指控装备车载交换机检测仪设计与实现

邹明虎，姚 鹏，赵 宁

（解放军65183 部队，辽宁 辽阳 111200）

0 引言

指控装备作为信息化指挥平台，已在新技术的不断涌现和战争形态的转变中，发展成为计算机、网络、通信、北斗导航等多项技术的融合体，其系统之复杂，设备之繁多，结构之紧凑，使得检测维修难度也持续加大［1-3］。交换机作为系统中的核心设备，已经突破了传统意义上的语音交换，还兼有数据交换和IP 交换功能，是系统中的信息枢纽，交换机一旦发生故障，将严重影响系统正常工作，这就使得对交换机的快速检测和故障诊断变得尤为重要。本文针对某型指控装备车载交换机检测难的问题，研制了交换机检测仪，有效解决了交换机的整机性能检测和故障诊断问题，取得了较好的实际效果。

1 检测仪组成

检测仪由硬件和软件两部分组成。

1.1 检测仪硬件组成

检测仪硬件主要由检测计算机和检测适配器两部分组成，如图1 所示。检测适配器分为整机性能测试单元、电路板故障诊断单元和电源单元3 部分。整机性能测试单元用于检测交换机各端口的技术性能，完成整机性能测试；电路板故障诊断单元用于给交换机的9 种14 块电路板提供故障诊断平台，对电路板进行故障诊断［4］；电源单元为整机性能测试单元和电路板故障诊断单元提供所需各种交直流电源。

整机性能测试单元又由嵌入式计算机电路、以太网交换电路、FPGA 电路、模拟接口电路、数字接口电路和二线分户电路组成。嵌入式计算机电路选用ARM9 嵌入式计算机板，板内配有S3C2410AL-20 嵌入式计算机芯片。以太网交换电路选用的是RTL8305SC 芯片，最多支持16 组VLAN。FPGA 电路选用的是XC3S1000-FTG256E 嵌入式FPFA 芯片。

电路板故障诊断单元由最小配置母板以及最小配置交换机电路板组成，最小配置交换机电路板包括模拟用户通道板、数字用户通道板、复分接板、IP 交换板、远传群路中继板、群路中继板、分组交换板、交换网络板和中央处理器板共9 块电路板。工作时，9 块电路板按各自位置分插于母板。

图1 指控装备车载交换机检测仪硬件图

1.2 检测仪软件组成

检测仪软件由检测计算机端软件和适配器嵌入式计算机端软件两部分组成，如图2 所示。检测计算机端软件采用C 语言，在LabWindowsCVI 软件环境编制，包括人机交互界面程序、整机性能检测程序和故障诊断程序；嵌入式计算机端采用Vxworks 嵌入式系统，软件采用C 语言，在Tornado 软件环境编制，包括控制口检测程序、以太口检测程序、群路口检测程序、远传群路口检测程序、模拟口检测程序和数字口检测程序6 个程序块。

图2 检测仪软件构成

2 检测仪工作原理

2.1 软件工作流程

检测仪对交换机进行整机性能测试和故障诊断是通过运行检测软件实现，流程如图3 所示。

图3 软件工作流程

检测计算机启动检测软件后，首先调用人机界面程序，通过人机界面选择测试功能。若选择整机性能测试，则进入整机性能测试界面，在界面上选择欲测试端口和端口参数，然后执行检测计算机端检测程序，按照ICMP、SNMP 等通信协议，控制嵌入式计算机端口检测程序，对端口进行参数配置和自动检测，并把检测结果返回到检测计算机端。若选择故障诊断，可进入故障诊断界面，在界面上选择故障现象，便进入故障诊断程序，按照依据专家经验设置的诊断流程，将测得的数据和波形与显示的信息数据库中的标准数据和波形进行比较，实施故障诊断，最终确定故障部位。

2.2 硬件工作原理

2.2.1 交换机整机性能检测

交换机整机性能检测包括对交换机9 个端口的检测，这些端口均位于交换机前面板，它们是1个控制口，3 个以太口，1 个二线口，2 个群路口以及2 个远传群路口，其中二线口包括20 路模拟用户和8 路数字用户。下面以控制口、以太口和模拟用户为例，介绍其检测过程。

1）控制口和以太口检测。测试交换机控制口和3 个以太网口的原理，如图4 所示。在检测计算机端启动检测软件，选择整机性能测试项，在整机性能测试页面选择控制口和以太网口1 进行检测。检测计算机首先通过以太网口和适配器内的以太网交换电路控制嵌入式计算机的CPU，使CPU 通过适配器的RS-232 控制口向交换机控制口发送测试命令，交换机接收到测试命令后经内部计算机的处理，又通过控制口返回响应数据，嵌入式计算机CPU 接收到此数据，并检测其正确性，再将检测结果通过以太网交换电路和以太网口送入检测计算机显示检测结果。在交换机控制口正常状态下，以测试交换机以太网口1 为例，检测终端通过以太网口、以太网交换电路控制嵌入式计算机的CPU，通过RS-232 控制口和交换机控制口发送测试数据，以设置以太网口1 的IP 地址，使以太网口1 可以和检测终端通过以太网进行通信，检测终端通过以太网口向被设置IP 地址的以太网口1 进行Ping 包测试［5-8］，并在检测计算机上显示测试结果。以太网口2 和以太网口3 同理。

图4 交换机控制口与以太网口测试原理图

2）模拟用户口检测。以检测模拟用户1 和模拟用户2 为例，将适配器模拟接口电路第1 路转接于模拟用户1 插孔，第2 路转接于模拟用户2 插孔，检测原理如图5 所示。首先，通过检测计算机以太网口和被测交换机控制口，自动地设置检测计算机、适配器以及被测交换机以太网口的IP 地址和网关，然后，检测计算机通过以太网口、适配器以太网交换电路和交换机以太网口1 向交换机主控发送编程码，以设置交换机模拟用户1 和模拟用户2均为自动拨号模式，并接收判断交换机主控的响应信息以确定是否设置成功，若未设置成功，给出相应提示信息，若设置成功则进行下一步电话号码注册。

图5 交换机模拟用户二线口测试原理图

适配器中的FPGA 电路和模拟接口电路在嵌入式计算机CPU 的控制下，模拟两路电话机的功能。先通过交换机注册两路模拟用户电话号码，其过程是，分别模拟两路电话用户摘机，检测交换机是否通过二线口、适配器模拟用户1 或2、模拟接口电路和FPGA 电路正常送出频率为500 Hz 拨号音，若拨号音未正常送出，给出相应提示信息，若正常送出，嵌入式计算机CPU 则控制FPGA 电路和模拟接口电路发送双音多频信号向交换机拨号，拨打号码为规定数据+注册电话号码，以分别注册用户1 和用户2 各自电话号码，并同时检测交换机是否送出频率为1 000 Hz 的证实音信号，然后挂机。若没送出给出相应提示信息，若正常送出，则进行下一步呼叫测试。

先用户1 做主叫，用户2 做被叫进行一次测试，然后用户2 做主叫，用户1 做被叫再进行一次测试。以前者为例，FPGA 电路和模拟接口电路在嵌入式计算机CPU 的控制下，模拟用户1 摘机，并检测交换机是否经二线口、适配器模拟用户1、模拟接口电路第1 路和FPGA 电路正常送出频率为500 Hz拨号音，若拨号音未正常送出，给出相应提示信息，若正常送出，嵌入式计算机CPU 则控制FPGA 电路和模拟接口电路第1 路发送双音多频信号向交换机拨号，拨打号码为模拟用户2 注册电话号码，向用户2 拨号，然后检测交换机经二线口、适配器模拟用户1、模拟接口电路第1 路送出的回铃音，若回铃音检测不正常，给出相应提示信息，若回铃音检测正常，表示拨号成功，再检测交换机经二线口、适配器模拟用户2、模拟接口电路第2 路送出的铃流信号，若铃流信号检测不正常，给出相应提示信息，若铃流信号检测正常，表示呼叫成功。嵌入式计算机CPU 控制FPGA 电路和模拟接口电路第2 路模拟被叫用户2 摘机并产生模拟话音信号，此信号经适配器和交换机二线口送入交换机，又由交换机经二线口送入主叫端模拟接口电路第1 路，在主叫端检测模拟话音信号，若话音信号检测不正常，给出相应提示信息，若话音信号检测正常，表示被叫向主叫通话成功。同理，再模拟主叫用户1 端产生模拟话音信号，在被叫用户端检测模拟话音信号，若话音信号检测不正常，给出相应提示信息，若话音信号检测正常，表示主叫向被叫通话成功。被叫端用户2 挂机，在主叫端用户1 处检测忙音，若忙音检测不正常，给出相应提示信息，若忙音检测正常，主叫端用户1 挂机，通过嵌入式计算机CPU 向检测计算机返回检测结果。用户2 做主叫，用户1 做被叫的测试原理与此相仿，在此不再赘述。并可用同样的方法检测其他模拟用户。

2.2.2 交换机故障诊断

将故障交换机分解，取出其内部电路板，按适配器的交换机最小配置，将电路板分插于最小配置单元相应位置，再取下交换机前面板单元，将背部排线接口和电源接口通过排线和电缆，分别接于最小配置单元的排线接口和电源接口，这样，适配器的交换机最小配置单元和交换机面板单元组成了一个最小配置的交换机。对这个最小配置交换机的整机性能检测与交换机相同，以检测控制口、以太口和模拟用户口为例，原理如图6 所示。

图6 交换机故障诊断原理图

若对交换机进行故障诊断，以诊断模拟用户通道板为例，可将其通过转接板转接于适配器外部，以适配器为检测诊断平台，正常地开启适配器和最小配置交换机，在检测计算机上运行故障诊断软件，对其进行故障诊断。故障诊断软件对一些典型故障依据电路原理和专家经验建立了故障诊断流程，诊断流程的建立是通过检测电路中一些关键测试点来确定故障部位。关键测试点对应的标准数据或标准波形图，存于软件中建立的故障定位信息数据库中，为确定诊断流程走向和定位故障部位提供依据。以“模拟用户第1 路无拨号音”这一故障现象为例，其诊断流程如下页图7 所示，存于故障定位信息数据库中关键测试点的标准数据或标准波形见下页表1。这样在检测终端启动故障诊断软件，选择故障现象，在故障诊断软件的引导下，即可完成模拟用户通道板的故障诊断与定位。

通过实践验证，对交换机整机性能的检测时间不大于10 min，对典型故障的诊断与定位时间不大于35 min。

3 关键技术及解决难题

1）该检测仪采用检测终端加适配器的结构设计，综合运用计算机技术、网络通信技术和自动测试技术，实现了对交换机的整机性能检测和故障诊断，解决了交换机不能离线检测的难题，增加了维修方法，提高了修理效率。

2）使用C 语言，基于LabWindows/CVI 和Tornado 环境以及ICMP、UDP 等通信协议，采用ping 包和函数调用等方法开发的整机性能检测软件，实现了对交换机共9 个端口的整机通信性能检测，检测速度快，自动化程度高。

3）依据电路原理和专家维修经验确定了典型故障的诊断流程，建立了故障定位信息数据库，并在此基础上，使用C 语言，基于LabWindows/CVI 环境，开发了图形化的故障诊断软件，实现了对交换机以及内部电路板的故障诊断，可将故障定位到功能电路级或元件级，诊断效率高，故障定位准确。

图7 模拟用户通道板故障诊断流程

表1 关键测试点数据及波形

4 结论

综合运用计算机技术、网络技术和通信技术设计的指控装备车载交换机检测仪，有效解决了车载交换机检测难的问题，克服了用传统仪器设备进行检测带来的使用设备多、连接麻烦，操作步骤繁琐，检测时间长等缺点。应用结果表明，该检测仪具有连接使用方便、检测速度快、故障诊断效率高的优点，极大地提高了指控装备的修理质量和修理效率，可为探索其他指控设备的检测方法提供借鉴和参考。