箭载计算机软件测试平台设计及应用

胡逸琳　魏冬冬　叶竹

摘要：针对箭载计算机飞行软件测试的需求，确定了箭载计算机仿真测试系统的硬件平台和软件操作系统。通过对箭上单机进行实时软件的模拟，对地面测发控各系统的模拟，使用半物理环境模拟了箭载计算机在地面测试和飞行阶段的外围环境。通过和箭载计算机的联调综合实验，证明了仿真测试系统的真实性和有效性，同时表明了该文设计的箭载计算机飞行软件仿真测试平台不但满足了测试人员对于箭载计算机软件黑盒测试的需求，更进一步提高了测试的效率，为后续测试工作的开展提供了良好的基础。

关键词：仿真测试；实时软件

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）08-0066-03

1概述

运载火箭是我国新一代正在研制的小型运载火箭，其箭载计算机（下文简称为箭机）软件主要功能是完成火箭飞行的制导、导航、姿控、自检、故障诊断、遥测信息等飞控任务以及通过1553B总线实现箭载计算机与1553B总线终端设备的通信，并通过RS422串口实现箭载计算机与GPS设备及地面主控计算机的通信。

为进行对箭机软件的黑盒测试，现开展了软件仿真测试系统研制工作。通过对箭载计算机的外围环境和箭载计算机通信协议的梳理分析，设计人员确定了仿真测试系统的功能需求。该仿真测试系统通过模拟箭机软件飞行的外围环境，模拟箭载计算机与外围的通信进行火箭飞行状态模拟，实现了实时采集和生成各类信号，注入各类故障的功能。该平台的实现有利于测试人员对软件进行系统化的测试，能有效提高测试效率，并为测试结论提供了有效的依据。

2箭载计算机仿真测试系统需求分析

箭载计算机仿真测试系统的设计目的是通过仿真模拟箭机飞行所需的外围环境，通过界面上的操作，规定测试指令及测试方案，用来测试箭机与系统各模拟设备之间的相互联通，并对故障进行初步定位。

2.1功能需求

1）地面通信功能输入输出需求见下表2：

2）箭上单机通信功能见下表3：

4）GNSS导航数据通信功能见下表4：

5）程序/数据上传下载功能见下表5：

6）PPS秒脉冲接收功能见下表6：

2.2界面设计需求

1）箭载计算机仿真测试系统软件要求界面中有开始和停止按钮；

2）有直观、简洁的通信流程显示界面；

3）有消息文件、流程配置文件等数据文件上传界面；

4）有修改消息数据界面；

5）有直观显示消息数据和交互流程界面；

6）有以折线图方式显示的数据对比界面。

2.3性能需求

1）1553B最高发送消息频率可达500HZ；

2）RS422通信延时时间不可超过2ms；

3）测试人员可设置的消息周期、发送延迟等时间精度为1毫秒。

3箭载计算机仿真测试系统硬件架构

箭载计算机仿真测试系统需模拟箭载计算机的外围环境，即前置地面主机、箭上各单机（包括捷联A、捷联B、伺服控制器Ⅰ、伺服控制器Ⅱ、伺服控制器Ⅲ、转级控制器、综合控制器Ⅰ、综合控制器Ⅱ）和GPS导航计算机。

如下图所示，箭载计算机仿真测试硬件系统由一台上位机和四台下位机组成（包括PCI-1553B板卡三块，MOXA卡一块，网络交换机一台）。地面测试模拟器通过MOXA卡与1553B和箭机进行信息交互，发送综合控制器速率陀螺信息，同时作为主控计算机通过网络交换机与其他模拟器进行交互，主控命令通过TCP/IP进行发送。

箭上单机模拟器通过1553B总线与箭载计算机通信。由于箭上单机模拟器通信数据量大，实时性要求高，所以将箭上单机模拟器分为上位机与下位机组成，下位机使用实时操作系统，上位机通过网络交换机与下位机通信给予操作指令。

4箭载计算机仿真测试系统软件设计

和箭载计算机软件相对应，仿真测试平台针对不同通信方式进行了多层次，多模块设计，包括通信层、操作层、配置层三个层次，如下图所示。软件依照功能需求，为了更好的增加用户体验，依据层次化、模块化设计思路共分为三个层次、十三个模块：

1）通信层：根据箭机软件通信外部接口分为了地面通信控制模块、GNSS導航通信模块和1553B通信控制模块。通信层软件调用硬件驱动实现了通信，可根据驱动函数设定通信故障。在通信层实现了软件的具体功能，软件根据用户对消息的时序配置和设定工作与箭机进行通信。

2）操作层：根据测试人员基于箭机测试提出的需求，该层即用户界面。用户通过界面操作可以对单帧消息进行多种预设模式和自定义模式的配置，对多帧时序进行设置，并可通过导入文本文件进行对测试流程和测试数据的快速配置，有效减少了测试人员所需花费的时间，提高了测试。

3）配置层：根据软件工程化和用户需求将应用层的需求转换为多个可复用的模块，包括错误状态配置模块，数据导入模块，增加了程序的复用性、可移植性。

层次化模块化的软件架构有助于后期的维护和修改，有利于模块的移植以应对型号软件不断的版本更改和升级。仿真测试系统各模拟器软件通过调用各个软件模块实现了针对软件测试需求的多模式定制，有助于测试人员使用，有效提高测试效率。

1）通信层设计

箭机测试系统模拟箭上各单机、GPS设备和地面测试设备与箭机通过1553B总线和RS422串口进行通信。通信层根据不同的模拟器分为三个模块，依照不同的通信方式设置了两个底层通信用函数，具体架构如下图。

2）配置层设计

基于软件需求变化较大，开发周期较长，用户要求多，设计人员设计了捷联A、捷联B、GPS模拟器、箭上单机模拟器、前置模拟器等多个通用模块达到了快速配置测试用例通信流程的目的，节省了后期二次开发的时间。技术背景

3）操作层设计

操作层由界面和各类配置模块组成，用户点击界面后，通过配置模块调用配置层函数将数据上传至通信层或形成配置文件。

5系统测试

为了验证箭机仿真测试平台的功能和性能以及对于测试效率的提高和便利性，本节将根据其与箭机（试样机）的联调结果进行说明。通过和箭机的联调，可以证实箭机仿真测试系统可以提供正常的飞行试验，以及多种异常错误的测试。

下图为箭机仿真测试平台进行正常飞行试验的测试结果。

6结论

针对箭机软件仿真测试平台的需求，首先在确定其硬件运行平台和使用环境的基础上，然后分别对实际的测试需求、高精度高强度数据发送接收和大量数据分析功能等多方面进行了全面分析和软件实现，最后进行了全面的试验论证。通过与箭机的联调试验表明本文设计的箭载计算机软件仿真测试系统，不但满足了测试人员对于箭机软件测试的需求，而且提高了软件的效率和可靠性。同时，本文涉及的设计方法和技术思路，为以后运载型号箭机软件的测试平台提供了一定的技术基础，具有较高的推广价值。