機載機電系統自動測試平臺的設計與實現

武君勝,李 莉,,曹 靜,張 雙

(1.西北工業大學 軟件與微電子學院，西安 710072; 2.中航工業西安航空計算技術研究所，西安 710068)

機載機電系統自動測試平臺的設計與實現

武君勝1,李 莉1,2,曹 靜1,張 雙2

(1.西北工業大學 軟件與微電子學院，西安 710072; 2.中航工業西安航空計算技術研究所，西安 710068)

以提高某型飛機機載機電系統UMS的外場故障定位和隔離能力為背景，實現資源整合，對UMS系統通用自動測試平臺GPATE的硬件結構與軟件技術進行了研究，介紹了GPATE平臺的硬件結構的組成和軟件架構的設計，在GPATE平臺上采用標準化、模塊化設計，實現了硬件的通用性和軟件的可移植性；通過實驗室靜態仿真和外場動態驗證表明，GPATE的設計合理、各項指標均能滿足實現對UMS系統功能測試的要求，有效地提高了產品的故障檢測率。

通用自動測試平臺；測試程序集；機載機電系統；可移植性

0 引言

在現代飛機一體化發展的大趨勢下，飛機機電系統正向著綜合化、多電化和智能化的方向發展，目標是實現功能、能量、控制和物理4個方面的全綜合[1]。現階段，已將飛機的燃油系統、液壓系統、環控系統、電源系統和剎車系統等融合設計為機電系統(UMS)，實現了物理結合、綜合控制和能力管理，是飛機機載系統綜合化的一大跨越。

針對UMS系統的測試是貫穿其設計、生產、維護和維修的全壽命周期過程中必不可少的重要環節，也是檢驗系統工作狀態的重要手段[2-3]。依據飛機UMS系統的組成特點，針對其工作的重要性和架構的特殊性，遵循通用化、標準化及模塊化的原則，研制通用自動測試平臺(GPATE)。GPATE是以ATLAS 716編譯器和可互換虛擬儀器(IVI)驅動技術為核心的軟、硬件結合的集成系統，它由自動測試系統集成、測試程序開發、調試及運行等多重功能和環境組成，支持IVI-C和IVI-COM接口，提供同類儀器的互換機制，實現同類儀器驅動器函數形式和參數的完全統一[4]。此設計使GPATE的硬件接口具有通用性和開放性、測控軟件可移植且可重構，實現了平臺的靈活組建，滿足了系統的擴展需求。

GPATE包括通用檢測平臺、系統專用適配器及測控軟件三部分，文中將對平臺硬件技術、測控軟件技術進行詳細研究，并對系統專用適配器的實現方法進行介紹。

1 GPATE平臺硬件技術

1.1 通用檢測平臺的硬件結構

GPATE的硬件結構如圖1所示，主要由系統控制器、測試系統主機箱、適配器(TUA)和被測單元(UUT)四部分構成[5]。其中：系統控制器和測試系統主機箱的組合則被稱為‘通用檢測平臺’(見圖1中的虛線部分)。

圖1 通用檢測平臺硬件結構

1)系統控制器。采用外置式計算機，用于管理和控制系統的運行，是整個測試系統的核心，完成的功能包括測試控制、故障診斷控制、界面和數據顯示及系統管理等。

2)測試系統主機箱。包含電源、總線背板、冷卻系統、模塊化儀器(例如測量類儀器、能源類儀器、開關模塊和通用負載等)、ICA端口連接器、各種內部總線和連線等。其中，主機箱內所有模塊化儀器的輸入、輸出端口直接與ICA相連。

3)通用資源控制總線。系統控制器通過VXI/PXI總線等方式完成對測試系統主機箱內各種測試資源的初始化，并收集測試結果、存儲和顯示。

4)模塊化儀器。接收來自資源控制總線的命令，確定能源類模塊和負載類模塊的狀態；通過開關模塊實現系統測試通路的分配和控制；使用測量類儀器完成對系統輸出信號的測量；并通過資源控制總線反饋測試結果。

1.2 硬件結構設計

GPATE采用箱體式硬件結構，使用緊固卡口實現箱體之間的對接。為了便于運輸，在箱體組合和內部儀器之間設有減震裝置。箱體組合的前后部還設有擋板，可在運輸或儲存過程中起到防塵和防潮的作用。

使用時，在箱體組合后部通過電纜將GPATE的測試資源全部連接起來；箱體組合的前部則連接系統控制器，實現操作平臺與測試系統的對接。

1.3 測試適配器設計

系統專用適配器(TUA)作為GPATE平臺硬件的組成部分，主要完成通用檢測平臺與UUT之間的連接、對輸入/輸出信號進行調理、對通用檢測平臺和UUT起到隔離保護的作用。在通用檢測平臺的ICA端配置了所有常用測試資源及足夠的開關資源。UUT可根據測試需求，在TUA端的ITA端設定自身的所需的測試資源。

2 GPATE測控軟件技術

2.1 UMS測控軟件的組成

UMS系統測控軟件(TP)由通用檢測平臺端的測試/激勵軟件(SP)和UUT端的駐留軟件(RP)構成，如圖2所示。

圖2 UMS測控軟件組成

其中：

1)平臺測試/激勵軟件(SP)由實時多任務操作系統及測試應用程序組成，支持對GPATE提供的資源進行自動分配和重新配置；負責完成對UMS系統功能和主要性能的測試；對GPATE的測試結果進行分析和處理，使整個UMS系統能夠安全、可靠、正常的運行，并為UMS的可恢復使用測試提供支持。

2)UMS內部駐留軟件(RP)，支持數據的顯示和程序的加載運行；完成UMS系統和GPATE之間的數據交互；根據GPATE的測試命令，完成相應測試。

2.2 測試流程

UMS的TPS測試可分為A通道測試和B通道測試兩大部分。而A、B通道的測試則包括存儲器測試、中斷測試、串行口測試、離散量輸入測試、離散量輸出測試、直流模擬量輸入測試和交流模擬量輸入測試等七個部分，詳見圖3。

圖3 UMS TPS測試模型

TPS運行過程中，平臺測試/激勵軟件(SP)會先與UUT內部駐留軟件(RP)建立通訊(即RS232)，再按照測試要求完成UMS產品的各項測試。如果在測試過程中發現有故障，即認為其中的某個部件或某幾個部件有故障。

2.3 檢測要求

1)識別電阻測試：TPS運行應先檢測TUA和UUT標識電阻；若阻值錯誤，則認定TUA和UUT不對，必須更換。

2)UMS上電檢測：UMS上電后，如選擇A通道測試，則檢測A通道電源部件PS(A)輸出電壓，若在有效范圍內，則認為PS(A)正常；反之則報故，不再測試。如僅選擇B通道而不做A通道測試，則檢測PS(B)輸出電壓，若在有效范圍內，則認為PS(B)正常；反之則報故，不再測試。

3)建立RS-232通訊：UMS與GPATE之間采用RS-232串行口通訊。UMS上電后，若PS(A)正常，則‘建立RS-232(A)通訊’，如果失敗，不再進行測試。若PS(B)正常，則‘建立RS-232(B)通訊’，如果失敗，不再進行測試。

4)存儲器測試：測試UMS中處理器部件的存儲器，包括ROM、SRAM和FLASH等。

5)中斷測試：對UMS定時中斷、匯流條短路中斷及信號中斷的測試。

6)總線測試：對UMS與航電系統進行通信的1553B總線接口的測試；對UMS與座艙顯示器進行通信的HB 6096總線接口的測試；對UMS與左、右GCU和MMP進行通信的RS-422接口的測試。

7)離散量輸入測試：每路信號都有兩種狀態，如‘27伏/開路’或‘GND/開路’；GPATE為每一路信號提供這兩種狀態。

8)離散量輸出測試：每路信號亦有兩種狀態，如‘27伏/開路’或‘接通/斷開’；GPATE能夠分別檢測每一路信號的這兩種狀態。

9)模擬量輸入測試：GPATE模擬飛機電源系統各類直流或交流匯流條的電壓，由UMS進行采集和檢測。

3 試驗結果與分析

以UMS的‘存儲器測試’為例，說明UMS利用GPATE實現功能測試的過程。存儲器測試項包括：SRAM測試、FLASH測試、EPROM測試、EEPROM測試。由GPATE向UMS系統發送存儲器測試命令后，依靠UMS系統內部的駐留測試支持程序對存儲器進行測試；測試完成后，由UMS系統向GPATE發送測試結果。測試流程如圖4所示。

圖4 存儲器測試流程

具體過程如下：

1)UMS的TP開始運行后，由操作人員檢查是否已連接好UMS和UMS-TUA。如果已連接，繼續運行TP；如果未連接，TP停止、退出運行。

2)在操作人員確認UMS-TUA已完全連接好了之后，需檢查UMS-TUA的使用是否正確。如果確認UMS-TUA使用錯誤，則TP停止運行，并更換適配器；如UMS-TUA的使用是正確的，則TP將再次檢測。

3)要求操作者在開始測試前對操作者的姓名和代碼進行記錄，并按照屏幕顯示的表格進行填寫，信息包括：“操作者”、“LRU型號”、“LRU編號”、“LRU版本”和“測試類型”等。

4)填寫信息完成后，GPATE就會給UMS系統上電。同樣，在系統測試完成后，亦會執行UMS系統的下電步驟。

5)UMS系統上電后，GPATE對RS-232串行口進行初始化，并執行通信握手程序，使UMS系統和GPATE建立RS-232通信。

6)RS-232通信建立后，TP繼續運行，出現圖5所示的‘測試選擇界面’，操作者可根據所需的選擇需要測試的內容。本次選擇“存儲器測試”。

圖5 測試選擇界面

7)存儲器測試步驟：GPATE給UMS系統發送測試數據包；UMS系統根據測試指令對存儲器進行測試，測試完成后向GPATE發送測試結果；GPATE判別UMS系統的測試結果。

8)驗證結果窗口。測試程序運行過程中，所有測試結果出現在測試結果窗口，如圖6所示：當測試結果為正常，“測試信息”一欄的值為“存儲器測試正確”；當測試結果為故障，“測試信息”一欄的值為“存儲器測試錯誤”。

圖6 測試結果窗口

9)UMS系統TPS測試結束后彈出‘TPS結束對話框’，點擊關閉測試程序。

TP不僅可以完成針對某一項或某幾項功能的定點測試，還可以按照2.3節的檢測要求，順序完成對UMS功能的測試。

4 結束語

以某型飛機的機電系統(UMS)作為目標機，在實驗室條件下完成對GPATE各項測試功能的靜態仿真，并在外場完成對GPATE各項測試功能的動態驗證，驗證結果表明：GPATE能夠滿足UMS各項功能性能的測試要求。GPATE的使用，不但有效地提高了UMS系統離位測試(I-Level)的故障定位和故障隔離能力，還簡化了系統的排故流程、縮短了系統的維修時間，極大地提高了生產效率，目前該項目已完成設計定型并裝配使用。

[1] 林 明，蔡增杰，朱武峰. 飛機機電系統發展趨勢與啟示[J]. 機械研究與應用，2011,06(2):153-156.

[2] 王緒飛. 國產化通用測試平臺的研制建設[J]. 電子世界，2013(14):11-12.

[3] 盧慧卿，孟 晨，方 丹，等. 通用檢測系統的研究與實現[J]. 彈箭與制導學報，2010,10(5):185-188.

[4] 崔亞君，祝華遠，殷 磊. 某型舵機自動檢測系統的設計[J]. 裝備制造技術，2011(2):67-69.

[5] 北京東方信標表測試技術有限技術. GPTS3.0培訓手冊[Z]. 2008-08.

Design and Implementation of Automatic Test Platform for Aircraft Unities Management System

Wu Junsheng1, Li Li1,2, Cao Jing1, Zhang Shuang2

(1.School of Software and Micro-electronics，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China；2.AVIC Xi’an Aeronautics Computing Technique Research Institute，Xi’an 710068，China)

In order to improve the field fault location and isolation capability of Aircraft-Unities-Management-System (UMS) as the background, to achieve the integration of resources, research of the structure of the hardware and software technology of General-Purpose-Automatic-Test-Equipment (GPATE) of the general UMS, introduces the design of hardware structure and software architecture composed of the GPATE, using GPATE standardization modular design, implement the general hardware and software portability. Through the static simulation the laboratory and the field dynamic verification, the design of the GPATE is reasonable and the indexes can meet the requirements of the functional test of the UMS, and the fault detection rate of the product is improved effectively.

general-purpose automatic test equipment (GPATE); test program set(TPS); unite management system (UMS); transportability

2016-10-14；

2016-11-24。

航空科學基金(20141931001)。

武君勝(1962-)，男，陜西西安人，教授，博士研究生導師，主要從事軟件工程和科學計算可視化等方向的研究。

1671-4598(2017)04-0012-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.04.004

O213.2

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