基于PXI 總線的通用自測系統子系統的設計與實現

湯冠楚

（江西科技學院人工智能學院，江西 南昌 330098）

隨著新型機載電子設備更新加快，針對特定機載電子設備研制專用測試設備的傳統做法不適應新裝備的修理檢測需要，采用自動測試系統已成為必然的選擇[1]。實踐證明自動測試系統已成功應用于各種測試領域[2-8]。然而，盡管通用自測系統的測試資源雖多，但傳統人工檢測時間長、強度大、易出錯、效率低的難題仍隨之出現，為此，急需開發設計通用測試的系統自檢子系統，以實現通用自測系統能夠精準、快速自測試的良好功能運用，為故障模塊快速檢測定位提供新手段。

1 自檢測方案

由文獻[9-11]可知，通用自動測試系統的自檢方案主要有基于儀器自檢、儀器比對、開關切換和綜合自檢等自檢方案。結合該型通用自動測試系統的特點，提出了一種簡捷綜合自檢方案，其主要內容先后依次為：一是利用PXI 模塊和GPIB 設備具有的自檢功能；二是對首次或多次使用的重要模塊的測試; 三是對開關和多路復用器模塊的測試；四是模塊間綜合互連的測試。其中，綜合互連測試的基本原則是: 一是利用具有輸入輸出功能的模塊進行自身閉環測試，以判斷其功能的好壞；二是利用系統中相近信號的發送模塊與接收模塊之間進行測試，驗證各模塊功能的有效性；三是利用已測試的激勵信號和測量設備，通過控制開關類模塊的通斷狀態，實現對開關類模塊的檢查與判斷；四是相同類型的信號輸出模塊的通道數與輸入模塊的通道數不致時，通過多路復用器或開關來進行切換，測試各個通道的功能和性能。

2 系統功能分析

自檢測的系統是一套適用于測試低頻、數字/模擬混合型機載電子設備的小型非實時通用自動測試系統。該系統采用的總線為PXI 和GPIB。系統的組成框圖如圖1 所示。

圖1 通用自動測試系統硬件組成框圖

系統硬件主要由PXI 零槽控制器為主的人機控制子系統、交直流程控電源子系統、多路復用器等開關子系統、智能數據采集設備等DAQ 子系統、1553B 及429 航空總線板卡等通訊子系統和RCV 接口子系統組成。其中，交直流程控電源子系統中的N6701A 型直流電源、2253ix 和SW5250A 型交流程控電源是通過GPIB 總線連接至PXI-8109 PXI 型零槽控制器。其它所有PXI 模塊都是安裝在PXI-1045 型機箱內。同時，為了實現通用性，將PXI 模塊和GPIB 設備的輸入輸出接口都通過連接電纜分類連接至RCV 接口子系統。

3 系統硬件設計

3.1 總體結構設計

自檢子系統硬件主要由IIA 接口、IIA 適配耦合電路和適配箱等組成。硬件總體結構框圖如圖2 所示。

圖2 自檢子系統硬件結構框圖

3.2 接口設計

根據自檢測方案對通用自動測試系統的資源進行系統分析、逐一分類后，設計有三用表、交直流電源、多路復用器、矩陣開關、SPST 功率開關、SP- DT 功率開關、數字I/O 模塊1/2、智能數采模塊、總線通訊模塊和軸角模塊等11 個電氣連接電路。由于篇幅有限，現以三用表連接電路為例加以說明，電氣連接圖如圖3 所示。

圖3 三用表電氣線路連接圖

該電路主要利用SPDT 功率開關的一個通道，和兩個VPC吸合指示開關，對耦合電路中的識別電陰進行測試。控制開關通/斷狀態，用三用表讀取不同狀態下的電陰值，從而判斷三用表檢測線路是否良好和ITA 的吸合狀態。另外，三用表測試線路還直接與多路復用器的一個通道進行連接，用于測試多路復用器和矩陣開關切換轉接過來的信號。

3.3 輔助電路設計

耦合電路作為輔助電路，其主要由電源模塊（電源和功率開關的測試）、三用表模塊（三用表模塊的測試）、數字I/O 模塊1和模塊2（數字I/O 模塊和7854R 的測試）組成。電源模塊主要由功率電陰和插座組成，其功能是測試電源設備和功率開關模塊時，作為測試負載。三用表模塊又叫識別模塊，主要由識別電陰和插座組成，其功能一是作為檢查三用表的電陰測試功能；二是作為適配器的識別電陰，不同的自檢適配器中都有不同數值的電陰。數字I/O 模塊1 主要由電陰排、電陰和插座組成，其功能是用于PXI-6511/6512 數字I/O 模塊測試，作為上拉/下拉電陰。數字I/O 模塊2 主要由電陰排、電陰和插座組成，其功能是用于測試PXI-6511 數字I/O 模塊和PXI-7854R 智能數據采集模塊測試，作為上拉/下拉電陰。

4 系統軟件設計

4.1 軟件總體設計

系統軟件設計功能主要有：一是提供手動和自動測試操作界面，控制設備和模塊的激勵輸出和測量輸入，采集、比較和邏輯分析測量數據，綜合判斷后定位故障；二是自動保存測量數據。依據自檢測方案和軟件測試需求，自檢子系統的測試程序主要設計有模塊自檢初始化界面、自檢結果顯示界面、測試程序主界面（手動和自動測試界面）以及幫助和版本說明界面。其中，手動測試界面主要集中顯示系統相關的可執行應用軟件（自帶或開發），以便操作人員進行調用和控制；自動測試界面主要有執行控制、項目選擇、數據保存/清空選項、測試結果及系統測試信息顯示框等控件，正常情況下測試過程將自動完成，測試過程信息實時顯示。

4.2 各功能模塊設計

4.2.1 主程序模塊設計

主程序是整個軟件的支柱，其控制流程圖如圖4 所示。程序執行時首先對系統硬件模塊進行初始化，若初始化正常，則進入主界面，若出現故障，則彈出初始化結果顯示界面，給出模塊各模塊檢查。主程序的主體為加載的手動或自動測試界面，兩者可以互相切換。

圖4 主程序控制流程圖

4.2.2 硬件初始化及結果顯示模塊設計

該模塊目的是檢查各硬件資源加電或初始化是否正常，以保證測試時資源的可用性。程序采用順序方式，按進度信息提示，逐一對各個資源進行檢查并形成代碼，最后根據統計的代碼，解析出相應的故障硬件模塊或設備。為保證系統的完整性，當出現故障信息時，不得進入主測試程序，只有將故障排除，重新進行初始化正常后，才能進入主界面。初始化過程只能檢查資源是否可用，不能說明資源的功能或性能都正常。

4.2.3 手動測試模塊設計

在手動測試模塊中，可以調用系統資源自帶的的應用程序，實現對各模塊和設備的控制。根據應用程序情況，手動測試面板設計有：NI-DMM Soft（數字三用表）、TEST（功率開關、矩陣開關和多路復用器）、CPCI75DS2（旋變角信號仿真卡）、CPCI75C3（旋變角信號測量卡）、SWCS（SW5250A 交流程控電源）、iXCGui（2253ix 交流程控電源）、Micrologic RCU/RSU（施耐德智能斷路器）、BusTools（1553B 總線板卡）、N7854R（智能數據采集設備）、N67O1（直流程控電源）和通用等12 個單元。各單元可以控制打開或關閉對應的應用程序，并判斷各應用程序運行狀態。

4.2.4 自動測試模塊設計

該模塊中要實現程序自動測試時能夠實現開始/ 暫停/繼續/終止控制、數據保存、項目選擇和顯示等功能。為此，采用線程技術在開始測試函數中創建自動測試主線程，開始測試函數的流程圖如圖5 所示。

圖5 開始按鈕操作流程圖

暫停和繼續測試函數較為簡單，主要完成暫停和繼續線程及相應的控件狀態的更改設置。終止測試函數主要是關閉已創建的主線程，并且根據狀態確定是否保存測試數據，其流程圖如圖6 所示。自動測試的主線程是自檢測自動測試的核心部分，根據自檢適配器的功能電路設計，共設計有ITA 連接判斷、多路復用器的檢查、SPST 功率開關的檢查、SPDT 功率開關的檢查、矩陣開關的檢查、電源的檢查、數字DAQ 的檢查、通訊模塊的檢查和DS/SD 軸角板卡的檢查等九個測試項目，每個項目對應開發一個測試函數。

圖6 終止按鈕操作流程圖

4.3 軟件實現

LabWindows/CVI 沒有專門的多線程編程函數庫，而是在Windows SDK 中提供了相關的函數。多線程函數定義在winbase.h 文件中，kernel32.lib 為導入庫文件。在應用多線程編程時只需要在原代碼文件中包含windows， h 即可[12]。

在編程實現過程中，根據系統功能要求，在主程序中主要通過EasyTab_ConvertFromCanvas()和EasyTab_LoadPanels()函數加載手動或自動測試界面。在硬件初始化及結果顯示模塊中主要調用資源自帶的初始化或打開/關閉函數，如PXI_4072 模塊的niDMM_init()和niDMM_close()等。在手動測試模塊中使用的核心的函數為LaunchExecut_ableEx ()， 該函數一是可以在顯示窗口中，指定要應用窗口如何顯示；二是返回一個已執行應用窗口的句柄，通過這個句柄可以實現運行或中止該應用窗口；另外還有TerminateExecutable () 中止一個未中止的執行應用；ExecutableHasTerminated()，判斷由已打開的應用是否結束。在自動測試模塊中運用線程技術，通過創建、終止、繼續和暫停線程來實現自動測試的要求，各線程函數原型如下：

5 試驗驗證

本系統的軟件界面設計做到了功能全面，人機交至友好，輸入輸出清晰。當測試軟件運行后，初始化界面如圖7(a)所示，過程中若出現模塊或設備故障，將進入結果顯示界面(如圖7(b)，若初始化正常，將進入主程序界面，如圖7(c)所示為手動測試界面，如圖7(d)所示為自動測試運行界面。通過測試，統計了各種測試條件下的用時時間，部分用時時間見表1，其中，全部項目完成測試時間為544 秒，滿足了系統測試用時不超過15 分鐘的要求。

表1 自動測試程序測試項目用時表

圖7 軟件運行界面圖

6 結論

通過對某型通用自動測試系統的資源和功能分析，提出了一種綜合簡捷自檢方案。在RCV 的基礎上設計了ITA 接口電路并研制了自檢適配器，利用虛擬儀器技術，設計和開發了一套自檢子系統。利用自檢適配器和測試程序，對自檢子系統軟硬件功能進行了試驗驗證。測試驗證結果表明，自檢子系統實現完成了對通用自動測試系統的快速、準確的自檢測試功能，為快速定位故障模塊提供了檢測手段，解決了通用自動測試系統采用傳統人工檢測效率低、時間長、勞動量大及易出錯的問題。