一种双余度飞控计算机自动测试系统的软硬件设计

韩晨+曹兴冈+陈帅

摘 要： 随着测试设备对性能要求的不断提高，PXI测试技术平台应运而生，并将其应用于机载计算机ATE设备软、硬系统结构设计，模拟、离散及数字通讯接口设计以及测试设备自身计量校准设计等，并为机载计算机设备及类似测试设备提供优良的系统设计方案，其采用模块化、标准化思想，通用性和推广性极强。介绍了双余度飞控计算机自动测试设备的设计，分别对自动测试设备的组成、技术指标以及软件和硬件设计进行介绍，对双余度飞控计算机模拟量、离散量、ARINC429、RS232等性能指标进行测试。该设备测试精度高，运行稳定可靠，具备设备自检能力，具有一定实用性和推广价值。

关键词： 双余度； 飞控计算机； 自动测试系统； PXI

中图分类号： TN964?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）22?0056?04

Software and hardware design of an automatic test system for dual?redundancy FLCC

HAN Chen， CAO Xing?gang， CHEN Shuai

（Aeronautics Computing Technique Institute， Xian 710068， China）

Abstract： Along with the continuous raising of performance requirement for the test equipment， the PXI test technique platform emerge with the tide of the times， and is applied to the structure design of airborne computer ATE software and hardware system， as well as the design of simulation， discrete and digital communication interface， and calibration of the test equipment. The perfect system design project was provided for the airborne computers and similar test equipments. It has very strong universality and generalization due to its modularization and standardization. The design of the automatic test system for dual?redundancy FLCC is introduced. The composition， technique index， software design and hardware design of the automatic test equipment are described. The emulation quantity， discrete quantity， ARINC429 and RS232 of the dual?redundancy FLCC were tested with the system. Its test accuracy is high. It has stable and reliable operation.

Keyword： dual?redundancy； FLCC； automatic test system； PXI

随着测试设备对性能要求的不断提高，PXI测试技术平台应运而生。面向仪器系统的PCI扩展（PXI）是一种坚固的基于PC的测量和自动化平台[1]。PXI作为测量和自动化系统的运载平台具有高性能、低成本的特点，目前已经被广泛运用于各种测试领域[2]。

1 设备组成

整个设备由机柜、散热风扇、标牌、断点板、信号调理箱、显示器、键盘鼠标、PXI测试系统、28 V程控电源模块和等部分组成。

2 硬件设计

2.1 该设备有以下几个功能模块

（1） 离散量输出模块

模拟外设信号类型，给待测件提供所需的30路离散量输入信号。

（2） 离散量输入模块

模拟外设信号类型，采集待测件输出的28路离散量输出信号，在结构上采取光电隔离，减少对待测件的影响及对测试设备进行隔离保护。

（3） 模拟量输出模块

模拟外设信号类型，给待测件提供所需的21路模拟量输入信号，包含直流模拟量和交流模拟量。

（4） 模拟量输入模块

采集待测件输出的八路模拟量信号，验证待测件的好坏及性能。

（5） 电源模块

电源模块分3部分，第1部分给待测件供28 V供电电源，该路可控调整；第2部分给测试设备离散信号及控制回路提供供电电源。

（6） 信号调理箱

提供信号变化和对外设的控制，分2部分，调理箱Ⅰ主要完成离散量信号的模拟及测试设备本身一些信号的操作控制，调理箱Ⅱ主要完成对被测件模拟信号的采集和输出及回绕测试过程中信号的切换。

（7） 总线信号发送、接收模块

整机配备ARINC429信号5路输入/输出可配置；RS 422信号1路输出信号。

2.2 测试设备主要技术参数

（1） PXI机箱，选用NI公司PXI?测试设备主要技术参1042Q，主要技术指标：提供8个 3U PXI/CompactPCI 插槽（1个系统插槽，7个外设插槽）；具有工业标准的400 W ATX 供电电源；带有温度、电压和风扇监控LED灯。

（2） 零槽控制器，选用NI公司的控制器 NI PXI?8106，该控制器技术指标：2.16 GHz Intel Core 2 Duo T7400双核处理器 ；2 GB DDR2 内存；10/100/1 000 BaseTX （千兆）以太网， ExpressCard/34插槽， 4个高速USB端口；集成的硬盘， GPIB， 串口及其他外围I/O。

（3） 数字I/O卡，选用NI公司PXI?6515，主要技术指标：隔离的32路漏/源输入（±30 V DC） ；看门狗，可编程的上电状态，变化检测，输入滤波器，高电流驱动 ；高度可靠的工业特性 工业24 V逻辑阈值；32路漏输出（±30 V DC， 单通道475 mA，所有通道均为125 mA）。

（4） 模拟量输出卡，选用NI公司PXI?6723，主要技术指标：单通道时采样速率为每通道800 KS/s，32通道时为每通道45 KS/s ；转换速度不超过10 kHz满量程正弦波；NI?DAQmx测量服务软件使配置和测量更简单；同步更新，板载或外部更新时钟。

（5） 模拟量采集卡，选用凌华公司cPCI?9112，主要技术指标：16通道模拟量采集，2通道模拟量输出；输出支持外部参考。

（6） 串口卡，选用NI公司 PXI?8430，该串口卡主要技术指标如下所示：高速DMA接口最大程度地降低了CPU开销 ；57 b/s～1 000 Kb/s可变的标准和非标准波特率 ；128 B传输和接收FIFO；全部16个端口上的传输速率高达1 Mb/s ；完全支持多核处理器与超线程 ；2条电缆 （68针VHDCI转8个DB9公口）。

（7） ARINC429卡，选用EXC?4000cPCI/X4K?B1，主要技术指标：10个通信端口，可任意配置为输入、输出；传输速率支持 12.5 Kb/s，100 Kb/s；直流供电电源，选用朝阳4NIC?QQ系列电源，主要技术指标：低噪音 高效率；性价比高 体积小；重量轻 新型AC/DC变换器；设计裕量大；工作频率150～500 kHz。

（8） 机柜面板上安装有断点板，最大提供400路信号的检测。方便设备检修及故障诊断。

3 软件设计

测试设备系统软件主要包括下列几部分：测试部分、自检部分、回绕测试部分、校准测试部分。各部分通过管理界面有机的统一在一起，方便操作使用。本次设计下位机系统采用NI的PXI系统，相应地在开发软件环境上选用直观、方便的NI Labview 8.6；操作系统选用大众化的WindowsXP[3]。软件流程如图1所示。

图1 应用软件流程图

测试主界面如图2所示。

图2 测试主界面图

4 工作原理

测试设备设计结构框图如图3所示。测试设备电源组件给被测试计算机提供工作电源，待被测试计算机启动后，仿真组件模拟飞机传感器信号，将其被测试计算机输入端口，在被测试计算机内部将信号离散化，对离散化后数据进行计算和监控，然后再将处理后的数据还原，输出到输出端口去控制舵机动作、告警显示等[4]。因此，在测试设备上，采集组件接收被测试计算机输出的控制信号，经过工业计算机处理并显示在测试界面，作为测试被测试计算机是否工作正常的依据[5]。测试系统主要由主控计算机、信号调理系统、飞控计算机传感器模拟部分、测试控制面板、端接板适配器部分、电源部分等6部分组成[6]。

图3 原理框图

根据测试需求，测试可划分为：

（1） 机内自测试。测试软件通过RS 232发送操作命令控制UUT执行自测试操作，读取测试结果。

（2） 离散量输入测试。离散量输入测试分为A、B通道测试，A、B通道各包含30路，信号分为28 V/开24路，28 V/地4路，地/开2路。通过输入门限电压值确定离散量状态，并回采离散量，比较回采值与被测设备的采集值判断测试结果。离散量输入框图如图4，图5所示。

图4 28 V/地离散量信号输出电路

（3） 离散量输出测试。离散量输出测试分为A、B通道测试，A、B通道各包含28路，信号分为27 V/开5路，地/开22路。A通道测试可调用离散量输出测试程序，B通道测试先置A通道CPU挂起，即A通道CPU的GSE信号置“1”，然后调用离散量输出测试程序。控制被测设备输出离散量状态，经调理电路通过模拟量采集板卡采集离散量输出状态的门限电压值。

离散量输出框图如图6，图7所示。

（4） 模拟量输入测试。模拟量输入测试分为A、B通道测试。模拟量输入A、B通道信号相同，直流模拟量输入14路，单相交流模拟量输入7路，每一路根据模拟量范围设置5或3个测试点，通过模拟量输出卡输出模拟量经调理电路给被测设备。其中交流模拟量为了保证其相位与被测设备激励相位相同，通过同一信号源进行变换分别输入给被测设备。模拟量输入实现框图如图8所示。

图5 开/地离散量信号输出电路

图6 28 V/地离散信号的调理

图7 断开/接地信号的调理

图8 模拟量输入实现框图

（5） 模拟量输出测试。模拟量输出测试分为A、B通道测试，A通道测试调用模拟量输出测试程序，显示电压值。B通道测试时先置A通道CPU挂起，即A通道CPU的GSE信号置“1”，然后调用模拟量输出测试程序，显示电压值。模拟量输出A、B通道共8路，每路设置3个测试点，控制被测设备输出，经调理电路给模拟量采集板采集。

模拟量输出实现框图如图9所示。

图9 模拟量输出实现框图

（6） ARINC429测试。ARINC429 3路输入、2路输出，传输速率 100 Kb/s；ARINC429 环绕测试：测试软件控制继电器K1闭合完成ARINC429外环路连接，通过RS 232发送命令执行ARINC429环绕测试，回读并解析测试结果。ARINC429通信测试：断开继电器K1，按照ARINC429通信协议与UUT进行数据传输，通过RS 232发送命令执行ARINC429通信测试，根据发送接收数据判断测试结果。ARINC429框图如图10所示。

图10 ARINC429测试框图

（7） RS 422测试：RS 422输入1路，传输速率9 600 b/s；RS 422环绕测试：测试软件控制闭合继电器K1完成RS 422外环路连接，通过RS 232发送命令执行RS 422环绕测试，回读并解析测试结果。

RS 422通信测试：断开继电器K1，按照RS 422通信协议与UUT建立通信，通过RS 232发送命令执行RS 422通信操作，通过发送和接收数据判断测试结果。RS 422测试框图如图11所示。以上的测试都分为自动和手动两种操作方式，便于测试人员进行设备验收及实验调试，测试过程中测试软件自动保存测试结果，生成测试报表。

图11 RS 422测试框图

5 结 语

双余度飞控计算机自动测试设备，使用PXI测试平台，配合LabVIEW软件，使得开发更规范化和标准化。系统开发周期短，有效地降低成本，并具有良好的可扩展性和可移植性。在重点关注针对自动化测试及高覆盖率测试的基础上，还充分考虑测试设备自身计量校准软、硬件设计，有利于提高测试设备的自身可靠性。根据不同的测试需要，进行适当扩展和资源复用，其通用性、先进性和扩展性可广泛应用于多种类型的测试设备，以便于满足不同测试需求。

参考文献

[1] 王瑞，孙虎元.基于PXI总线的导弹火控自动测试系统设计[J].弹箭与制导学报，2012，32（6）：45?48.

[2] 李行善，左毅，孙杰.自动测试系统集成技术[M].北京：电子工业出版社，2004.

[3] 付宁，赵浩然.PXI数字化仪的触发设计[J].电子测量技术，2012，35（8）：116?119.

[4] 张彦忠，周晓光.基于PXI的舰载动态参数测试系统设计[J].现代电子技术，2011，34（9）：63?65.

[5] 房莉，陈湘平.基于PXI的轴角数据转换器精度测试系统设计[J].测控技术，2011，30（7）：5?8.

[6] 彭钢锋.机载计算机专用检测设备计量方法研究[D].西安：中国航空计算技术研究所，2009.

图8 模拟量输入实现框图

（5） 模拟量输出测试。模拟量输出测试分为A、B通道测试，A通道测试调用模拟量输出测试程序，显示电压值。B通道测试时先置A通道CPU挂起，即A通道CPU的GSE信号置“1”，然后调用模拟量输出测试程序，显示电压值。模拟量输出A、B通道共8路，每路设置3个测试点，控制被测设备输出，经调理电路给模拟量采集板采集。

模拟量输出实现框图如图9所示。

图9 模拟量输出实现框图

（6） ARINC429测试。ARINC429 3路输入、2路输出，传输速率 100 Kb/s；ARINC429 环绕测试：测试软件控制继电器K1闭合完成ARINC429外环路连接，通过RS 232发送命令执行ARINC429环绕测试，回读并解析测试结果。ARINC429通信测试：断开继电器K1，按照ARINC429通信协议与UUT进行数据传输，通过RS 232发送命令执行ARINC429通信测试，根据发送接收数据判断测试结果。ARINC429框图如图10所示。

图10 ARINC429测试框图

（7） RS 422测试：RS 422输入1路，传输速率9 600 b/s；RS 422环绕测试：测试软件控制闭合继电器K1完成RS 422外环路连接，通过RS 232发送命令执行RS 422环绕测试，回读并解析测试结果。

RS 422通信测试：断开继电器K1，按照RS 422通信协议与UUT建立通信，通过RS 232发送命令执行RS 422通信操作，通过发送和接收数据判断测试结果。RS 422测试框图如图11所示。以上的测试都分为自动和手动两种操作方式，便于测试人员进行设备验收及实验调试，测试过程中测试软件自动保存测试结果，生成测试报表。

图11 RS 422测试框图

5 结 语

双余度飞控计算机自动测试设备，使用PXI测试平台，配合LabVIEW软件，使得开发更规范化和标准化。系统开发周期短，有效地降低成本，并具有良好的可扩展性和可移植性。在重点关注针对自动化测试及高覆盖率测试的基础上，还充分考虑测试设备自身计量校准软、硬件设计，有利于提高测试设备的自身可靠性。根据不同的测试需要，进行适当扩展和资源复用，其通用性、先进性和扩展性可广泛应用于多种类型的测试设备，以便于满足不同测试需求。

参考文献

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[4] 张彦忠，周晓光.基于PXI的舰载动态参数测试系统设计[J].现代电子技术，2011，34（9）：63?65.

[5] 房莉，陈湘平.基于PXI的轴角数据转换器精度测试系统设计[J].测控技术，2011，30（7）：5?8.

[6] 彭钢锋.机载计算机专用检测设备计量方法研究[D].西安：中国航空计算技术研究所，2009.

图8 模拟量输入实现框图

（5） 模拟量输出测试。模拟量输出测试分为A、B通道测试，A通道测试调用模拟量输出测试程序，显示电压值。B通道测试时先置A通道CPU挂起，即A通道CPU的GSE信号置“1”，然后调用模拟量输出测试程序，显示电压值。模拟量输出A、B通道共8路，每路设置3个测试点，控制被测设备输出，经调理电路给模拟量采集板采集。

模拟量输出实现框图如图9所示。

图9 模拟量输出实现框图

（6） ARINC429测试。ARINC429 3路输入、2路输出，传输速率 100 Kb/s；ARINC429 环绕测试：测试软件控制继电器K1闭合完成ARINC429外环路连接，通过RS 232发送命令执行ARINC429环绕测试，回读并解析测试结果。ARINC429通信测试：断开继电器K1，按照ARINC429通信协议与UUT进行数据传输，通过RS 232发送命令执行ARINC429通信测试，根据发送接收数据判断测试结果。ARINC429框图如图10所示。

图10 ARINC429测试框图

（7） RS 422测试：RS 422输入1路，传输速率9 600 b/s；RS 422环绕测试：测试软件控制闭合继电器K1完成RS 422外环路连接，通过RS 232发送命令执行RS 422环绕测试，回读并解析测试结果。

RS 422通信测试：断开继电器K1，按照RS 422通信协议与UUT建立通信，通过RS 232发送命令执行RS 422通信操作，通过发送和接收数据判断测试结果。RS 422测试框图如图11所示。以上的测试都分为自动和手动两种操作方式，便于测试人员进行设备验收及实验调试，测试过程中测试软件自动保存测试结果，生成测试报表。

图11 RS 422测试框图

5 结 语

双余度飞控计算机自动测试设备，使用PXI测试平台，配合LabVIEW软件，使得开发更规范化和标准化。系统开发周期短，有效地降低成本，并具有良好的可扩展性和可移植性。在重点关注针对自动化测试及高覆盖率测试的基础上，还充分考虑测试设备自身计量校准软、硬件设计，有利于提高测试设备的自身可靠性。根据不同的测试需要，进行适当扩展和资源复用，其通用性、先进性和扩展性可广泛应用于多种类型的测试设备，以便于满足不同测试需求。

参考文献

[1] 王瑞，孙虎元.基于PXI总线的导弹火控自动测试系统设计[J].弹箭与制导学报，2012，32（6）：45?48.

[2] 李行善，左毅，孙杰.自动测试系统集成技术[M].北京：电子工业出版社，2004.

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[4] 张彦忠，周晓光.基于PXI的舰载动态参数测试系统设计[J].现代电子技术，2011，34（9）：63?65.

[5] 房莉，陈湘平.基于PXI的轴角数据转换器精度测试系统设计[J].测控技术，2011，30（7）：5?8.

[6] 彭钢锋.机载计算机专用检测设备计量方法研究[D].西安：中国航空计算技术研究所，2009.