基于VXI-GPIB总线的自动测试系统设计与实现

杨 彪 高 优 姚莉娟

（中航工业西安航空计算技术研究所，陕西 西安 710119）

基于VXI-GPIB总线的自动测试系统设计与实现

杨 彪 高 优 姚莉娟

（中航工业西安航空计算技术研究所，陕西 西安 710119）

VXI总线接口结构紧凑、标准开放、数据吞吐能力强、模块可重复使用，GPIB标准总线作为一种成熟完善的标准仪器总线，在高频、微波频段的自动化测量领域是一种不可缺少的仪器总线技术。GPIB标准总线与VXI总线在系统应用中，无论在软件还是硬件，都有着天然的兼容性和互补性。实践证明基于 VXI-GPIB总线开发的自动测试系统（ATS）能够满足用户使用要求。

ATS；VXI总线；GPIB总线

1 引言

随着航空电子设备技术的不断提升，综合化机载电子设备大量使用，对电子设备的检测提出了更高的要求。专用测试设备本身存在的固有缺陷，如软硬件兼容性差、品种繁多通用性差、测试效率低、机动性差等，导致无法满足部队提出的增强可靠性、缩短检测维护时间、提高机动性、通用性及降低研发成本以适应现代化战争的需求。在这种情况下，开发一种能弥补以上专用测试设备缺陷的自动测试系统势在必行。本文从工程角度出发介绍一种基于VXI-GPIB混合总线的自动测试系统（ATS）的开发思路及实现方法。

2 系统硬件结构

自动测试系统采用通用的VXI总线结构,以VXI测试设备为主，辅以控制设备等其它设备,主要的功能块有：

2.1VXI测试设备

包括VXI智能机箱及其中的VXI仪器模块和外部测试夹具，VXI机箱选用C尺寸13槽Agilent E8403，具有电源监控、温度监控及智能环控功能。设备内部采用VXI标准总线，根据测试的最大需求，选用标准的VXI测试模块进行集成，其中零槽控制器选用C尺寸单槽Agilent E8491B，能够提供VXI零槽及资源管理器功能，通过标准的IEEE-1394总线（火线）直接将控制计算机和VXI主机箱连接起来，使得计算机能够直接访问VXI背板，使外置计算机的功能达到嵌入式计算机的功能。矩阵开关选用C尺寸单槽Agilent E1466，这款4×64的双线开关矩阵可随处转换每个交叉点。E1466在STTE中共两块，起到开关切换的作用，主要应用于视频切换测试和422总线测试，矩阵开关的行挂载示波器、万用表等仪器。模拟量输出卡选用C尺寸单槽Agilent E1418A，具有16路16位分辨率的独立模拟输出通道，具有输出信号自动校准功能，每一个通道都可设置成测量电压输出的电压或电流模式。数字IO卡选用C尺寸单槽Agilent E1458A，具有12个8位双向数据端口，可提供块存储传输以及6个GPIO握手协议，每一个端口包括8条数据线和6条握手/控制线，它主要应用于数字I/O控制，如数字组件测试或数据采集控制，8位端口独立配置为正/负逻辑、读/写或三态条件，板卡分配成3个bank，而每个bank包括4个端口，允许数据以比特、字（16位）或长字（32位）进行传输。各个VXI仪器模块在机箱中通过VXI总线相连，为被测设备提供激励信号并采集相应的响应信号，其中零槽控制器在测试系统中起到桥梁作用，负责连接工控机与各VXI板卡，并控制其工作。

2.2视频显示控制设备

包括MFCD、视频信号发生器和视频转换盒。MFCD是一个“6×8”高分辨率、高亮度的彩色液晶显示器,用于视频输出，视频信号发生器选用Fluke 54200，用于视频信号的输入源，视频转换盒用于视频格式的转换。

2.3测量设备

包括示波器、万用表。示波器选用Agilent DSO7052A，具有2个模拟通道、500MHz带宽、4 GSa/s采样率、256级灰度的12.1英寸XGA显示屏、每秒100000次波形更新速率，主要用于RS422测试、语音报警测试、和故障诊断及排故，采用USB与LAN并行控制的方式。万用表选用Agilent 34410A，能够测量高性能交流和直流、电阻等，它具有GPIB (IEEE-488)、 USB和 LAN三个标准远程接口，还具有数据记录仪功能，带有50K读数的非易失存储器，用于电压输出的测量和系统的故障诊断及排故。

2.4供电设备

包括不间断电源（UPS）、3通道直流电源、程控电源电源。UPS为系统提供断电保护，UPS内置两组电池，功率2100瓦，在断电情况下可以为STTE持续供电10分钟。3通道直流电源选用 Agilent E3631A，主要为调理箱中的调理板供电，电源输出参数为：+5V/1A（量程为+6V）、+9V/0.5A(量程为+25V)、-9V/0.5A(量程为-25V)。程控电源选用Agilent 6653A直流电源，具有远地编程和检测、低波纹低噪声、SCPI编程等特点，主要给被测件和MFCD供电。

2.5接口适配器

选用VPC 9025，它包括连接有装在机柜上的VPC-Receiver和与线缆连接的 VPC-ITA端组成，使用时将 VPC-ITA与VPC-Receiver对接即可，在接收器插件上有高频、低频、电源和功率等各种插针组成的插针阵列,一端用于连接适配器插件,另一端连接到被测件,具有可靠性高、灵活性强及保护性好的特点。VPC上共分5块连接块，用于测试系统的检修，分别为“A”、“B”、“C”、“D”和“E”。其中E上为电源，其余四个连接上的插针型号相同。

2.6断点板

主要用于测试设备的维护，检测测试设备上的信号连接，且对断点板的测量点进行操作时不会影响被测件及自动测试系统的正常运行，断点板上共有200个插头，分别可以控制200路信号。插头的左侧连接测试系统，右侧连接被测件。在测试时，如果发现某路信号异常，便可用仪器在指定通道的插头上进行排故，确定测试系统是否输出信号，输出的信号是否符合要求，也可以通过断点板给被测件外加信号。

2.7控制系统

采用配置先进的工控机，并配置了RS-422接口、GPIB接口、Fireware接口、1553B总线接口。选用MOXA公司CP-132串口卡，通过板卡上的工作状态开关，指定串口卡的前3个通道为RS-232模式，后5个通道为RS-422模式，5路RS-422接口用于被测件的422通讯测试。GPIB接口选用基于PCI总线的Agilent 82350B，用于示波器、数字万用表等台式仪器控制，传输速率高达900Kb/s，用于工控机与3通道直流电源、程控电源、示波器、万用表仪器之间的通讯。工控机中的Fireware接口是一块PCI总线插卡，用于工控机和VXI系统之间的通讯，使得计算机能够直接访问VXI背板，使外置计算机的功能达到嵌入式计算机的功能。1553B总线接口由EXC-1553 PCI卡提供BC和RT功能，通过总线电缆和耦合器分别与被测件面板的A1、B1连接，进行总线的测试。具体系统组成框图如图1所示。

图1　系统结构框图

3 系统工作原理

机载任务计算机是飞机航电系统的控制和管理核心,主要实现航电系统的通讯管理、任务计划和飞行计划管理、火控计算、辅助导航、语音告警、综合显示管理及飞行员接口控制等。主要待测项目包括CPU自检、离散量输入测试、离散量输出测试、模拟量输入测试、RS422总线通讯测试、1553B总线通讯测试、视频切换测试、语音告警测试、电源拉偏测试、整机功率测试。具体每个待测项目工作原理如下：

3.1CPU自检

ATS向被测件的CPU模块发送自检命令，并将自检结果反馈给ATS，并判断正确性。

3.2离散量输入测试

ATS向被测件的每个离散量通道输入相应状态的信号，ATS运行测试程序采集离散量输入的状态，如果离散量输入有变化，就把采集到的离散量输入反馈给测试设备，ATS根据接收到的信号和系统控制的信号的一致性，以判断离散量输入通道的正确性。

3.3离散量输出测试

ATS控制被测件输出离散量到ATS，ATS检查离散量输出的状态是否和ATS的控制一致，以判断离散量输入通道的正确性。

3.4模拟量输入测试

ATS向被测件的每个模拟量通道输入相应状态的信号，ATS运行测试程序采集模拟量输入的状态，如果模拟量输入有变化，就把采集到的模拟量输入反馈给测试设备，ATS根据接收到的信号和系统控制的信号的一致性，以判断模拟量输入通道的正确性。

3.5RS422总线通讯测试

ATS向被测件的每路RS422接口发送数据，检查发送的数据与接收到的数据是否一致，以判断RS422总线通道的正确性。

3.61553B总线通讯测试

ATS的仿真卡向被测件的MBI模块发送上下网指令,并仿真它机设备向被测件发送数据包,被测件接收到后再回送至ATS以判断通信是否正确。

3.7视频切换测试

视频信号自动测试系统的视频信号发生器提供,通过被测件的视频矩阵切换后,信号输出至自动测试系统的监视器和来显示,由操作者观察显示图像的正确性。

3.8语音告警测试

ATS控制被测件输出语音告警信号，并通过音响播放，测试者倾听音箱语音告警，判断是否与状态提示一致。

3.9电源拉偏测试

ATS通过程控修改被测件外部输入电压值到+18V、+28V、+32V、并分别加电，检查被测件是否能够正常工作。

3.10整机功率测试

ATS通过电流表对WMMC整机运行的电压电流进行测量，并计算出功率值。并判断功率值是否在合格判据范围内。

4 软件设计

ATS软件由系统软件、测试应用软件、自检软件组成，具体如下：

4.1系统软件

包括Windows XP操作系统、各模块的设备驱动程序。设备驱动程序包括RS-422、GPIB、1553B设备驱动程序，模拟量输出卡、数字I/O转换卡等设备驱动程序。

4.2测试应用软件

测试应用软件基于LabVIEW8.6平台开发，主要实现被测件功能测试、数据管理和系统帮助，功能测试用来测试被测件综合能力，通过向被测件发送模拟数据和指令，被测件运行应用软件，判断能否正常工作来完成功能测试。功能测试包括测试项目选择、参数设置、仪器控制、数据采集和处理、分析和显示、波形输出等功能，是整个测试系统的核心。数据管理实现对测试数据的管理和维护，生成测试结果的报表和数据回调。系统帮助用于对用户进行系统介绍及操作指导。

4.3自检软件

系统的自检测试软件包括：启动自检测试软件和维护自检测试软件。启动自检测试是指当系统进行测试工作周期之前进行的自检测试；维护自检测试主要用于维护状态的测试，是指当系统处于正常工作状态时，根据操作员的请求而进行的自检测试。软件结构框图如图2所示。

图2　软件结构框图

打开软件，首先进入登陆界面，登陆信息包括用户名、密码以及待测件编号，在确认登陆信息之后，系统自动运行启动自检软件，完成对测试设备系统硬件的自检，以确保该系统的正常运行。当怀疑设备运行不正常时，运行维护自检软件检测该设备，以确认仪器是否故障，方便进一步排除故障。仪器的自检是通过GPIB或LAN发送仪器自检指令实现的，数据采集卡的自检是通过软件调用采集卡自带的自检函数来实现，自检完成后进入测试应用软件界面，如图3所示。

图3　测试应用软件界面

5 结论

本文介绍的自动测试系统以VXI总线技术为主，GPIB总线技术为辅，提高了系统测试的机动性、灵活性、快速性和可靠性，并且能够快速进行故障定位，同时也大大降低了测试人员劳动强度，目前已投入使用。

[1] 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,2011.

[2] 牛文生.机载计算机技术[M].北京:航空工业出版社,2013.

[3] 宋宇峰.LabWindows/CVI逐步深入与开发实例[M].北京:机械工业出版社,2003.

Design and Implementation of Automatic Test System Based on VXI-GPIB Bus

VXI bus interface is possessed of compact structure、open standards、strong Data throughput capacity, reusable modules，GPIB bus standard as a kind of mature and perfect standard instrument bus, in the field of automatic measurement of high frequency and microwave frequency measurement is an indispensable instrument bus technology. GPIB bus standard and VXI bus in the system application, either in software or hardware, have a natural compatibility and complementarity. Practice shows that the Automatic Test System (ATS) based on VXI - GPIB bus satisfies the requirement of users.

ATS; VXI bus;GPIB bus

TP274+.5

A

1008-1151(2015)04-0014-03

2015-03-09

杨彪（1987-），男，中航工业西安航空计算技术研究所助理工程师，研究方向为机载计算机产品调试与测试。