机载显示器自动化测试系统研究

刘学文，黎映相，张伟

（长沙湘计海盾科技有限公司，湖南长沙，410008）

0 引言

对敌信息感知能力是影响机战斗力强弱的重要因素。机载显示器能够将大量复杂融合的空间信息，实时的显示给飞行员，并可以通过触摸或者按键形式向飞行员的操作反馈给相应的飞行控制系统、雷达系统、主控计算机、火控系统等。可为完成飞行训练及作战任务提供决策依据和各种飞行信息，使飞行员能够迅速地作出决策操作。因此机载显示器在飞机的人机交互中占据着越来越重要的地位[2]。

为了保证机载显示器的可靠性需要在生产使用和维修等生命周期中对机载设备进行严格的测试，确保其功能正常，避免飞行事故[3]。随着大屏显示技术的发展以及各种视频通讯总线的升级，机载显示器的自动化程度和集成度也越来越高，技术复杂度也不断提升，人工对其硬件信号和软件协议进行测试，显得越来越难以为继[4]。为有效提升测试能力，采用自动化测试系统代替人工测试是大势所趋。

本文设计的机载显示器的自动化系统包含一个基于FPGA的视频信号源，一台光学测量仪器，以及程控电源以及加固计算机主机。该系统通过主机控制多个仪器设备来对显示器进行全面的功能性能测试，并可通过上位机程序来自动化记录分析测试数据，生产测试报表，极大降低维护人员的工作量。

1 系统硬件设计

一体机用于上位机控制，在机箱中除CPCI计算主板、视频驱动板、电源板和一块定制的Z7-FPGA视频输出源。

由上位机通过通信端口控制Z7模块、显示模块、颜色分析仪以及程控电源。

图1 测试系统整体框架图

1.1 视频源

该信号源基于ZYNQ-7000技术平台，使用专用的图像IP核，来为显示屏提供TTL格式的视频信号源。可输出设定的白屏、黑屏、定制化灰度图、彩虹图等画面，并可设定其规定的分辨率数据。

1.2 色彩分析仪

采用Klein色彩分析仪来进行色彩信息分析，通过其开放的SDK包来在线读取显示屏的色坐标数据，再计算出显示屏的显示参数。色彩分析仪通过USB接口与主机通讯。

1.3 控制主机

加固式一体机作为上位机，可输出控制信号控制被测件的亮度调节、昼夜模式、风扇通断，可读取亮度温度数据。

控制主机通过以太网、RS232接口以及USB接口来实现对程控电源、视频信号源、色彩分析仪的控制。

1.4 程控电源

IT6322程控电源为被测显示模块提供电源，通过上位机总线读取和设置显示模块的工作电压和工作电流，并可对显示模块的电源输入范围进行全自动测试。

2 系统软件设计

2.1 整体设计

软件程序基于Labview开发，本程序采用了事件触发与状态机结合的技术框架。

测试系统中的设备自检、颜色分析与计算、通信协议验证、程控电源控制等各子系统分别由子VI负责。将各子系统有效隔离，保障了程序的健壮性和可读性。

通过将状态机自动调取与人工操作结合，平衡了软件处理性能与人性化操作，开发出一套高效的自动化测试系统。

图2 程序主界面

2.2 视频源通信协议

服务器端上电启动，连接的建立，保证一直处于侦听状态，主机上电后启动测试软件，与服务端建立连接。测试软件退出时，关闭连接。 连接通讯消息格式固定为1个字节长度，内容为命令字。命令字列表如表1所示。

表1 通讯协议

53 06 800*600 Black Picture 53 07 800*600 Gray Picture 53 08 800*600 Flicker Picture

2.3 色域覆盖率计算

色域覆盖率为CIE 1976色空间y坐标色系度图上，三基色（R、G、B）色度点组成的三角形色域面积S，与BT2020标准色域轨迹面积（0.1118）的百分比C。

由视频源输出100%红场、100%绿场、100%蓝场、用光学分析仪依次测量可视区域中央位置的色度坐标（u´r，v´r）、（u´g，v´g）、（u´b，v´b）。

采用以下公式计算三色色域面积S及色域覆盖率C：

2.4 亮度均匀性计算

主机软件下发控制指令输出白场图像，同时由光学分析仪采集屏幕上的九个点的亮度值，软件根据计算公式来计算出亮度均匀性。

技术要求：加固型显示器的亮度均匀性应不低于技术协议或设计文档的规定。

测试方法：显示器亮度非均匀性的测量应在显示器至少工作15min后进行。将加固型显示器的亮度调节至最亮，选择纯白色画面，在暗室中使用亮度计或K10彩色分析仪分别测量图4中P0、P2、P4、P6、P8各点的亮度（或者P0 ～P8各点的亮度），按公式（1）计算亮度非均匀性。

图3 测试定位图（V——有效显示区域的高度；H——有效显示区域的宽度。）

图4 色域测试图

式中：

LNU——亮度非均匀性，无量纲；

Li——Pi(i=0,2,4,6,8或i=0,1,2,3,4,5,6,7,8)各点的亮度，单位为cd/m2；

Lav——Li(i=0,2,4,6,8或i=0,1,2,3,4,5,6,7,8)的平均值，单位为cd/m2。

亮度均匀性=1-LNU

合格判据：加固型显示器的亮度均匀性应不低于技术协议或设计文档的规定。

3 测试流程

3.1 显示效果测试

软件可为不同型号的显示屏提供白场、黑场、红场、绿场、蓝场进行纯色图像测试。并输出彩虹图像、256级灰度图像。

由人工检查图像显示是否正常。正常时在弹出的检测结果中点击通过，否则不通过。

显示屏的色域参数与色温参数值由后台设定正常区间，程序检测测量值在正常区间时判定测试通过，否则不通过。

图5 色温测试图

上位机程序控制视频信号源自动输出白场和黑场图像，光学分析仪分别采集其白场和黑场亮度数值，由此计算出显示器的对比度值，并与后台设置的对比度值进行对比，如在正常范围内，判定测试通过，否则不通过。

3.2 通信协议测试

产品更新换代时通讯协议通常会有所变化，为了兼容不同版本的协议测试，本系统设计了柔性化通讯协议测试框架，通过文本化方式编写测试用例，再导入到测试程序中来进行自动化执行，并提供了手动测试项目来进行单步调试，辅助检测人员或研发人员可通过该方式来快速定位问题，方便故障分析。

图6 通信协议测试

3.3 电源供电测试

上位机通过总线来对程控电源进行控制，拉偏程控电源的输出范围，并电源拉偏过程中，对其基本功能进行自动化测试，验证电源工作性能。

系统还可对程控电源的功率值进行读取，判定被测显示器的电源功耗是否正常。电源功耗与后台设置的正常值范围进行比较，如在正常值范围内判定通过，否则不通过。

3.4 测试报告生成

测试系统在调用LabVIEW Report Generation的函数API向word/Excel报告模板中插入测试信息、测试结果等信息，并且支持生成PDF文件或者连接打印机打印测试报告。

本测试系统还可以依据客户的定制化模板来生成测试报告。系统程序支持测试人、测试时间、被测设备型号及名称、产品序列号码、产品硬件软件版本号等信息的录入和读取，并具有报告的保存、导出和打印功能。

4 结论

本文开发的机载显示器自动化测试系统，主要特点如下：基于FPGA的视频信号源，具备可定制化输出图像信号的功能，并可输出非标显示频率，可作为未来异形显示图像的驱动源；通过对光学分析仪的一系列自动化处理，有效加快了显示屏颜色分析测量效率，为专业修理工厂的液晶屏幕性能测量能力提供了良好的支撑；通过对显示模块的通讯功能模块需求进行分析后，开发出了全自动的控制验证逻辑，对显示屏控制功能进行了全方位测试。

通过对显示与控制产品线的测试与自动化实践，该自动化测试系统将需要人工测试一天以上的工作量，压缩到10分钟以内。系统良好的软件框架可作为航空显示与控制终端的通用测试平台，具有重要的实用价值。