基于GPIB和PXI總線的通信導(dǎo)航自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

肖炎榮　謝來陽

【摘要】 隨著航空技術(shù)的發(fā)展，通信導(dǎo)航設(shè)備的檢測(cè)工作也越來越復(fù)雜。自動(dòng)測(cè)試技術(shù)是當(dāng)今通信導(dǎo)航設(shè)備檢測(cè)、維修技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，因此通信導(dǎo)航設(shè)備的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)工作尤為重要。GPIB（General Purpose Interface Bus）即通用接口總線，以及PXI（PCI extensions for Instrumentation），為目前自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）常用的總線。以LabWindows/CVI 2010作為軟件開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。在該設(shè)備軟件開發(fā)過程中，為設(shè)備中的測(cè)量?jī)x器，編寫了配套的驅(qū)動(dòng)程序，從而為用戶屏蔽了復(fù)雜的底層硬件細(xì)節(jié)。

【關(guān)鍵詞】 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 通信導(dǎo)航設(shè)備 測(cè)試程序集 GPIB總線 PXI總線

一、概述

近年來，航空技術(shù)發(fā)展迅猛，與之配套的通信導(dǎo)航設(shè)備也愈發(fā)復(fù)雜。因此，通信導(dǎo)航設(shè)備的檢測(cè)工作也越來越復(fù)雜、困難。而由于民航產(chǎn)業(yè)的特殊性，其飛行的安全性非常重要，故對(duì)其配套的通信導(dǎo)航設(shè)備的穩(wěn)定性與可靠性要求異常的高，從而對(duì)通信導(dǎo)航設(shè)備的檢測(cè)工作尤為重要。

傳統(tǒng)的手工測(cè)試效率低，且由于測(cè)試人員的個(gè)體差異，測(cè)試效果的準(zhǔn)確性并不穩(wěn)定。顯然傳統(tǒng)的手工測(cè)試工作已無法滿足要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，以及設(shè)備檢測(cè)工作日益困難，自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。利用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)通信導(dǎo)航設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，可極大提高檢測(cè)工作的效率及可靠性。發(fā)展并完善通信導(dǎo)航設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是一項(xiàng)勢(shì)在必行的工作。

二、自動(dòng)測(cè)試設(shè)備構(gòu)成

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)分為自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）、測(cè)試程序集（TPS Test Program Set）兩部分，如圖1所示：

1、自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）：

自動(dòng)測(cè)試設(shè)備由IPC（工控機(jī)）、接口總線（如GPIB、PXI、VXI、RS232等）、各式測(cè)量、激勵(lì)儀器構(gòu)成。IPC根據(jù)測(cè)試程序通過接口總線向各儀器發(fā)送命令，控制儀器完成相應(yīng)的測(cè)量動(dòng)作，同時(shí)也從這些儀器中讀取數(shù)據(jù)，并分析處理這些數(shù)據(jù)，生成報(bào)告。

2、測(cè)試程序集（TPS）：

測(cè)試程序集分為三部分，即測(cè)試程序（TP）、測(cè)試單元適配器（TUA）、測(cè)試程序集文檔。

測(cè)試程序是為被測(cè)單元開發(fā)的一組能由測(cè)試設(shè)備執(zhí)行的代碼序列，用來完成對(duì)被測(cè)單元進(jìn)行功能及各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試，并輸出測(cè)試結(jié)果。

接口適配器稱為測(cè)試單元適配器，是自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的重要組成部分，主要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的通用測(cè)試接口向被測(cè)單元特定接口的轉(zhuǎn)換，即用與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與測(cè)試儀器、被測(cè)單元之間的電氣和機(jī)械連接。

測(cè)試程序集文檔。測(cè)試程序集文檔的作用是提供自動(dòng)測(cè)試設(shè)備完成對(duì)被測(cè)單元自動(dòng)檢測(cè)的各類文字信息，例如測(cè)試指南、接口適配器文檔、測(cè)試程序說明等內(nèi)容。

三、硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1 GPIB總線簡(jiǎn)介

GPIB（General Purpose Interface Bus）總線是一種并行的與可程控測(cè)量?jī)x器件相連接的小型標(biāo)準(zhǔn)接口總線系統(tǒng)。GPIB的硬件規(guī)格和軟件協(xié)議已納入國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) — IEEE488.1和IEEE488.2[1]。

GPIB器件與控制器的連接方式有三種：線型連接、星形連接以及混合型。

3.2 PXI總線簡(jiǎn)介

PXI（PCI extensions for Instrumentation）總線是PCI總線的相儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，由NI于1997年發(fā)布，是一種開放性、模塊化儀器總線規(guī)范。

PXI規(guī)范包括3個(gè)方面：機(jī)械性能、電氣性能、軟件性能[3]。

3.3 硬件平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件資源通過GPIB、PXI、SCXI與IPC（工控機(jī)）進(jìn)行通信。

（1）以GPIB為接口總線的儀器通過GPIB卡與工控機(jī)進(jìn)行通信。（2）以PXI作為接口總線的儀器插在PXI機(jī)箱中，在機(jī)箱的主板中通過PXI總線與PXI機(jī)箱的0槽的控制器相連，PXI機(jī)箱的0槽的控制器通過MXI-4與工控機(jī)相連，從而實(shí)現(xiàn)通信。（3）SCXI機(jī)箱中的設(shè)備在SCXI機(jī)箱主板中通過SCXI總線與機(jī)箱的控制器通信，SCXI機(jī)箱的控制器與工控機(jī)通過USB總線通信，從而實(shí)現(xiàn)了通信。

硬件平臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示：

四、基于自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的例程

系統(tǒng)的軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)所用的開發(fā)工具是LabWindows/CVI 2010。

LabWindows/CVI是NI推出的一套面向測(cè)控領(lǐng)域的軟件開發(fā)平臺(tái)，其功能強(qiáng)大，可以容易地設(shè)計(jì)出符合實(shí)際要求的儀表操作界面，并對(duì)采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種數(shù)學(xué)處理和運(yùn)算。它的集成化開發(fā)平臺(tái)，交互式編程方法，豐富的控件和庫函數(shù)大大增強(qiáng)了C語言的功能，為熟悉C語言的開發(fā)人員建立檢測(cè)系統(tǒng)，自動(dòng)測(cè)量環(huán)境，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，過程監(jiān)控系統(tǒng)等提供了一個(gè)理想的軟件開發(fā)環(huán)境[5]。

本例程以ATE中的硬件資源——GNS743A作為被測(cè)單元。

GNS743A是導(dǎo)航衛(wèi)星模擬器，可產(chǎn)生GLONASS和GPS在L1子帶上的衛(wèi)星射頻信號(hào)，用于對(duì)GLONASS和GPS接收機(jī)進(jìn)行工程測(cè)試。

GLONASS是俄羅斯開發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，以前蘇聯(lián)地心坐標(biāo)系（PE-90）作為坐標(biāo)系，采用頻分多址技術(shù)，衛(wèi)星靠頻率不同來區(qū)分，每組頻率的偽隨機(jī)碼相同。其L1自帶上的信號(hào)頻率分別是1602.0000+K*0.5625 MHZ（K=1 to 24）。

本例程的測(cè)試內(nèi)容是GNS743A所合成產(chǎn)生的GLONASS的信號(hào)，如表1所示。

本例程是用HP8596E頻譜儀對(duì)GNS743A的部分頻率進(jìn)行測(cè)試，并將結(jié)果輸出至“*.ar”文件。

程序?qū)⑾葘?duì)相關(guān)硬件初始化，然后在使GNS743A輸出不同頻率的信號(hào)。HP8596E接收到信號(hào)后，由控制平臺(tái)對(duì)所接受的信號(hào)頻率與相應(yīng)的標(biāo)稱值進(jìn)行比較，若在容差范圍內(nèi)，則判斷為正確，否則錯(cuò)誤。

五、結(jié)論

本論文根據(jù)通信導(dǎo)航設(shè)備的實(shí)際測(cè)試工作需求做了深入分析，并以此為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了規(guī)劃。

硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)方面：總線選用GPIB、PXI作為系統(tǒng)的主要總線，輔以SCXI總線。硬件資源主要采用了安捷倫、R&S公司、惠普、艾法斯等公司所生產(chǎn)的測(cè)量?jī)x器，這些測(cè)量?jī)x器在工控機(jī)的帶動(dòng)下，可完成對(duì)通信導(dǎo)航設(shè)備的精確、可靠的測(cè)量。

軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)方面：以LabWindows/CVI作為開發(fā)工具，實(shí)行了模塊化設(shè)計(jì)，是的軟件平臺(tái)的維護(hù)、升級(jí)變得更加方便。此外，系統(tǒng)也定義了平臺(tái)專用的編程指令，簡(jiǎn)化了TPS開發(fā)人員的編程工作。

成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)GNS743A輸出GLONASS不同頻率信號(hào)的測(cè)試。針對(duì)不同的通信導(dǎo)航設(shè)備，可設(shè)計(jì)出相應(yīng)的接口和測(cè)試子程序集，隨著未來測(cè)試儀器儀表的不斷完善，應(yīng)可逐漸達(dá)到實(shí)現(xiàn)本通信導(dǎo)航設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 楊樂平，李海濤，肖凱. 虛擬儀器技術(shù)概論[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2002：7

[2] 曹東，徐向民. 基于 GPIB 總線結(jié)構(gòu)的航空電子設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2010，（32）：7951-7955

[3] PXI Hardware Specification Rev2121September22，20041http：//pxisa1org/specifications

[4] National Instruments Corporation1The measurement and automation catalog 20071National IustrumentsCorporation12007

[5] 王建新，楊世鳳，隋美麗. LabWindows/CVI測(cè)試技術(shù)及工程應(yīng)用[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：3