基于LabWindows/CVI的远程接口单元测试系统软件设计

李 亚，邵引平

(西安翔迅科技有限责任公司，西安 710068)

0 引言

航空机电系统是飞机中执行飞行保障功能子系统的总称，主要包括供燃油系统、动力系统、供电系统、液压系统、环境控制系统等。远程接口单元(RIU)隶属于机电系统，是新型机载机电系统的终端信号处理设备，主要完成与其交联机电子系统的状态采集与输出控制[1-2]。远程接口单元具有设备数量多，信号种类多，测试压力大的特点。

远程接口单元测试系统硬件秉承模块化、通用化的原则，基于PXI系统平台设计，采用虚拟仪器技术，使各个功能模块独立运作，可靠性好，耦合度低[3-4]。

测试系统软件需要基于系统硬件完成板卡的驱动与管理，测试流程的处理与控制，测试结果的显示与保存，提供人机交互界面等工作，软件是测试系统的灵魂。开发操作简洁、通用性好、灵活性高的软件是测试系统软件的发展趋势。传统测试软件大多将信号的配置在程序中写定，将测试流程按执行顺序也固化在代码中。这样造成软件的通用性、维护性差，且面临开发周期长，调试复杂度高等问题。此测试软件开发基于LabWindows/CVI开发平台, 平台具有很好的虚拟仪器开发工具，控件丰富，广泛应用于测控领域[5-7]。测试软件将硬线配置、总线管理、测试流程、用户管理等都在数据库中完成，通过SQL Toolkit工具包访问Access数据库，将大量配置信息通过数据库存储，便于修改和扩展；软件采用自动测试的形式，人机交互界面操作简单，减轻工作人员测试压力；软件采用层次化结构设计，自底向上，将复杂应用细节化，结构清晰，灵活易用。

1 系统概述

为了满足远程接口单元的测试需求，确保测试效率及稳定性，减少人工干预，针对测试内容和接口特性，测试系统需满足以下要求：

1)信号输入和输出接口种类及数量需要覆盖待测试RIU的接口需求，并留有不小于10%的备份。

2)采用成熟的数据传输技术，测试系统应具备较大的带宽余量，满足未来可能存在的数据增长的需求。

3)硬件应具备可靠性、维护性、稳定性。

测试系统硬件由工控机系统、信号调理系统和独立的电源系统组成：包括电源箱、PXI工控机系统、调理箱、Nport(串口通讯服务器)、设备供电直流电源、断连板部分和线缆部分。测试信号包括离散量输入和输出，模拟量的输入和输出，电阻信号、功率信号、HB6096总线信号、GJB289A总线信号等。系统硬件总体架构如图1所示。

图1 测试系统硬件总体架构

测试系统使用环境为联试实验室，采用标准机柜框架实现，机柜间尽量减小线缆使用，便于拆卸和运输。

测试系统的工作原理如下：首先将测试系统通过线缆与RIU相连。打开测试软件，测试RIU的硬线输出接口时，测试系统通过GJB289A总线输出激励信号，控制RIU输出指定信号并进行硬线采集操作、显示采集数据，判断RIU的硬线输出功能是否正常；测试RIU的输入接口时，测试系统按需求输出相应信号的激励值，并通过GJB289A总线读取RIU的反馈信息加以显示，据此判断RIU的硬线采集功能是否正常。RIU的HB6096总线信号测试时，测试系统设置HB6096总线激励信号，接收GJB289A总线读取RIU的反馈信息加以判断。

2 软件详细设计

远程接口单元仿真测试系统软件的开发秉承“高效、易用、稳定、美观、可扩展”的设计原则，采用模块化的设计方法，在LabWindows/CVI开发平台下开发完成。按照软件功能需求将程序划分为启动、系统管理、测试功能、退出等几大模块，整个软件结构清晰，便于维护和升级。模块划分图如图2所示。

图2 软件模块划分框图

测试软件主界面如图3所示。

图3 软件主界面

测试软件执行的流程图如图4所示。

2.1 软件结构

远程接口单元测试软件采用层次化结构设计，软件结构如图5所示。系统分层结构主要由硬件操作层、数据访问层、业务逻辑层和人机交互层组成。

硬件操作层是软件与硬件紧密结合的层次，负责完成具体的硬件操作和数据通讯，包括总线数据的收发、离散量输入输出、模拟量输入输出等，其中总线HB6096，总线GJB289A的操作通过IOServer(总线管理程序)控制，在2.3章节中详细解释。

数据访问层是访问数据库信息的层次，数据库存储了硬线信号、总线信号、测试流程、用户信息等数据。合理设计的数据库功能强大，可优化软件数据结构，精简代码，配合软件实现应用功能。软件获取数据库内容后便可向下操作硬件信号，向上进行数据处理与控制，是承上启下的重要一环。

业务逻辑层是实现测试软件功能的核心，将系统校准、系统自检、信号测试、系统管理的逻辑都包含其中，精炼合理的业务逻辑设计是软件可靠性的保障。系统校准可以进行硬线输入输出信号尤其是模拟量信号的校准，并保存校准系数于数据库中；系统自检对所有硬线、总线信号进行打开、自检、初始化操作，为信号测试做准备，如果有信号自检失败，将弹框提示操作者；信号测试是软件的核心功能，为了方便操作者使用，减轻操作负担，软件提供的是自动测试；系统管理包含用户管理、帮助、关于、日志等功能。

人机交互层主要由启动界面、用户登录界面、板卡自检界面、信号校准界面、自动测试界面等交互界面组成，需求简洁明了，易于操作。

2.2 数据库设计

为了更好的简化软件流程代码的编写，增强软件的灵活性，软件设计时将信号信息、测试信息合理设计，配置于数据库中。数据访问层设计了资源配置库进行数据存储。数据表包括板卡资源描述表、硬件信号软件配置表、串口通道配置表、用户管理表、自动测试流程表、自动测试激励值表、自动测试期望值表，以此来配置软件的板卡信息、串口信息、硬线信号信息、自动测试信息、用户信息。测试软件通过SQL操作访问数据库的内容，在程序中设计合理数据结构、保存成队列或哈希表的形式，进而参与信号操作与数据处理。

其中硬件信号软件配置表是软件操作底层硬线资源的基础。此表中设计了信号名称、信号类型、所属板卡、通道号、所属设备、校准系数、公式系数、最大值、最小值、航插号、缺省值等属性。根据此表的信息即可方便完成信号的输出、采集、校准、量纲转换、范围判定、初始化等操作和设置。

通过资源配置库可以使程序处理无需固化大量信息于缓冲区内。代码中只含操作和控制方法、人机界面交互的内容，代码整洁轻量，修改方便灵活。这样当遇到板卡通道变更、串口波特率变化、初始化值变更、测试流程增减修改等情形时，只需要修改数据表即可，易于维护和升级。

2.3 总线管理

众所周知，航空总线协议较为复杂[8]，编程难度较大。尤其GJB289A总线，是一种分时指令/响应型多路传输数据总线[9]。有3种类型的终端，分别是BC(总线控制器)、RT(远程终端)、总线监视器(BM)；信息格式有BC到RT、RT到BC、RT到RT、广播方式和系统控制方式；软件编码时除了板卡操作，还需要对消息链、重试条件、矢量字等进行配置，较为复杂，且不同此厂家的板卡配置使用方法千差万别，难度大。为此设计的IOServer(总线管理程序)，将总线操作都整合起来，软件工程师通过配置总线数据库即可管理总线，无论哪个厂家的板卡，都可通过同样的接口函数调用实现归一化操作，在测试软件中仅通过调用表1中几个函数即可实现总线的启动和收发。

表1 IOServer操作

IOServer的关联数据库中，每种总线单独设计一个数据库。GJB289A总线定义于MbiComm.mdb中，软件工程师依次按实际应用进行板卡配置、通道配置、协议配置、协议通道映射、信号定义进行数据表的填写，提供的字典表方便用户配置通讯模型。配置完成之后在测试程序中启动IOServer，IOServer就会将数据表中的内容整合生成共享对象，应用程序通过共享对象的读写即可访问总线数据，大大降低应用程序中总线操作的使用难度。HB6096总线定义于Arinc429Comm.mdb中，数据库配置内容与GJB289A总线不同，但使用方式相同，都是通过共享内存访问。

远程接口单元总线的接口控制文档(icd)也在这里配置，它包含了整套总线系统的数据定义，包括名称、信号类型、起始位、长度、精度、最大值、最小值等信息[10]。程序访问数据表中的icd内容，可以完成信号的显示、解析、组包操作。采取这种总线管理的方式，开发、测试效率显著提高。

2.4 自动测试

测试软件的测试内容包括硬线信号测试、HB6096总线测试、GJB289A总线测试。硬线信号测试按类型可分为地/开离散量输入测试、28 V /开离散量输入测试、28 V直流0.1 A输出、地/开输出、28VPWMSSPC/3A功率输出、28 V/开1A-SSPC功率输出、28 V/开输出、28 V状态输出、4～20 mA输入、PT1000输入、28 V直流输入、28 V直流电压状态采集输入、900～1 700欧电阻输入、电阻开关门限输入、115 V交流电压状态采集、0～10 V输入等。信号种类20有余，数量高达600多路，通过硬线信号与总线信号的输入输出组合逻辑进行测试。如果采用手动测试的方式，那么工作量繁重。为此测试软件设计了自动测试的功能[11]，极大的减少测试人员工作负担。

自动测试程序如果按执行流程在程序中写定，那么会导致软件的通用性、维护性差。所以测试软件采用在数据库中配置自动测试信息的方式。自动测试信息由三张表——自动测试流程表、自动测试激励值表、自动测试期望值表配置完成。自动测试流程表定义测试的内容，属性包含测试系统、测试项目、测试信号、测试步骤、激励信号索引、期望信号索引。激励信号索引在自动测试激励值表中定义，详细描述激励信号的信号名称，信号类型、设定值等。期望信号索引在自动测试期望值表中定义，详细描述期望信号的信号名称，信号类型、预期值、预期容差等。在测试软件中遍历自动测试流程表的内容，执行激励信号操作，通过比较测试数据和预期值判断测试结果。

自动测试界面如图6所示，左侧的树形控件是测试项目，可以自主选择测试项；上方有测试方式选择，测试进度显示，测试控制按钮，工作指示灯等控件进行控制和显示；主体是测试表格，靠左的表格显示详细测试内容，靠右的表格显示测试项目的测试结果。测试结束后会自动生成测试记录，测试记录与下图中右侧的表格内容一致。

图6 自动测试界面图

2.5 功能函数的编程实现

2.5.1 硬件信号信息获取编程实现

程序访问资源配置库，读取数据库中“硬件信号软件配置表”的内容，在程序中保存为链表或哈希表。不同的存储结构应用于不同的功能。函数为Access_GetSignalInfo(int hDB, char tableName[])。其中有SignalField和CALIBRATION两个重要数据结构存储内容。 SignalField结构对应硬件信号软件配置表的属性，并添加了设置值，实际值等属性，CALIBRATION结构定义如下：

typedef struct

{

int IndexID; // 索引ID

char keyChar[30]; // 键值

char pinChar[30]; // 测试引脚

}CALIBRATION;

在Access_GetSignalInfo函数中创建以下CALIBRATION结构链表：

g_ListOfAI=ListCreate(sizeof(CALIBRATION)); //模拟量输入信号

g_ListOfAO=ListCreate(sizeof(CALIBRATION)); //模拟量输出信号

g_ListOfDI=ListCreate(sizeof(CALIBRATION)); //离散量输入信号

g_ListOfRE=ListCreate(sizeof(CALIBRATION)); //电阻输出信号

g_ListOfDODK=ListCreate(sizeof(CALIBRATION)); //地开离散量输出信号

g_ListOfDOVK=ListCreate(sizeof(CALIBRATION)); //28V开离散量输出信号

g_ListOfSWITCH=ListCreate(sizeof(CALIBRATION)); //继电器信号

创建包含全部信号以信号缩写为键值的哈希表HashOfSignal：

HashTableCreate (count+20, C_STRING_KEY, 0,sizeof(oSignalField),&g_HashOfSignal);

两种结构配合主要参与校准功能的实现。

还需要针对细分的信号类型保存SignalField链表：

GetDODKList();

GetDO28VKList();

Get28V0P1AList();

GetDKOList();

Get28PWMSSPCList();

GetI28VKList();

GetI28V5KList();

Get4TO20MAList();

Get0TO10VList();

Get28VList();

GetPT1000List();

GetRESwitchDLList();

以上结构应用于自动测试。

2.5.2 IOServer应用编程实现

IOServer在执行LaunchIOServer(dir)后运行控制台进程，根据总线的配置生成共享内存，完成板卡初始化、自检工作。之后可以在系统自检完成后，调用StartIOServer()函数，运行IOServer，执行总线通讯任务。

在接收429或1553总线消息的函数中：

ReadShareBuffer(bufferInfo.bufferName,rcvBuf,&len)，根据bufferInfo.bufferName(共享内存名)和len(缓冲区长度)读取429总线对应通道或者1553对应消息的全部数据。IOServer本身会根据配置信息控制板卡接口总线上的数据，存入共享内存。

在发送429或1553总线消息的函数中：

WriteShareBuffer(sharedField.BufferName, c_Buf, &len) ，向sharedField.BufferName(共享内存名)中写入len(数据长度)的 c_Buf(char型数组)数据，IOServer会根据共享内存的配置控制板卡发送数据。

软件关闭时调用StopIOServer()停止总线通讯，调用TerminatorIOServer()结束控制台进程。

2.5.3 自动测试编程实现

自动测试是测试软件的核心功能。为了保证界面的正常刷新，自动测试单独创建一个线程：

CmtScheduleThreadPoolFunction(DEFAULT_THREAD_POOL_HANDLE,ThreadFunc_AutoTest,0,&ThreadID_Auto);

测试线程中，逐层遍历测试项列表，在测试步骤层级，根据不同测试信号类型，执行不同的激励输出：

for(int i=0; i

{

//测试记录

setValue = atof(ArrayIncent[i].setVal);

if(strcmp(ArrayIncent[i].signalType, "硬线") 0)

{

IncentHardwareSignalOp(ArrayIncent[i].signalName, setValue);

}

else if(strcmp(ArrayIncent[i].signalType, "1553总线") 0)

{

Incent1553SignalOp(ArrayIncent[i].signalName, setValue);

}

else if(strcmp(ArrayIncent[i].signalType, "429总线") 0)

{ Incent429SignalOp(ArrayIncent[i].signalName, setValue);

}

else if(strcmp(ArrayIncent[i].signalType, "Delay") 0)

{

Delay(setValue);

}

}

然后根据不同信号类型，采取不同采集/接收、解析数据方法，获取实际数据：

for(int i=0; i

{

//测试数据获取

if(strcmp(ArrayExpect[i].signalType, "硬线") 0)

{

realVal = ExceptHardwareSignalOp(ArrayExpect[i].signalName, *loadMult, i+1);

*loadMult = 1;

}

else if(strcmp(ArrayExpect[i].signalType, "1553总线") 0)

{

realVal = Except1553SignalOp(ArrayExpect[i].signalName);

}

else if(strcmp(ArrayExpect[i].signalType, "429总线") 0)

{

realVal = Except429SignalOp(ArrayExpect[i].signalName);

}

}

最终根据期望值进行判断测试是否通过，如果期望的预期值容差为0，则直接判断期望值；如果预期值容差为正无穷，最大值为极大值(999999)，最小值为expectVal，需判断范围；如果预期值容差为负无穷，最大值为expectVal，最小值为极小值(-999999)需判断范围；其他最大值为expectVal+预期值容差，最小值为expectVal-预期值容差。

if(atof(ArrayExpect[i].errRange) 0 && strlen(ArrayExpect[i].errRange) 1) //预期值容差 = 0

{

expectValue = atof(ArrayExpect[i].expectVal);

expectFlag = 0;

}

else

{

if(strcmp(ArrayExpect[i].errRange, "正无穷") 0)

{

expactMax = 999999;

expactMin = atof(ArrayExpect[i].expectVal);

}

else if(strcmp(ArrayExpect[i].errRange, "负无穷") 0)

{

expactMin = -999999;

expactMax = atof(ArrayExpect[i].expectVal);

}

else

{

expactMin = atof(ArrayExpect[i].expectVal)- atof(ArrayExpect[i].errRange);

expactMax = atof(ArrayExpect[i].expectVal)+ atof(ArrayExpect[i].errRange);

}

expectValue = atof(ArrayExpect[i].expectVal);

expectFlag = 1;

}

3 结束语

远程接口单元仿真测试系统是基于PXI总线，可测量多种型号远程接口单元的综合测试设备，功能全面，可靠性高。远程接口单元仿真测试系统软件基于LabWindows/CVI平台，界面友好易用，通过数据库技术进行资源配置，灵活方便；设计总线管理软件解决总线操作难度大，协议复杂的问题，提高效率；自动测试在数据库中部署，减轻工作量，通用性好。测试软件完全覆盖测试内容，符合测试要求，已成功应用于远程接口单元的现场测试中。