某型彈載任務(wù)計(jì)算機(jī)測(cè)試設(shè)備設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張琬珍 趙斌

摘要：某型彈載任務(wù)計(jì)算機(jī)進(jìn)入批產(chǎn)任務(wù)后，原有手動(dòng)測(cè)試方法已無(wú)法滿足實(shí)際需求。為提升測(cè)試的準(zhǔn)確性、高效性，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于PXI總線的某型彈載任務(wù)計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)試設(shè)備。該自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)遵循了通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化理念，在硬件設(shè)計(jì)上通過(guò)購(gòu)買成熟貨架設(shè)備，確保設(shè)備小型化和可擴(kuò)展性，降低設(shè)備集成費(fèi)用，規(guī)避技術(shù)風(fēng)險(xiǎn);通過(guò)規(guī)范物理資源接口、硬件驅(qū)動(dòng)和限制專用資源，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)硬件的標(biāo)準(zhǔn)化、可復(fù)用的功能。在軟件設(shè)計(jì)上采用了基于Labview的設(shè)計(jì)的方法，實(shí)現(xiàn)了軟件的層次化、模塊化設(shè)計(jì)，軟件開發(fā)迅速、可擴(kuò)展性強(qiáng)、用戶界面簡(jiǎn)潔美觀、人機(jī)交互性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高。

關(guān)鍵詞：PXI總線 標(biāo)準(zhǔn)化 模塊化 分布式配置管理

引言

任務(wù)計(jì)算機(jī)，主要用于某型導(dǎo)彈飛行控制率解算，流程調(diào)度，控制指令判斷和發(fā)出，與彈上其它系統(tǒng)信息交聯(lián)等工作。其性能的好壞直接關(guān)系到精準(zhǔn)制導(dǎo)的精度和殺傷目標(biāo)的概率。該型號(hào)進(jìn)入批產(chǎn)任務(wù)后，原測(cè)試方法測(cè)試項(xiàng)目多、難度大、周期長(zhǎng)已無(wú)法滿足實(shí)際需求。為提高測(cè)試的準(zhǔn)確性、可操作性，并提高測(cè)試效率，某型號(hào)彈載任務(wù)計(jì)算機(jī)測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)是勢(shì)在必行的。

1 任務(wù)計(jì)算機(jī)原理

任務(wù)計(jì)算機(jī)由四個(gè)模塊組成，分別為：CPU模塊、AIO模塊、DIO模塊和PS模塊。

PS模塊接入外部28V直流電壓，通過(guò)濾波及過(guò)壓欠壓處理電路將電源轉(zhuǎn)換為±15V、+5V，為AIO模塊、DIO模塊、CPU模塊供電。

CPU模塊實(shí)現(xiàn)任務(wù)計(jì)算機(jī)的資源控制和制導(dǎo)率的解算，同時(shí)實(shí)現(xiàn)4路RS422接口、1路RS323接口和1553B接口。

AIO模塊選用CPLD作為模塊的控制器，負(fù)責(zé)板間的互聯(lián)控制。AIO模塊實(shí)現(xiàn)18模擬量輸入，3路模擬量輸出。

DIO模塊實(shí)現(xiàn)離散量輸入和離散量輸出處理，選用CPLD作為模塊的控制器，負(fù)責(zé)板間的互聯(lián)控制，讀取輸入離散量的狀態(tài)，確定輸出離散量的狀態(tài)。DIO模塊實(shí)現(xiàn)13路離散量輸入（包括6路RT地址讀取），12路離散量輸出。

2 測(cè)試設(shè)備總體設(shè)計(jì)

2.1測(cè)試設(shè)備的功能

該測(cè)試設(shè)備是任務(wù)計(jì)算機(jī)的專用測(cè)試設(shè)備。任務(wù)計(jì)算機(jī)，后簡(jiǎn)稱UUT（unit under test 測(cè)試單元）。目前，該設(shè)備僅針對(duì)該型UUT，但考慮后期設(shè)備的升級(jí)、擴(kuò)展、維護(hù)、維修，對(duì)測(cè)試設(shè)備考慮通用性、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。其實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：

a）對(duì)設(shè)備自身的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出、采集具有自檢測(cè)功能;

b）為UUT提供相應(yīng)的通用標(biāo)準(zhǔn)儀器測(cè)試;

c）為UUT提供能夠模擬導(dǎo)彈系統(tǒng)中的控制、采集、輸入、輸出等測(cè)試信號(hào)，并對(duì)UUT的反饋信號(hào)進(jìn)行處理、采集、自動(dòng)判讀、顯示、存儲(chǔ);

d）設(shè)備的余度滿足需要所需信號(hào)的1.4倍，保證后期設(shè)備升級(jí)余量設(shè)計(jì);

e）所存儲(chǔ)的相應(yīng)數(shù)據(jù)具有可查詢、不可修改的功能。

2.2測(cè)試設(shè)備的組成

測(cè)試設(shè)備主要由工控機(jī)部分、多種PXI功能板卡、調(diào)理板、適配器面板和被測(cè)件供電電源組成。設(shè)備組成框圖如圖1所示。

設(shè)備各部分功能如下所示：

a）工控機(jī)部分;

b）PXI功能板卡;

c）調(diào)理板;

d）適配器面板;

e）被測(cè)件適配器;

f）被測(cè)件供電電源;

g）設(shè)備自用電源。

3 測(cè)試設(shè)備硬件設(shè)計(jì)

3.1工控機(jī)部分

彈載任務(wù)計(jì)算機(jī)測(cè)試設(shè)備采用PCI工控機(jī) + 擴(kuò)展PXI機(jī)箱的組合方案。

3.2 PXI功能板卡

a）模擬量輸出卡（DA卡）

采用凌華科技（ADLINK）的cPCI-6216V，并配備1塊cPCI-6208V模擬量輸出卡實(shí)現(xiàn)DA卡信號(hào)電路切換。

b）數(shù)據(jù)采集卡（AD卡）

數(shù)據(jù)采集卡采用凌華科技（ADLINK）的cPCI-9116。凌華科技cPCI-9116是用于PXI/CompactPCI總線類型的高密度、高分辨率多功能DAQ卡。

c）1553B接口卡

測(cè)試設(shè)備中的1553B接口卡用于1553B總線接口測(cè)試。本卡采用本土公司自主研制板卡。測(cè)試卡由西安西成測(cè)控有限公司研制的PXI-1553BX2接口卡。該板卡經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間在多臺(tái)不同測(cè)試設(shè)備上使用，工作穩(wěn)定，可靠。

d）開關(guān)量I/O卡設(shè)計(jì)

開關(guān)量測(cè)試卡同樣選用由西安西成測(cè)控有限公司自研的PXI接口的開關(guān)量I/O卡實(shí)現(xiàn)此功能。

3.3調(diào)理板

開關(guān)量信號(hào)的適配，以及DA卡輸出信號(hào)切換主要由繼電器實(shí)現(xiàn)。

采用歐姆龍的G6K-2F-Y小型繼電器，確保10萬(wàn)次以上使用壽命。

所有切換用的繼電器由朝陽(yáng)電源供電提供，F(xiàn)PGA與NPN型三極管S8050組合提供線圈控制繼電器的閉合。

3.4適配器面板

適配器面板位于設(shè)備機(jī)柜正面板，是設(shè)備與被測(cè)件適配器之間的連接器，起到連接、固定被測(cè)件的作用，適配器面板上的航空接插件選型安裝符合軍用電子裝備自動(dòng)測(cè)試設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)（GJB 5936-2007） 相關(guān)要求對(duì)信號(hào)進(jìn)行分類最后通過(guò)適配器方式規(guī)范物理資源接口、規(guī)范硬件驅(qū)動(dòng)和限制專用資源，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)硬件的標(biāo)準(zhǔn)化、可復(fù)用的功能。

3.5被測(cè)件適配器

適配器根據(jù)被測(cè)件測(cè)試信號(hào)以通過(guò)設(shè)備線纜直接連接測(cè)試設(shè)備與被測(cè)件。設(shè)計(jì)中采用中航光電XCF系列高密度線簧式焊接電連接器，該系列連接器突出特點(diǎn)是密度高、體積小、重量輕，便于測(cè)試。

3.6電源

被測(cè)件供電電源選用臺(tái)灣固緯PSW80-13.5程控開關(guān)電源，系統(tǒng)自用電源為測(cè)試設(shè)備內(nèi)部各種需要供電的硬件裝置提供電源。自用電源采用在測(cè)試領(lǐng)域廣泛使用的遼寧朝陽(yáng)工業(yè)級(jí)線性電源。

4 測(cè)試設(shè)備軟件設(shè)計(jì)

4.1軟件架構(gòu)

在軟件開發(fā)過(guò)程中，采用了自頂向下、分層設(shè)計(jì)的方法，考慮了層次化、模塊化設(shè)計(jì)。測(cè)試設(shè)備系統(tǒng)軟件從下往上分為四層，具體如下：

a）底層驅(qū)動(dòng)層;

b）數(shù)據(jù)層;

c）功能層;

d）顯示層。

4.2底層驅(qū)動(dòng)層

底層驅(qū)動(dòng)層是對(duì)于硬件板卡設(shè)備進(jìn)行直接操作，并且為用戶層提供了服務(wù)接口。

底層驅(qū)動(dòng)層為硬件平臺(tái)相關(guān)板級(jí)支持包BSP （board support package）和板級(jí)驅(qū)動(dòng)。其包括：1553B接口板、422接口板、I/O接口板等設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序采用WDM架構(gòu)（Windows Driver Mode，微軟公司定義的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)規(guī)范）設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。參照板卡硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專用設(shè)備驅(qū)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)高效的I/O操作，提高數(shù)據(jù)傳輸速率。

4.3數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層用來(lái)保存設(shè)備所有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，選用的數(shù)據(jù)管理軟件為SQL Server，用來(lái)保存測(cè)試數(shù)據(jù)和用戶信息。

4.4功能層

在功能層分為6個(gè)子功能模塊，分別為動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)、設(shè)備自檢、產(chǎn)品測(cè)試、報(bào)表管理、用戶管理、軟件版本管理。功能成為該設(shè)備軟件的核心層。

a）動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)

為了更加高效正確的使用各自研板卡，針對(duì)每一種板卡，編寫相應(yīng)的基本函數(shù)接口API，并將這些接口生成為動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，以供應(yīng)用程序使用。

b）設(shè)備自檢

系統(tǒng)初始化完成后自動(dòng)進(jìn)入設(shè)備自檢狀態(tài)。設(shè)備自檢是為了確保每次測(cè)試的可靠性，確保測(cè)試設(shè)備的硬件處于正常工作狀態(tài)。在設(shè)備自檢狀態(tài)中程序通過(guò)調(diào)用硬件驅(qū)動(dòng)中的自檢函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自檢功能。

c）產(chǎn)品測(cè)試

產(chǎn)品測(cè)試軟件由目標(biāo)機(jī)測(cè)試軟件和上位機(jī)測(cè)試軟件組成。目標(biāo)機(jī)測(cè)試軟件配置于UUT內(nèi);上位機(jī)測(cè)試軟件為測(cè)試設(shè)備內(nèi)置軟件。測(cè)試過(guò)程需要兩個(gè)軟件配合完成對(duì)UUT的功能及性能測(cè)試。

d）報(bào)表管理

程序使用NI LabVIEW報(bào)告生成工具包來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能。LabVIEW報(bào)告生成工具包是一個(gè)靈活易用的VI庫(kù)，基于該工具包用戶可以編程創(chuàng)建和修改Microsoft Word和Excel報(bào)告，工具包還支持使用報(bào)告模板，圖形化的編程方式極大方便了程序的開發(fā)。

e）用戶管理

針對(duì)用戶身份的不同，設(shè)置不同登錄權(quán)限。普通用戶僅有登錄、使用權(quán)限;管理員權(quán)限可對(duì)已經(jīng)注冊(cè)的賬戶進(jìn)行添加和刪除操作，方便用戶信息的維護(hù)。

f）軟件配置管理

為提升設(shè)備的信息化水平，考慮信息共享策略，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障復(fù)現(xiàn)、隔離與定位以及全壽命周期的管理，設(shè)備采用開源分布式版本控制工具—— Git軟件實(shí)現(xiàn)軟件調(diào)試過(guò)程中信息軟件版本控制。

4.5 顯示層

在顯示層分為4個(gè)子功能模塊，分別為數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)校準(zhǔn)模塊、界面控制模塊、日志模塊。

a）數(shù)據(jù)顯示

為用戶測(cè)試過(guò)程中的測(cè)試結(jié)果及所設(shè)置的參數(shù)顯示。

b）參數(shù)校準(zhǔn)模塊

主要針對(duì)模擬量參數(shù)例如電阻值等進(jìn)行校準(zhǔn)補(bǔ)償，讓電阻值都可設(shè)置。不會(huì)因?yàn)殚_關(guān)電阻或電阻器公差而缺少電阻值。對(duì)參數(shù)要求非常精細(xì)的可以進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整使其能夠設(shè)置為所需要的精準(zhǔn)參數(shù)。

c）界面控制模塊

為用戶登錄、被測(cè)件選擇、數(shù)據(jù)保存、測(cè)試功能選擇等界面的顯示。

d）日志模塊

為后臺(tái)形成的軟件運(yùn)行過(guò)程的數(shù)據(jù)記錄，日志輸出格式為".TXT"格式。

5 總結(jié)

該測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)遵循了通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化理念，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，靈活構(gòu)型、可重構(gòu)等特點(diǎn)。通過(guò)上位機(jī)和下位機(jī)配合測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)了被測(cè)產(chǎn)品的自動(dòng)化測(cè)試和深層次測(cè)試。檢測(cè)功能全面，問題定位準(zhǔn)確，測(cè)試效率高、操作簡(jiǎn)單，給批生產(chǎn)工作帶來(lái)很大便利，滿足設(shè)計(jì)需求。該測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了“管理集中、控制分散”的設(shè)計(jì)思想，利用GIT軟件的優(yōu)勢(shì)，有利于軟件調(diào)試過(guò)程中信息軟件版本控制，減少軟件項(xiàng)目開發(fā)者的冗余工作，有利于跟蹤版本歷史記錄及軟件項(xiàng)目的迭代。為批產(chǎn)設(shè)備管理提出了更好的解決方式，具有一定的推廣意義。

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