基于計算機總線的測試技術

張友森

摘 要：本文對基于PXI總線的測試進行研究，在硬件方面采用PXI總線設計電路板卡，考慮最大需求作為電路設計要求，從而保證了系統的通用性。以通信板卡功能進行設計介紹，對發送和接收功能設計進行仿真，描述PXI板卡設計的思路和方法。軟件方面依照硬件板卡和功能劃分，實現了模塊化、可配置的程序設計，最終實現操作界面的智能應用。通過可靠性設計得研究和應用，達到提高測試設備應用的效果，使本文的研究成果可以順利地推廣應用到其他類似測試系統中。

關鍵詞：PXI/CPCI總線；通用性；可靠性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.134

1 概述

在測控領域中目前通常采PXI總線接口的工控機，PXI是一種基于PCI標準的高性能工業總線，這種結構的工控機和標準的PCI總線工控機相比，改善了散熱條件，提高了抗振動沖擊性能、符合電磁兼容要求。在工控機中加裝PXI總線接口測控板卡完成通信、采集和控制任務，借助Windows操作系統廣泛的應用軟件支持以及強大的用戶圖形界面，使測控系統具有便于開發、易于使用、能夠使用多種調試工具的特點。本文研究的測試系統，是通過PXI測控板卡及實時軟件設計來建立被測對象的測試驗證技術。

2 測試系統組成

所謂的測試系統，首先必須要獲得被測量的信息，并且根據被測量信息的物理特性，將其轉換成容易處理和傳輸的電信號，然后將電信號所表示的信息進行變換或放大，再用指示儀或記錄儀將信息顯示或記錄下來，并對信息進行處理，以獲得反映實際被測量數值大小的測試結果。本文研究的信息處理單元測試臺測試計算機系統CTS詳細的總體構建結構如圖1所示。

2.1 板卡硬件電路設計

各種PXI測試板卡的設計都采用智能化的設計思想，板卡自身具有數據的收發和處理功能，可以實時與上位機的測控軟件進行通訊，完成各種控制指令。本文以功能測試板塊為例簡單介紹。

通信板卡的功能：實時接收連續的數據和發送數據。接收數據要求在接收過程中改變接收的起始和終止地址，并把接收到的數據全部存儲到上位機，在接收過程中也可以選擇讀取單個地址的數據。發送數據要求實現發送上位機設定的數據，并可以改變發送的起始和終止地址，定時發送連續數據。系統功能實現主要是依靠在FPGA內部構造接收模塊、兩個緩存數據的RAM、仲裁機和中斷發送模塊。通信卡的工作原理如圖2所示。

接收模塊根據上位機啟動命令，啟動對數據的接收，并把數據緩存到RAMA中，當接收到的數據等于接收地址寄存器中的地址時，觸發仲裁機，仲裁機對當前的兩個RAM的工作狀態進行切換，即RAMB開始緩存接收模塊輸出的數據，RAMA切換至待讀狀態。同時仲裁機觸發中斷發送模塊，向上位機發送請求，上位機接收到中斷后，用DMA 讀方式來讀取RAMA中的數據，也可以采用單次讀的方式讀取單個地址。這樣反復操作，就能夠實現對數據的實時的長時間的連續采集。上位機可隨時發送接收結束命令來中止接收。由于每一組數據的最短間隔時間為5ms，這樣就要求上位機能夠在5ms內完成響應中斷、讀RAM的操作。如果不能在5ms內完成，就會造成丟數。

發送模塊根據上位機通過DMA寫的方式將要寫的數據發送至發送數據緩存空間RAMC，再用單次寫的方式將發送起始終止地址寫入地址寄存器，再啟動發送命令，由發送模塊發送相應的數據。還可以根據需要，由上位機進行設定，定時發送多組數據。發送模塊的設計，除了用于檢測被測系統外，還可用于自檢。

運用ModelSim對遙測通信卡的接收功能進行仿真，設定的接收中止地址rece_over_add為0x06（二進制為110），在仿真激勵文件中施加激勵為地址從0x00到0x07的數據。當遙測接收模塊接收到地址為0x06的數字遙測數據時，下一個遙測數據不會被接收，在接收地址0x06的數據完成時觸發中斷，使仲裁信號flag取反，來切換兩個接收RAM的工作模式。

2.2 測試軟件設計

測試臺測試軟件主要由兩大部分組成：① 主控測試軟件，運行于PXI測試計算機，② 下位機軟件，運行被測件內，配合PXI測試計算機軟件完成各種測試流程。兩部分軟件相輔相成，互相配合，從而實現各種預期的測試算法、測試流程和測試功能。

主控測試軟件由于運行于PXI測試計算機，因此采用WindowsXP操作系統，其主要由四個模塊組成：人機界面、輔助功能、綜合測試軟件和結果處理輸出模塊。各個模塊又由若干子模塊構成，其具體的組織結構如圖3。

3 可靠性設計

可靠性是指系統在規定的條件下， 規定的時間內完成規定功能的能力，它是對系統可靠程度的定性評價。可靠性定義有三個要素， 即規定的條件、規定的時間和規定的功能。系統的可靠性事實上是貫穿了三個環節：設計環節、制造環節和使用環節。任何環節上的失誤都可以使系統的可靠性降低甚至被破壞。

3.1 設計環節提高系統可靠性

原理的優劣是系統可靠性的靈魂。設計原理的不合理， 可以使整個系統生來殘疾， 也可以使系統在某種條件下失控，而這種故障是在制造與使用過程中所不能修復的。

（1）優化系統結構，軟件模塊化，硬件電路集成化；（2）降低元器件的使用應力，對重要部位可使用備份傳感器、備份CPU、備份軟件模塊和備份輸出等技術；（3）提供明確的用戶界面和維護界面，界面越友好， 系統被篡改和被破壞的機會就越少。

3.2 制造環節提高系統可靠性

測控系統由各子系統構成， 各子系統又由眾多的元器件構成。因此系統的可靠性在很大程度上取決于組成系統的元器件的可靠性。

（1）改進連接器的可靠性。連接器質量的好壞關系著整個系統的可靠運行，為在兩個連接插腳之間保持良好的高導電通路， 應該在其表面鍍上導電性好、抗腐蝕和防銹污的材料。（2）制造者的質量意識。

3.3 使用環節提高系統可靠性

無論是設計者、制造者還是使用者， 都應當明確系統的使用條件和功能。設計者有義務滿足使用者所提供的條件，使用者也必須遵循設計者所賦予系統的條件。在使用環節上提高系統可靠性有以下兒個途徑：

（1）對系統的設計要便于監視、控制和維護；（2）對操作人員進行足夠的培訓，按正確的規程操作，不能擅自進入維護界面；（3）正確的運輸和貯藏，按技術要求定期維護。

4 結束語

本文的工程背景是某型導彈的測試系統研制，基于PXI總線搭建了測試系統硬件平臺，研制的測試系統滿足了用戶要求的各種性能指標，并在實際使用中達到了良好的效果，本課題的研究對于提高我國導彈的研制和生產質量、增強我國的國防實力有著十分重要的意義。

參考文獻：

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