形式可分為電信號和非電量兩大類。電信號又可分為模擬信號和數字信號。非電量主要包括穩態(溫度)和動態參數(角速度、振動、壓力、應變等)信號。通過溫度、角速度、振動、壓力、應變等傳感器可實現非電量到電信號的轉換[7]。

圖2 混合總線網絡化ATS組網結構

為了實現電信號的采集和非電量的測量，必須在測試系統中配置相應的測試接口。數字信號只需配置相應的接口板/卡便可實現硬件連接。模擬信號除配置相應信號采集板/卡外，有的被測系統/裝置還需在激勵信號的作用下才有信號輸出，在傳統測試設備中這類接口板是專用的。要實現這種類型被測系統/裝置的通用檢測，必須首先實現檢測接口標準化、規范化。針對被測系統/裝置電氣接口信號多樣性這一實際，在綜合測試系統中有的測試接口要采用智能設計。智能接口是實現通用自動測試的關鍵，即在識別了被測設備類型后，自動完成對被測試對象接口的適應[8]。

1.2.4 軟件設計方法

基于LAN的綜合測試系統任務多樣，不同任務需由不同硬件支撐形成專用測試系統。如何對復雜多樣的測試任務、系統儀器，大量試驗數據的科學管理是系統軟件設計的重要任務。按傳統設計方法將單一功能的測試設備簡單疊加形成綜合測試系統，不可能實現真正意義上的綜合測試，也難以實現對眾多測試接口、系統儀器和試驗數據的科學管理。因此，系統軟件設計時應采用數據庫和COM(Component Object Model，組件模型)技術。

采用數據庫技術對復雜多樣的測試任務、系統儀器、儀器配置與標定、試驗數據等進行管理[9]。通過對系統任務進行階段劃分，以任務代號區分具體任務，靈活定義系統功能，科學管理試驗數據，體現虛擬儀器概念。

組件技術是繼模塊化、結構化，面向對象方法之后發展起來的一種軟件開發方法[10]。在COM架構下開發出各種功能專一的軟件“積木塊”，根據測試任務需要將其裝配起來構成復雜的應用系統，最大程度地實現軟件的復用。組件是可以明確辨識和管理、可以提供某項服務的自包含的軟件模塊。它封裝了一定的數據(屬性)和方法(函數)，并提供特定接口。開發人員通過訪問這些特定接口來使用組件，與其他程序模塊交互、通信，實現預期的功能。COM組件獨立于任何特定語言，用一種語言開發的組件可被其他語言訪問;COM組件隱藏了功能實現細節，對外提供標準接口。當組件的技術發生了變化而接口沒變時，使用這些組件的應用程序可完全不用更改。COM組件是經過編譯、鏈接的二進制代碼，它的表現形式是動態鏈接庫(DLL)或可執行文件(.exe)，可以跨進程、跨機器訪問。組件可以位于網絡任意一臺計算機上，充分發揮網絡的功能。

2 系統設計

基于LAN的混合總線ATS由LXI總線儀器/設備，GPIB儀器，VXI和PXI儀器/設備，測控計算機，操控終端，交換機或集線器等組成，其組成如圖3所示。其中VXI總線儀器/設備由VXI機箱、零槽計算機模塊、VIX總線儀器模塊組成;PXI總線儀器/設備由PXI總線機箱、系統控制器模塊、PIX總線儀器模塊組成。

圖3 基于LAN的混合總線ATS結構

測控計算機用于實現對測試儀器/設備的控制，承擔對操控終端權限和系統數據庫的管理。基于測控計算機的數據庫可為操控終端提供各項數據存儲服務，也可供其他用戶查詢、使用。

LXI總線儀器/設備，GPIB儀器，VXI和PXI儀器/設備用于完成具體測試任務。系統可選組網工作模式，也可選獨立工作模式，兩種模式可通過軟件由操控終端進行切換。當被測參數種類較多、監測點數量較大時采用組網工作模式，以便集中操控和對一些關鍵試驗信息進行實時監視。當被測參數種類較少、監測點數量較少時可采用獨立工作模式，此模式投入測試儀器/設備數量相應減少。當測控計算機與測試儀器/設備間距離較近時，可通過測試儀器/設備網絡接口構成局域網，較遠時可通過靶場測控網組網。

操控終端用于對系統進行操作和控制。在測控計算機管理下可對測試儀器/設備進行操控，利用網絡化虛擬儀器軟件可以對測試儀器/設備進行配置和操控，根據任務需要可對測試數據進行分析處理，可對系統數據庫信息進行查詢與管理。

3 結 語

基于LAN采用混合總線結構，簡化了綜合測試系統軟硬件設計，整合了成熟的GPIB、VXI和PXI總線測試儀器/設備功能，增強系統靈活性，節約新系統的構建成本，快速、高效地構建綜合性測試系統，以適應武器裝備新型號發展的測試需要。

參考文獻

[1]劉東，許自富，王琛，等.軍用ATS測試總線技術的現狀與發展趨勢[J].計測技術，2008(1):4-5.

[2]杜會斌.自動測試在軍事電子技術中的應用[J].無線電工程，2005(9):63-64.

[3]馬麗花，馬捷中.基于VXI、PXI和LXI的網絡化混合測試系統設計[J].計算機測量與控制，2008，16(8):1 059-1 061.

[4]吳建飛，吳佳.基于PCI Express總線的數據采集設備實現[J].現代電子技術，2008，31(20):110-111.

[5]Agilent Technologies. 10 Good Reasons to Switch to LXI[DB/OL]. [2006-08-12]. http//cp.Liteature.agilent.com/litweb/pdf/5989-4372EN.pdf.

[6]LXI Consortium. LXI standard revision 1.0[M]. [S.l.]: LXI Consortion， 2005.

[7]周明光，張建軍，李艷春.基于網絡技術的混合總線測試系統設計[J].計算機測量與控制，2009，17(3):465-466.

[8]張成名，王建華.自動測試系統的通用性研究[J].微計算機信息，2007，23(1):77-78.

[9]劉金寧，孟晨，楊鎖昌，等.COM技術在虛擬儀器測試軟件設計中的應用研究[J].計算機測量與控制，2004，12(3):268.

[10]李遠哲.基于數據庫技術的綜合測試系統軟件的設計方法研究[J].測控技術，2002(9):44-45.