基于虛擬儀器的機載機電計算機通用測試平臺設計

張宇坤，陳 奎，張祎彤

(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 710065)

0 引言

隨著科學技術的飛速發展,航空航天設備、軍用武器系統等高技術產品的復雜程度日益提高,傳統的人工檢測維護手段已經無法滿足現代化裝備的支持保障要求,自動測試系統(ATS)已成為復雜系統與設備可靠運行的必要保證,且在航空等領域發揮著關鍵的支持保障作用。由于航空設備可靠性和壽命要求高,還可能需要不斷改型與升級,而測試系統核心的商業測試板卡更新換代快(典型周期為5年),相應的測試系統設計、開發與維護的難度大、費用高昂[1]。

機載機電計算機位于飛機傳感器和控制解算層中間,通過機電總線與控制解算層通訊,上傳采集的飛機傳感器數據,依據指令控制作動器,實現飛機各機電子系統控制。產品對外接口主要為機電總線通訊接口(GJB289A、Mil1394等)、傳感器采集接口(離散量、模擬量、頻率等)和輸出控制接口(功率驅動等),接口類型相對固定,因此研制通用測試平臺具有重要意義。

1 方案設計

平臺采用基于以太網的B/S架構設計,無需安裝專用軟件,功能升級便捷。平臺主要由客戶端、服務器和測試下位機組成?？蛻舳藶槠胀≒C,安裝瀏覽器用于測試用例開發和測試資源管理,可實現多人并行工作,提升測試用例開發效率;服務器端采用高性能小型機進行數據管理;測試下位機搭載實時操作系統運行自動測試軟件,使用虛擬儀器和UUT進行交付完成自動測試。

平臺中客戶端和服務器均為標準以太網接口的通用設備,而測試下位機往往為專用,因此本文主要針對測試下位機進行通用化設計。

1.1 硬件設計

測試下位機硬件主要由測試單元、適配器和電纜組成。測試下位機測試場景連接圖如圖1所示。

圖1 測試下位機測試場景連接圖

測試單元由測試機箱、測試板卡和信號轉接組成。測試機箱總線帶寬應不低于UUT(被測件)機電總線帶寬,測試機箱備份插槽應盡量多,以便后續測試資源擴展。例UUT機電總線為1394(100 Mbps),選用CPCI機箱(32 bit,33 MHz)即可滿足要求。測試板卡總線類型應與機箱兼容,盡量使用商用貨架產品,提升平臺可靠性。工程經驗表明,PCI板卡安裝可靠性低,存在金手指長期氧化問題,不建議選用。

信號轉接主要為了實現測試板卡資源的接口標準化,屏蔽同類板卡不同廠商的連接器型號和針腳定義差異,實現測試單元的整體重用。商用板卡接口多為SCSI、J30JA、DB系列連接器,連接器針數集中在68、100和144針,考慮到人機工程便捷性和測試單元可擴展性,參考美國下一代自動測試系統體系結構[2],提出在J30JA系列連接器基礎上,增加兩組定位塊實現36組防插錯,作為測試資源標準接口連接器,使用定位塊的36組防插錯和連接器不同針數組合,結合UUT常用信號類型,制定了測試資源標準接口規范,實現測試板卡資源接口標準化和系列化。當某型號板卡故障且停產需更換為新接口定義的測試板卡時,只需按照既定的測試資源標準接口規范新制作信號轉接電纜,即可實現停產板卡的功能替換,提升保障性。

適配器主要實現UUT信號調理,并轉接到測試資源標準接口,配合UUT電纜后可實現測試單元的整體重用。新UUT測試僅需按照規范要求制定適配器,降低設備測試成本。在研制新適配器時,可依據UUT信號實際情況對適配器進行裁剪。在UUT對外接口數量較小,且信號無需進行調理的情況下,可僅制作電纜將UUT和測試單元進行連接;考慮到1394總線信號質量,信號可不經過適配器,在測試單元處為其設計標準接口,直接通過電纜與UUT直接連接,如圖1所示。

1.2 軟件設計

測試平臺采用基于信號的測試,將UUT的每個接口,通訊ICD的最小定義負載看做信號,使用信號配置表對測試軟硬件資源進行統一描述,測試資源變更或新增只需修改配置表,實現測試軟、硬件松耦合,同時實現測試用例的復用[3]。

自動測試軟件采用模塊化分層設計,自頂向下依次為用戶層、業務層、硬件抽象層和驅動層(詳見圖2)。用戶層為UI界面組件;業務層為自動測試引擎和測試用例;硬件抽象層包含中間層、數據IO服務和信號配置表;驅動層為板卡廠商提供的驅動軟件。

圖2 自動測試軟件架構

數據IO服務按配置通過中間層調用板卡驅動,采用共享內存方式刷新數據,自動測試引擎執行測試用例,查詢信號配置表從數據IO服務獲取信號當前狀態,從而完成測試用例執行。中間層為每種被測信號板卡定義了標準API,其綜合了廠商提供的驅動代碼,同時可插入特定代碼來補償儀器互換造成的測試差異,從軟件層面屏蔽測試硬件資源變更帶來的影響?？紤]到機載機電計算機多數功能的獨立性,測試用例設計也應具有獨立性,自動測試引擎應支持多線程調度,實現并行測試,提升測試效率。

2 結束語

本文提出了適用于機載機電計算機的通用測試平臺,定義了測試資源標準接口,實現了平臺核心測試資源的重用,降低了新產品測試設備研發成本,提升了設備保障性,并且測試資源可擴展。工程實踐證明該方案可行,對類似UUT的測試設備研制具有參考意義,但當UUT信號量較為龐大時,適配器和測試單元的連接阻力較大,后續應進行相關工程化優化設計。