指控裝備車載交換機檢測儀設計與實現

鄒明虎，姚 鵬，趙 寧

（解放軍65183 部隊，遼寧 遼陽 111200）

0 引言

指控裝備作為信息化指揮平臺，已在新技術的不斷涌現和戰爭形態的轉變中，發展成為計算機、網絡、通信、北斗導航等多項技術的融合體，其系統之復雜，設備之繁多，結構之緊湊，使得檢測維修難度也持續加大［1-3］。交換機作為系統中的核心設備，已經突破了傳統意義上的語音交換，還兼有數據交換和IP 交換功能，是系統中的信息樞紐，交換機一旦發生故障，將嚴重影響系統正常工作，這就使得對交換機的快速檢測和故障診斷變得尤為重要。本文針對某型指控裝備車載交換機檢測難的問題，研制了交換機檢測儀，有效解決了交換機的整機性能檢測和故障診斷問題，取得了較好的實際效果。

1 檢測儀組成

檢測儀由硬件和軟件兩部分組成。

1.1 檢測儀硬件組成

檢測儀硬件主要由檢測計算機和檢測適配器兩部分組成，如圖1 所示。檢測適配器分為整機性能測試單元、電路板故障診斷單元和電源單元3 部分。整機性能測試單元用于檢測交換機各端口的技術性能，完成整機性能測試；電路板故障診斷單元用于給交換機的9 種14 塊電路板提供故障診斷平臺，對電路板進行故障診斷［4］；電源單元為整機性能測試單元和電路板故障診斷單元提供所需各種交直流電源。

整機性能測試單元又由嵌入式計算機電路、以太網交換電路、FPGA 電路、模擬接口電路、數字接口電路和二線分戶電路組成。嵌入式計算機電路選用ARM9 嵌入式計算機板，板內配有S3C2410AL-20 嵌入式計算機芯片。以太網交換電路選用的是RTL8305SC 芯片，最多支持16 組VLAN。FPGA 電路選用的是XC3S1000-FTG256E 嵌入式FPFA 芯片。

電路板故障診斷單元由最小配置母板以及最小配置交換機電路板組成，最小配置交換機電路板包括模擬用戶通道板、數字用戶通道板、復分接板、IP 交換板、遠傳群路中繼板、群路中繼板、分組交換板、交換網絡板和中央處理器板共9 塊電路板。工作時，9 塊電路板按各自位置分插于母板。

圖1 指控裝備車載交換機檢測儀硬件圖

1.2 檢測儀軟件組成

檢測儀軟件由檢測計算機端軟件和適配器嵌入式計算機端軟件兩部分組成，如圖2 所示。檢測計算機端軟件采用C 語言，在LabWindowsCVI 軟件環境編制，包括人機交互界面程序、整機性能檢測程序和故障診斷程序；嵌入式計算機端采用Vxworks 嵌入式系統，軟件采用C 語言，在Tornado 軟件環境編制，包括控制口檢測程序、以太口檢測程序、群路口檢測程序、遠傳群路口檢測程序、模擬口檢測程序和數字口檢測程序6 個程序塊。

圖2 檢測儀軟件構成

2 檢測儀工作原理

2.1 軟件工作流程

檢測儀對交換機進行整機性能測試和故障診斷是通過運行檢測軟件實現，流程如圖3 所示。

圖3 軟件工作流程

檢測計算機啟動檢測軟件后，首先調用人機界面程序，通過人機界面選擇測試功能。若選擇整機性能測試，則進入整機性能測試界面，在界面上選擇欲測試端口和端口參數，然后執行檢測計算機端檢測程序，按照ICMP、SNMP 等通信協議，控制嵌入式計算機端口檢測程序，對端口進行參數配置和自動檢測，并把檢測結果返回到檢測計算機端。若選擇故障診斷，可進入故障診斷界面，在界面上選擇故障現象，便進入故障診斷程序，按照依據專家經驗設置的診斷流程，將測得的數據和波形與顯示的信息數據庫中的標準數據和波形進行比較，實施故障診斷，最終確定故障部位。

2.2 硬件工作原理

2.2.1 交換機整機性能檢測

交換機整機性能檢測包括對交換機9 個端口的檢測，這些端口均位于交換機前面板，它們是1個控制口，3 個以太口，1 個二線口，2 個群路口以及2 個遠傳群路口，其中二線口包括20 路模擬用戶和8 路數字用戶。下面以控制口、以太口和模擬用戶為例，介紹其檢測過程。

1）控制口和以太口檢測。測試交換機控制口和3 個以太網口的原理，如圖4 所示。在檢測計算機端啟動檢測軟件，選擇整機性能測試項，在整機性能測試頁面選擇控制口和以太網口1 進行檢測。檢測計算機首先通過以太網口和適配器內的以太網交換電路控制嵌入式計算機的CPU，使CPU 通過適配器的RS-232 控制口向交換機控制口發送測試命令，交換機接收到測試命令后經內部計算機的處理，又通過控制口返回響應數據，嵌入式計算機CPU 接收到此數據，并檢測其正確性，再將檢測結果通過以太網交換電路和以太網口送入檢測計算機顯示檢測結果。在交換機控制口正常狀態下，以測試交換機以太網口1 為例，檢測終端通過以太網口、以太網交換電路控制嵌入式計算機的CPU，通過RS-232 控制口和交換機控制口發送測試數據，以設置以太網口1 的IP 地址，使以太網口1 可以和檢測終端通過以太網進行通信，檢測終端通過以太網口向被設置IP 地址的以太網口1 進行Ping 包測試［5-8］，并在檢測計算機上顯示測試結果。以太網口2 和以太網口3 同理。

圖4 交換機控制口與以太網口測試原理圖

2）模擬用戶口檢測。以檢測模擬用戶1 和模擬用戶2 為例，將適配器模擬接口電路第1 路轉接于模擬用戶1 插孔，第2 路轉接于模擬用戶2 插孔，檢測原理如圖5 所示。首先，通過檢測計算機以太網口和被測交換機控制口，自動地設置檢測計算機、適配器以及被測交換機以太網口的IP 地址和網關，然后，檢測計算機通過以太網口、適配器以太網交換電路和交換機以太網口1 向交換機主控發送編程碼，以設置交換機模擬用戶1 和模擬用戶2均為自動撥號模式，并接收判斷交換機主控的響應信息以確定是否設置成功，若未設置成功，給出相應提示信息，若設置成功則進行下一步電話號碼注冊。

圖5 交換機模擬用戶二線口測試原理圖

適配器中的FPGA 電路和模擬接口電路在嵌入式計算機CPU 的控制下，模擬兩路電話機的功能。先通過交換機注冊兩路模擬用戶電話號碼，其過程是，分別模擬兩路電話用戶摘機，檢測交換機是否通過二線口、適配器模擬用戶1 或2、模擬接口電路和FPGA 電路正常送出頻率為500 Hz 撥號音，若撥號音未正常送出，給出相應提示信息，若正常送出，嵌入式計算機CPU 則控制FPGA 電路和模擬接口電路發送雙音多頻信號向交換機撥號，撥打號碼為規定數據+注冊電話號碼，以分別注冊用戶1 和用戶2 各自電話號碼，并同時檢測交換機是否送出頻率為1 000 Hz 的證實音信號，然后掛機。若沒送出給出相應提示信息，若正常送出，則進行下一步呼叫測試。

先用戶1 做主叫，用戶2 做被叫進行一次測試，然后用戶2 做主叫，用戶1 做被叫再進行一次測試。以前者為例，FPGA 電路和模擬接口電路在嵌入式計算機CPU 的控制下，模擬用戶1 摘機，并檢測交換機是否經二線口、適配器模擬用戶1、模擬接口電路第1 路和FPGA 電路正常送出頻率為500 Hz撥號音，若撥號音未正常送出，給出相應提示信息，若正常送出，嵌入式計算機CPU 則控制FPGA 電路和模擬接口電路第1 路發送雙音多頻信號向交換機撥號，撥打號碼為模擬用戶2 注冊電話號碼，向用戶2 撥號，然后檢測交換機經二線口、適配器模擬用戶1、模擬接口電路第1 路送出的回鈴音，若回鈴音檢測不正常，給出相應提示信息，若回鈴音檢測正常，表示撥號成功，再檢測交換機經二線口、適配器模擬用戶2、模擬接口電路第2 路送出的鈴流信號，若鈴流信號檢測不正常，給出相應提示信息，若鈴流信號檢測正常，表示呼叫成功。嵌入式計算機CPU 控制FPGA 電路和模擬接口電路第2 路模擬被叫用戶2 摘機并產生模擬話音信號，此信號經適配器和交換機二線口送入交換機，又由交換機經二線口送入主叫端模擬接口電路第1 路，在主叫端檢測模擬話音信號，若話音信號檢測不正常，給出相應提示信息，若話音信號檢測正常，表示被叫向主叫通話成功。同理，再模擬主叫用戶1 端產生模擬話音信號，在被叫用戶端檢測模擬話音信號，若話音信號檢測不正常，給出相應提示信息，若話音信號檢測正常，表示主叫向被叫通話成功。被叫端用戶2 掛機，在主叫端用戶1 處檢測忙音，若忙音檢測不正常，給出相應提示信息，若忙音檢測正常，主叫端用戶1 掛機，通過嵌入式計算機CPU 向檢測計算機返回檢測結果。用戶2 做主叫，用戶1 做被叫的測試原理與此相仿，在此不再贅述。并可用同樣的方法檢測其他模擬用戶。

2.2.2 交換機故障診斷

將故障交換機分解，取出其內部電路板，按適配器的交換機最小配置，將電路板分插于最小配置單元相應位置，再取下交換機前面板單元，將背部排線接口和電源接口通過排線和電纜，分別接于最小配置單元的排線接口和電源接口，這樣，適配器的交換機最小配置單元和交換機面板單元組成了一個最小配置的交換機。對這個最小配置交換機的整機性能檢測與交換機相同，以檢測控制口、以太口和模擬用戶口為例，原理如圖6 所示。

圖6 交換機故障診斷原理圖

若對交換機進行故障診斷，以診斷模擬用戶通道板為例，可將其通過轉接板轉接于適配器外部，以適配器為檢測診斷平臺，正常地開啟適配器和最小配置交換機，在檢測計算機上運行故障診斷軟件，對其進行故障診斷。故障診斷軟件對一些典型故障依據電路原理和專家經驗建立了故障診斷流程，診斷流程的建立是通過檢測電路中一些關鍵測試點來確定故障部位。關鍵測試點對應的標準數據或標準波形圖，存于軟件中建立的故障定位信息數據庫中，為確定診斷流程走向和定位故障部位提供依據。以“模擬用戶第1 路無撥號音”這一故障現象為例，其診斷流程如下頁圖7 所示，存于故障定位信息數據庫中關鍵測試點的標準數據或標準波形見下頁表1。這樣在檢測終端啟動故障診斷軟件，選擇故障現象，在故障診斷軟件的引導下，即可完成模擬用戶通道板的故障診斷與定位。

通過實踐驗證，對交換機整機性能的檢測時間不大于10 min，對典型故障的診斷與定位時間不大于35 min。

3 關鍵技術及解決難題

1）該檢測儀采用檢測終端加適配器的結構設計，綜合運用計算機技術、網絡通信技術和自動測試技術，實現了對交換機的整機性能檢測和故障診斷，解決了交換機不能離線檢測的難題，增加了維修方法，提高了修理效率。

2）使用C 語言，基于LabWindows/CVI 和Tornado 環境以及ICMP、UDP 等通信協議，采用ping 包和函數調用等方法開發的整機性能檢測軟件，實現了對交換機共9 個端口的整機通信性能檢測，檢測速度快，自動化程度高。

3）依據電路原理和專家維修經驗確定了典型故障的診斷流程，建立了故障定位信息數據庫，并在此基礎上，使用C 語言，基于LabWindows/CVI 環境，開發了圖形化的故障診斷軟件，實現了對交換機以及內部電路板的故障診斷，可將故障定位到功能電路級或元件級，診斷效率高，故障定位準確。

圖7 模擬用戶通道板故障診斷流程

表1 關鍵測試點數據及波形

4 結論

綜合運用計算機技術、網絡技術和通信技術設計的指控裝備車載交換機檢測儀，有效解決了車載交換機檢測難的問題，克服了用傳統儀器設備進行檢測帶來的使用設備多、連接麻煩，操作步驟繁瑣，檢測時間長等缺點。應用結果表明，該檢測儀具有連接使用方便、檢測速度快、故障診斷效率高的優點，極大地提高了指控裝備的修理質量和修理效率，可為探索其他指控設備的檢測方法提供借鑒和參考。