航電機載計算機測試設備的設計與實現

李文衡，高怡寒，劉濤瑜

（中國航空工業集團公司 西安航空計算技術研究所，陜西 西安 710068）

0 引 言

民用航空電子設備復雜度高，集成難度大，通常需要通過測設設備來給被測產品施加激勵，檢測反饋的信號是否符合既定的功能測試目標，這對機載產品測試設備的設計研發提出了較高的要求。目前已有一些新的技術應用在航空電子測試設備上，如可測性設計與故障診斷技術和PHM故障診斷技術等[1-3]。

中國航空工業集團公司沈陽飛機設計研究所的張克利針對艦載飛機提出了采用基于OSA-CBM標準的開放式體系架構的綜合測試設備方法，有效實現對艦載飛機各要素的綜合測試[4]。空軍工程大學的肖明清教授利用PHM故障診斷技術對軍用飛機測試設備的可靠性與易用性進行了分析，提出了對測試設備本身故障定位與維修進行改善的一些方法[5]。北京航空航天大學的郭金海提出了一種基于NAMP測試環境的機載計算機模擬系統，取得了良好的測試效果[6]。中國直升機設計研究所的任遠和海軍航空工程學院的盧建華分別基于ATE技術和虛擬儀器技術對綜合測試設備進行了設計與分析，結果表明改良的綜合測試設備穩定可靠，便于地勤人員使用，解決了裝備技術保障難題[7,8]。中航西飛的陳誠提出了一種基于合成儀器的航空無線電測試設備，其認為合成儀器將逐漸向著可定制與軟件功能通用性更強的方向發展[9]。

隨著航空電子技術的發展，機載計算機產品已大多采用基于總線技術的自動測試系統。目前主流的測試平臺為PXI平臺。PXI是美國NI公司1997年發布的一種新的總線規范，具有高度的開放性，可以進行模塊化設計和二次開發利用。近幾年，PXI系列產品得到了廣泛應用，也在機載測試設備領域得到了認可。本文設計了一種基于PXI總線的機載計算機測試設備，該設備能夠對產品進行有效的軟件功能自動檢測。綜合測試設備可以支持兩臺機載計算機產品同時進行檢測[10-12]。

1 測試設備硬件架構設計與實現

硬件通用測試平臺主要為被測器件提供工作所需的各種激勵信號、中間通道的各種控制信號、供電電源以及被測件需要的各種負載，并對被測產品輸出的各種信號進行測試。監控和記錄整個測試過程，并通過自檢功能保證測試設備自身運轉良好，保證系統安全正常工作。控制資源包括離散量信號（28 V地開，音頻）、ARINC 429、RS232、ARINC 717信號以及AFDX等。硬件組成結構如圖1所示。

圖1 系統硬件結構組成

環境測試設備的硬件結構由電源控制箱、115 V/400 Hz單項交流電源、KVM、主控計算機1、主控計算機2、AFDX交換機、串口服務器以及接口適配裝置等組成，測試板卡在工控機內部安裝，通過實驗電纜連接到被測產品上。被測產品的所有接口通過電纜的連接器引出，再通過航空連接器連接到插箱接口適配裝置的面板相應連接器上，成為接口適配器的輸入。接口適配裝置將引入的所有信號通過RJ45、DB9、DB15、開關、音頻接口以及電源接口等轉換輸出給用戶或檢測設備使用。

其中，主控計算機1中安裝離散量卡、ARINC 429卡、千兆以太網卡、AFDX卡以及串口卡，是網口及AFDX程序運行的載體，主要用于產品1的調試。主控計算機2中也安裝了離散量卡、ARINC 429卡、千兆以太網卡、AFDX卡以及串口卡，為網口及AFDX程序的運行提供載體，主要用于產品2的調試。115 V電源為兩套被測產品提供115 V/400 Hz的單項交流供電。該電源選用1U單項交流3KVA標準機架電源，具有高功率密度和寬動態輸入電壓特點。可以實現遠程上電功能，控制端口為1路RS485、1路LAN口以及1路CAN口。電源控制箱將輸入的市電進行二次配電，并提供給KVM、工控機1、工控機2、AFDX交換機、串口服務器以及115 V電源等設備。KVM作為人機操作設備，與檢測設備進行人機交互。KVM為4路輸入，一路連接工控機，另一路連接以太網服務器，可以通過切換鍵盤快捷鍵對兩個設備進行操作。串口服務器負責實現風機和115 V電源之間的RS485通信，可以通過程控風機上下電及電源輸出。AFDX交換機負責實現與被測件之間的AFDX通信管理。風機用于試驗過程中被測產品的散熱，可以通過主控計算機實現程序控制上下電。通過電纜將被測產品與測試設備上的接口適配裝置連接，接收檢測設備的激勵，發送狀態信息。接口適配裝置不僅具備了接口轉接的功能，還集成了信號調理的功能，可以將PXI板卡的通用接口轉換為電纜使用的專用接口，通過開關實現離散量的通斷和主控計算機的上下電。

測試設備采用兩套接口轉適配裝置來實現兩臺被測產品的信號轉接功能。接口適配裝置前面板通用接口板包括1個FE/GE/AFDX通用網口板、1個ARINC 429 通信接口板、1個RS232串口通信板、1個航空連接器接口板以及1個混合信號接口板。面板布局主要安裝航插連接器接口板、接線柱、220 V插座、以太網 RJ45座、VGA接頭、USB接口、離散量開關、I2C接口、ARINC 429接口、RS232接口以及電源開關等，X1～X4分別與被測產品連接。接口適配裝置前面板示意圖如圖2所示。

圖2 接口適配裝置前面板示意圖

2 軟件設計

軟件分為外圍仿真軟件和測試腳本兩部分。使用模塊化設計方法，根據產品測試需求，將測試軟件劃分為啟動、用戶管理、測試腳本、支持模塊、信號校準以及輔助功能6大模塊。再根據軟件功能將每個模塊劃分為若干個子模塊，便于使用和維護。整個軟件測試流程如圖3所示。

圖3 軟件測試流程

2.1 外圍仿真軟件

外圍仿真軟件模擬了軟件的外部接口，可以通過測試設備為測試軟件提供仿真激勵信息，實現模擬仿真功能。外圍仿真軟件主要實現信號激勵、信號采集以及根據測試過程對激勵信號和反饋信號進行判斷和記錄分析的功能。

2.2 測試腳本

測試腳本是針對測試產品的測試功能需求，通過完整的程序控制不同功能測試腳本進行自動化測試工作。啟動程序后，設備檢測軟件自動完成系統初始化操作，完成系統初始化操作后軟件自動加載資源配置數據庫文件，完成配置及初始化，然后自動執行自檢程序完成對硬件板卡和電源的自檢，并根據自檢的結果執行下一步操作。若自檢未通過，顯示錯誤信息提示并詢問用戶退出程序或繼續執行下一步，若選擇退出程序則直接退出，若執行下一步則開啟定時器啟動對電源的實時監測。若自檢通過則直接開啟定時器啟動對電源的實時監測，然后由用戶選擇是否需要修改腳本，若需要修改腳本則點擊進入腳本編輯界面，用戶完成腳本編輯保存后則從加載資源配置數據庫開始重復執行之前的操作。確認腳本編輯后，用戶可選擇需要執行的測試，應用硬件平臺測試或軟件測試，然后選擇測試用例文件或編輯新的測試用例文件，選擇測試功能后進入相應的測試界面執行相關的功能測試，測試完成后退出程序。

3 結 論

機載測試設備通過PXI、虛擬儀器、故障診斷以及程控自檢自動化測試等為機載產品提供了科學的測試方案，也構建了被測設備的仿真模型。測試設備以工控機為主體，內部搭配多種板卡和硬件仿真設備，通過外圍仿真軟件和測試腳本實現對產品的自動測試，功能性強，軟件可擴展性優良，具有一定的參考價值。