一種雙余度飛控計算機自動測試系統的軟硬件設計

韓晨+曹興岡+陳帥

摘 要： 隨著測試設備對性能要求的不斷提高，PXI測試技術平臺應運而生，并將其應用于機載計算機ATE設備軟、硬系統結構設計，模擬、離散及數字通訊接口設計以及測試設備自身計量校準設計等，并為機載計算機設備及類似測試設備提供優良的系統設計方案，其采用模塊化、標準化思想，通用性和推廣性極強。介紹了雙余度飛控計算機自動測試設備的設計，分別對自動測試設備的組成、技術指標以及軟件和硬件設計進行介紹，對雙余度飛控計算機模擬量、離散量、ARINC429、RS232等性能指標進行測試。該設備測試精度高，運行穩定可靠，具備設備自檢能力，具有一定實用性和推廣價值。

關鍵詞： 雙余度； 飛控計算機； 自動測試系統； PXI

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）22?0056?04

Software and hardware design of an automatic test system for dual?redundancy FLCC

HAN Chen， CAO Xing?gang， CHEN Shuai

（Aeronautics Computing Technique Institute， Xian 710068， China）

Abstract： Along with the continuous raising of performance requirement for the test equipment， the PXI test technique platform emerge with the tide of the times， and is applied to the structure design of airborne computer ATE software and hardware system， as well as the design of simulation， discrete and digital communication interface， and calibration of the test equipment. The perfect system design project was provided for the airborne computers and similar test equipments. It has very strong universality and generalization due to its modularization and standardization. The design of the automatic test system for dual?redundancy FLCC is introduced. The composition， technique index， software design and hardware design of the automatic test equipment are described. The emulation quantity， discrete quantity， ARINC429 and RS232 of the dual?redundancy FLCC were tested with the system. Its test accuracy is high. It has stable and reliable operation.

Keyword： dual?redundancy； FLCC； automatic test system； PXI

隨著測試設備對性能要求的不斷提高，PXI測試技術平臺應運而生。面向儀器系統的PCI擴展（PXI）是一種堅固的基于PC的測量和自動化平臺[1]。PXI作為測量和自動化系統的運載平臺具有高性能、低成本的特點，目前已經被廣泛運用于各種測試領域[2]。

1 設備組成

整個設備由機柜、散熱風扇、標牌、斷點板、信號調理箱、顯示器、鍵盤鼠標、PXI測試系統、28 V程控電源模塊和等部分組成。

2 硬件設計

2.1 該設備有以下幾個功能模塊

（1） 離散量輸出模塊

模擬外設信號類型，給待測件提供所需的30路離散量輸入信號。

（2） 離散量輸入模塊

模擬外設信號類型，采集待測件輸出的28路離散量輸出信號，在結構上采取光電隔離，減少對待測件的影響及對測試設備進行隔離保護。

（3） 模擬量輸出模塊

模擬外設信號類型，給待測件提供所需的21路模擬量輸入信號，包含直流模擬量和交流模擬量。

（4） 模擬量輸入模塊

采集待測件輸出的八路模擬量信號，驗證待測件的好壞及性能。

（5） 電源模塊

電源模塊分3部分，第1部分給待測件供28 V供電電源，該路可控調整；第2部分給測試設備離散信號及控制回路提供供電電源。

（6） 信號調理箱

提供信號變化和對外設的控制，分2部分，調理箱Ⅰ主要完成離散量信號的模擬及測試設備本身一些信號的操作控制，調理箱Ⅱ主要完成對被測件模擬信號的采集和輸出及回繞測試過程中信號的切換。

（7） 總線信號發送、接收模塊

整機配備ARINC429信號5路輸入/輸出可配置；RS 422信號1路輸出信號。

2.2 測試設備主要技術參數

（1） PXI機箱，選用NI公司PXI?測試設備主要技術參1042Q，主要技術指標：提供8個 3U PXI/CompactPCI 插槽（1個系統插槽，7個外設插槽）；具有工業標準的400 W ATX 供電電源；帶有溫度、電壓和風扇監控LED燈。

（2） 零槽控制器，選用NI公司的控制器 NI PXI?8106，該控制器技術指標：2.16 GHz Intel Core 2 Duo T7400雙核處理器 ；2 GB DDR2 內存；10/100/1 000 BaseTX （千兆）以太網， ExpressCard/34插槽， 4個高速USB端口；集成的硬盤， GPIB， 串口及其他外圍I/O。

（3） 數字I/O卡，選用NI公司PXI?6515，主要技術指標：隔離的32路漏/源輸入（±30 V DC） ；看門狗，可編程的上電狀態，變化檢測，輸入濾波器，高電流驅動 ；高度可靠的工業特性 工業24 V邏輯閾值；32路漏輸出（±30 V DC， 單通道475 mA，所有通道均為125 mA）。

（4） 模擬量輸出卡，選用NI公司PXI?6723，主要技術指標：單通道時采樣速率為每通道800 KS/s，32通道時為每通道45 KS/s ；轉換速度不超過10 kHz滿量程正弦波；NI?DAQmx測量服務軟件使配置和測量更簡單；同步更新，板載或外部更新時鐘。

（5） 模擬量采集卡，選用凌華公司cPCI?9112，主要技術指標：16通道模擬量采集，2通道模擬量輸出；輸出支持外部參考。

（6） 串口卡，選用NI公司 PXI?8430，該串口卡主要技術指標如下所示：高速DMA接口最大程度地降低了CPU開銷 ；57 b/s～1 000 Kb/s可變的標準和非標準波特率 ；128 B傳輸和接收FIFO；全部16個端口上的傳輸速率高達1 Mb/s ；完全支持多核處理器與超線程 ；2條電纜 （68針VHDCI轉8個DB9公口）。

（7） ARINC429卡，選用EXC?4000cPCI/X4K?B1，主要技術指標：10個通信端口，可任意配置為輸入、輸出；傳輸速率支持 12.5 Kb/s，100 Kb/s；直流供電電源，選用朝陽4NIC?QQ系列電源，主要技術指標：低噪音 高效率；性價比高 體積小；重量輕 新型AC/DC變換器；設計裕量大；工作頻率150～500 kHz。

（8） 機柜面板上安裝有斷點板，最大提供400路信號的檢測。方便設備檢修及故障診斷。

3 軟件設計

測試設備系統軟件主要包括下列幾部分：測試部分、自檢部分、回繞測試部分、校準測試部分。各部分通過管理界面有機的統一在一起，方便操作使用。本次設計下位機系統采用NI的PXI系統，相應地在開發軟件環境上選用直觀、方便的NI Labview 8.6；操作系統選用大眾化的WindowsXP[3]。軟件流程如圖1所示。

圖1 應用軟件流程圖

測試主界面如圖2所示。

圖2 測試主界面圖

4 工作原理

測試設備設計結構框圖如圖3所示。測試設備電源組件給被測試計算機提供工作電源，待被測試計算機啟動后，仿真組件模擬飛機傳感器信號，將其被測試計算機輸入端口，在被測試計算機內部將信號離散化，對離散化后數據進行計算和監控，然后再將處理后的數據還原，輸出到輸出端口去控制舵機動作、告警顯示等[4]。因此，在測試設備上，采集組件接收被測試計算機輸出的控制信號，經過工業計算機處理并顯示在測試界面，作為測試被測試計算機是否工作正常的依據[5]。測試系統主要由主控計算機、信號調理系統、飛控計算機傳感器模擬部分、測試控制面板、端接板適配器部分、電源部分等6部分組成[6]。

圖3 原理框圖

根據測試需求，測試可劃分為：

（1） 機內自測試。測試軟件通過RS 232發送操作命令控制UUT執行自測試操作，讀取測試結果。

（2） 離散量輸入測試。離散量輸入測試分為A、B通道測試，A、B通道各包含30路，信號分為28 V/開24路，28 V/地4路，地/開2路。通過輸入門限電壓值確定離散量狀態，并回采離散量，比較回采值與被測設備的采集值判斷測試結果。離散量輸入框圖如圖4，圖5所示。

圖4 28 V/地離散量信號輸出電路

（3） 離散量輸出測試。離散量輸出測試分為A、B通道測試，A、B通道各包含28路，信號分為27 V/開5路，地/開22路。A通道測試可調用離散量輸出測試程序，B通道測試先置A通道CPU掛起，即A通道CPU的GSE信號置“1”，然后調用離散量輸出測試程序。控制被測設備輸出離散量狀態，經調理電路通過模擬量采集板卡采集離散量輸出狀態的門限電壓值。

離散量輸出框圖如圖6，圖7所示。

（4） 模擬量輸入測試。模擬量輸入測試分為A、B通道測試。模擬量輸入A、B通道信號相同，直流模擬量輸入14路，單相交流模擬量輸入7路，每一路根據模擬量范圍設置5或3個測試點，通過模擬量輸出卡輸出模擬量經調理電路給被測設備。其中交流模擬量為了保證其相位與被測設備激勵相位相同，通過同一信號源進行變換分別輸入給被測設備。模擬量輸入實現框圖如圖8所示。

圖5 開/地離散量信號輸出電路

圖6 28 V/地離散信號的調理

圖7 斷開/接地信號的調理

圖8 模擬量輸入實現框圖

（5） 模擬量輸出測試。模擬量輸出測試分為A、B通道測試，A通道測試調用模擬量輸出測試程序，顯示電壓值。B通道測試時先置A通道CPU掛起，即A通道CPU的GSE信號置“1”，然后調用模擬量輸出測試程序，顯示電壓值。模擬量輸出A、B通道共8路，每路設置3個測試點，控制被測設備輸出，經調理電路給模擬量采集板采集。

模擬量輸出實現框圖如圖9所示。

圖9 模擬量輸出實現框圖

（6） ARINC429測試。ARINC429 3路輸入、2路輸出，傳輸速率 100 Kb/s；ARINC429 環繞測試：測試軟件控制繼電器K1閉合完成ARINC429外環路連接，通過RS 232發送命令執行ARINC429環繞測試，回讀并解析測試結果。ARINC429通信測試：斷開繼電器K1，按照ARINC429通信協議與UUT進行數據傳輸，通過RS 232發送命令執行ARINC429通信測試，根據發送接收數據判斷測試結果。ARINC429框圖如圖10所示。

圖10 ARINC429測試框圖

（7） RS 422測試：RS 422輸入1路，傳輸速率9 600 b/s；RS 422環繞測試：測試軟件控制閉合繼電器K1完成RS 422外環路連接，通過RS 232發送命令執行RS 422環繞測試，回讀并解析測試結果。

RS 422通信測試：斷開繼電器K1，按照RS 422通信協議與UUT建立通信，通過RS 232發送命令執行RS 422通信操作，通過發送和接收數據判斷測試結果。RS 422測試框圖如圖11所示。以上的測試都分為自動和手動兩種操作方式，便于測試人員進行設備驗收及實驗調試，測試過程中測試軟件自動保存測試結果，生成測試報表。

圖11 RS 422測試框圖

5 結 語

雙余度飛控計算機自動測試設備，使用PXI測試平臺，配合LabVIEW軟件，使得開發更規范化和標準化。系統開發周期短，有效地降低成本，并具有良好的可擴展性和可移植性。在重點關注針對自動化測試及高覆蓋率測試的基礎上，還充分考慮測試設備自身計量校準軟、硬件設計，有利于提高測試設備的自身可靠性。根據不同的測試需要，進行適當擴展和資源復用，其通用性、先進性和擴展性可廣泛應用于多種類型的測試設備，以便于滿足不同測試需求。

參考文獻

[1] 王瑞，孫虎元.基于PXI總線的導彈火控自動測試系統設計[J].彈箭與制導學報，2012，32（6）：45?48.

[2] 李行善，左毅，孫杰.自動測試系統集成技術[M].北京：電子工業出版社，2004.

[3] 付寧，趙浩然.PXI數字化儀的觸發設計[J].電子測量技術，2012，35（8）：116?119.

[4] 張彥忠，周曉光.基于PXI的艦載動態參數測試系統設計[J].現代電子技術，2011，34（9）：63?65.

[5] 房莉，陳湘平.基于PXI的軸角數據轉換器精度測試系統設計[J].測控技術，2011，30（7）：5?8.

[6] 彭鋼鋒.機載計算機專用檢測設備計量方法研究[D].西安：中國航空計算技術研究所，2009.

圖8 模擬量輸入實現框圖

（5） 模擬量輸出測試。模擬量輸出測試分為A、B通道測試，A通道測試調用模擬量輸出測試程序，顯示電壓值。B通道測試時先置A通道CPU掛起，即A通道CPU的GSE信號置“1”，然后調用模擬量輸出測試程序，顯示電壓值。模擬量輸出A、B通道共8路，每路設置3個測試點，控制被測設備輸出，經調理電路給模擬量采集板采集。

模擬量輸出實現框圖如圖9所示。

圖9 模擬量輸出實現框圖

（6） ARINC429測試。ARINC429 3路輸入、2路輸出，傳輸速率 100 Kb/s；ARINC429 環繞測試：測試軟件控制繼電器K1閉合完成ARINC429外環路連接，通過RS 232發送命令執行ARINC429環繞測試，回讀并解析測試結果。ARINC429通信測試：斷開繼電器K1，按照ARINC429通信協議與UUT進行數據傳輸，通過RS 232發送命令執行ARINC429通信測試，根據發送接收數據判斷測試結果。ARINC429框圖如圖10所示。

圖10 ARINC429測試框圖

（7） RS 422測試：RS 422輸入1路，傳輸速率9 600 b/s；RS 422環繞測試：測試軟件控制閉合繼電器K1完成RS 422外環路連接，通過RS 232發送命令執行RS 422環繞測試，回讀并解析測試結果。

RS 422通信測試：斷開繼電器K1，按照RS 422通信協議與UUT建立通信，通過RS 232發送命令執行RS 422通信操作，通過發送和接收數據判斷測試結果。RS 422測試框圖如圖11所示。以上的測試都分為自動和手動兩種操作方式，便于測試人員進行設備驗收及實驗調試，測試過程中測試軟件自動保存測試結果，生成測試報表。

圖11 RS 422測試框圖

5 結 語

雙余度飛控計算機自動測試設備，使用PXI測試平臺，配合LabVIEW軟件，使得開發更規范化和標準化。系統開發周期短，有效地降低成本，并具有良好的可擴展性和可移植性。在重點關注針對自動化測試及高覆蓋率測試的基礎上，還充分考慮測試設備自身計量校準軟、硬件設計，有利于提高測試設備的自身可靠性。根據不同的測試需要，進行適當擴展和資源復用，其通用性、先進性和擴展性可廣泛應用于多種類型的測試設備，以便于滿足不同測試需求。

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[6] 彭鋼鋒.機載計算機專用檢測設備計量方法研究[D].西安：中國航空計算技術研究所，2009.

圖8 模擬量輸入實現框圖

（5） 模擬量輸出測試。模擬量輸出測試分為A、B通道測試，A通道測試調用模擬量輸出測試程序，顯示電壓值。B通道測試時先置A通道CPU掛起，即A通道CPU的GSE信號置“1”，然后調用模擬量輸出測試程序，顯示電壓值。模擬量輸出A、B通道共8路，每路設置3個測試點，控制被測設備輸出，經調理電路給模擬量采集板采集。

模擬量輸出實現框圖如圖9所示。

圖9 模擬量輸出實現框圖

（6） ARINC429測試。ARINC429 3路輸入、2路輸出，傳輸速率 100 Kb/s；ARINC429 環繞測試：測試軟件控制繼電器K1閉合完成ARINC429外環路連接，通過RS 232發送命令執行ARINC429環繞測試，回讀并解析測試結果。ARINC429通信測試：斷開繼電器K1，按照ARINC429通信協議與UUT進行數據傳輸，通過RS 232發送命令執行ARINC429通信測試，根據發送接收數據判斷測試結果。ARINC429框圖如圖10所示。

圖10 ARINC429測試框圖

（7） RS 422測試：RS 422輸入1路，傳輸速率9 600 b/s；RS 422環繞測試：測試軟件控制閉合繼電器K1完成RS 422外環路連接，通過RS 232發送命令執行RS 422環繞測試，回讀并解析測試結果。

RS 422通信測試：斷開繼電器K1，按照RS 422通信協議與UUT建立通信，通過RS 232發送命令執行RS 422通信操作，通過發送和接收數據判斷測試結果。RS 422測試框圖如圖11所示。以上的測試都分為自動和手動兩種操作方式，便于測試人員進行設備驗收及實驗調試，測試過程中測試軟件自動保存測試結果，生成測試報表。

圖11 RS 422測試框圖

5 結 語

雙余度飛控計算機自動測試設備，使用PXI測試平臺，配合LabVIEW軟件，使得開發更規范化和標準化。系統開發周期短，有效地降低成本，并具有良好的可擴展性和可移植性。在重點關注針對自動化測試及高覆蓋率測試的基礎上，還充分考慮測試設備自身計量校準軟、硬件設計，有利于提高測試設備的自身可靠性。根據不同的測試需要，進行適當擴展和資源復用，其通用性、先進性和擴展性可廣泛應用于多種類型的測試設備，以便于滿足不同測試需求。

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[6] 彭鋼鋒.機載計算機專用檢測設備計量方法研究[D].西安：中國航空計算技術研究所，2009.