基于PXI 总线的通用自测系统子系统的设计与实现

汤冠楚

（江西科技学院人工智能学院，江西 南昌 330098）

随着新型机载电子设备更新加快，针对特定机载电子设备研制专用测试设备的传统做法不适应新装备的修理检测需要，采用自动测试系统已成为必然的选择[1]。实践证明自动测试系统已成功应用于各种测试领域[2-8]。然而，尽管通用自测系统的测试资源虽多，但传统人工检测时间长、强度大、易出错、效率低的难题仍随之出现，为此，急需开发设计通用测试的系统自检子系统，以实现通用自测系统能够精准、快速自测试的良好功能运用，为故障模块快速检测定位提供新手段。

1 自检测方案

由文献[9-11]可知，通用自动测试系统的自检方案主要有基于仪器自检、仪器比对、开关切换和综合自检等自检方案。结合该型通用自动测试系统的特点，提出了一种简捷综合自检方案，其主要内容先后依次为：一是利用PXI 模块和GPIB 设备具有的自检功能；二是对首次或多次使用的重要模块的测试; 三是对开关和多路复用器模块的测试；四是模块间综合互连的测试。其中，综合互连测试的基本原则是: 一是利用具有输入输出功能的模块进行自身闭环测试，以判断其功能的好坏；二是利用系统中相近信号的发送模块与接收模块之间进行测试，验证各模块功能的有效性；三是利用已测试的激励信号和测量设备，通过控制开关类模块的通断状态，实现对开关类模块的检查与判断；四是相同类型的信号输出模块的通道数与输入模块的通道数不致时，通过多路复用器或开关来进行切换，测试各个通道的功能和性能。

2 系统功能分析

自检测的系统是一套适用于测试低频、数字/模拟混合型机载电子设备的小型非实时通用自动测试系统。该系统采用的总线为PXI 和GPIB。系统的组成框图如图1 所示。

图1 通用自动测试系统硬件组成框图

系统硬件主要由PXI 零槽控制器为主的人机控制子系统、交直流程控电源子系统、多路复用器等开关子系统、智能数据采集设备等DAQ 子系统、1553B 及429 航空总线板卡等通讯子系统和RCV 接口子系统组成。其中，交直流程控电源子系统中的N6701A 型直流电源、2253ix 和SW5250A 型交流程控电源是通过GPIB 总线连接至PXI-8109 PXI 型零槽控制器。其它所有PXI 模块都是安装在PXI-1045 型机箱内。同时，为了实现通用性，将PXI 模块和GPIB 设备的输入输出接口都通过连接电缆分类连接至RCV 接口子系统。

3 系统硬件设计

3.1 总体结构设计

自检子系统硬件主要由IIA 接口、IIA 适配耦合电路和适配箱等组成。硬件总体结构框图如图2 所示。

图2 自检子系统硬件结构框图

3.2 接口设计

根据自检测方案对通用自动测试系统的资源进行系统分析、逐一分类后，设计有三用表、交直流电源、多路复用器、矩阵开关、SPST 功率开关、SP- DT 功率开关、数字I/O 模块1/2、智能数采模块、总线通讯模块和轴角模块等11 个电气连接电路。由于篇幅有限，现以三用表连接电路为例加以说明，电气连接图如图3 所示。

图3 三用表电气线路连接图

该电路主要利用SPDT 功率开关的一个通道，和两个VPC吸合指示开关，对耦合电路中的识别电阴进行测试。控制开关通/断状态，用三用表读取不同状态下的电阴值，从而判断三用表检测线路是否良好和ITA 的吸合状态。另外，三用表测试线路还直接与多路复用器的一个通道进行连接，用于测试多路复用器和矩阵开关切换转接过来的信号。

3.3 辅助电路设计

耦合电路作为辅助电路，其主要由电源模块（电源和功率开关的测试）、三用表模块（三用表模块的测试）、数字I/O 模块1和模块2（数字I/O 模块和7854R 的测试）组成。电源模块主要由功率电阴和插座组成，其功能是测试电源设备和功率开关模块时，作为测试负载。三用表模块又叫识别模块，主要由识别电阴和插座组成，其功能一是作为检查三用表的电阴测试功能；二是作为适配器的识别电阴，不同的自检适配器中都有不同数值的电阴。数字I/O 模块1 主要由电阴排、电阴和插座组成，其功能是用于PXI-6511/6512 数字I/O 模块测试，作为上拉/下拉电阴。数字I/O 模块2 主要由电阴排、电阴和插座组成，其功能是用于测试PXI-6511 数字I/O 模块和PXI-7854R 智能数据采集模块测试，作为上拉/下拉电阴。

4 系统软件设计

4.1 软件总体设计

系统软件设计功能主要有：一是提供手动和自动测试操作界面，控制设备和模块的激励输出和测量输入，采集、比较和逻辑分析测量数据，综合判断后定位故障；二是自动保存测量数据。依据自检测方案和软件测试需求，自检子系统的测试程序主要设计有模块自检初始化界面、自检结果显示界面、测试程序主界面（手动和自动测试界面）以及帮助和版本说明界面。其中，手动测试界面主要集中显示系统相关的可执行应用软件（自带或开发），以便操作人员进行调用和控制；自动测试界面主要有执行控制、项目选择、数据保存/清空选项、测试结果及系统测试信息显示框等控件，正常情况下测试过程将自动完成，测试过程信息实时显示。

4.2 各功能模块设计

4.2.1 主程序模块设计

主程序是整个软件的支柱，其控制流程图如图4 所示。程序执行时首先对系统硬件模块进行初始化，若初始化正常，则进入主界面，若出现故障，则弹出初始化结果显示界面，给出模块各模块检查。主程序的主体为加载的手动或自动测试界面，两者可以互相切换。

图4 主程序控制流程图

4.2.2 硬件初始化及结果显示模块设计

该模块目的是检查各硬件资源加电或初始化是否正常，以保证测试时资源的可用性。程序采用顺序方式，按进度信息提示，逐一对各个资源进行检查并形成代码，最后根据统计的代码，解析出相应的故障硬件模块或设备。为保证系统的完整性，当出现故障信息时，不得进入主测试程序，只有将故障排除，重新进行初始化正常后，才能进入主界面。初始化过程只能检查资源是否可用，不能说明资源的功能或性能都正常。

4.2.3 手动测试模块设计

在手动测试模块中，可以调用系统资源自带的的应用程序，实现对各模块和设备的控制。根据应用程序情况，手动测试面板设计有：NI-DMM Soft（数字三用表）、TEST（功率开关、矩阵开关和多路复用器）、CPCI75DS2（旋变角信号仿真卡）、CPCI75C3（旋变角信号测量卡）、SWCS（SW5250A 交流程控电源）、iXCGui（2253ix 交流程控电源）、Micrologic RCU/RSU（施耐德智能断路器）、BusTools（1553B 总线板卡）、N7854R（智能数据采集设备）、N67O1（直流程控电源）和通用等12 个单元。各单元可以控制打开或关闭对应的应用程序，并判断各应用程序运行状态。

4.2.4 自动测试模块设计

该模块中要实现程序自动测试时能够实现开始/ 暂停/继续/终止控制、数据保存、项目选择和显示等功能。为此，采用线程技术在开始测试函数中创建自动测试主线程，开始测试函数的流程图如图5 所示。

图5 开始按钮操作流程图

暂停和继续测试函数较为简单，主要完成暂停和继续线程及相应的控件状态的更改设置。终止测试函数主要是关闭已创建的主线程，并且根据状态确定是否保存测试数据，其流程图如图6 所示。自动测试的主线程是自检测自动测试的核心部分，根据自检适配器的功能电路设计，共设计有ITA 连接判断、多路复用器的检查、SPST 功率开关的检查、SPDT 功率开关的检查、矩阵开关的检查、电源的检查、数字DAQ 的检查、通讯模块的检查和DS/SD 轴角板卡的检查等九个测试项目，每个项目对应开发一个测试函数。

图6 终止按钮操作流程图

4.3 软件实现

LabWindows/CVI 没有专门的多线程编程函数库，而是在Windows SDK 中提供了相关的函数。多线程函数定义在winbase.h 文件中，kernel32.lib 为导入库文件。在应用多线程编程时只需要在原代码文件中包含windows， h 即可[12]。

在编程实现过程中，根据系统功能要求，在主程序中主要通过EasyTab_ConvertFromCanvas()和EasyTab_LoadPanels()函数加载手动或自动测试界面。在硬件初始化及结果显示模块中主要调用资源自带的初始化或打开/关闭函数，如PXI_4072 模块的niDMM_init()和niDMM_close()等。在手动测试模块中使用的核心的函数为LaunchExecut_ableEx ()， 该函数一是可以在显示窗口中，指定要应用窗口如何显示；二是返回一个已执行应用窗口的句柄，通过这个句柄可以实现运行或中止该应用窗口；另外还有TerminateExecutable () 中止一个未中止的执行应用；ExecutableHasTerminated()，判断由已打开的应用是否结束。在自动测试模块中运用线程技术，通过创建、终止、继续和暂停线程来实现自动测试的要求，各线程函数原型如下：

5 试验验证

本系统的软件界面设计做到了功能全面，人机交至友好，输入输出清晰。当测试软件运行后，初始化界面如图7(a)所示，过程中若出现模块或设备故障，将进入结果显示界面(如图7(b)，若初始化正常，将进入主程序界面，如图7(c)所示为手动测试界面，如图7(d)所示为自动测试运行界面。通过测试，统计了各种测试条件下的用时时间，部分用时时间见表1，其中，全部项目完成测试时间为544 秒，满足了系统测试用时不超过15 分钟的要求。

表1 自动测试程序测试项目用时表

图7 软件运行界面图

6 结论

通过对某型通用自动测试系统的资源和功能分析，提出了一种综合简捷自检方案。在RCV 的基础上设计了ITA 接口电路并研制了自检适配器，利用虚拟仪器技术，设计和开发了一套自检子系统。利用自检适配器和测试程序，对自检子系统软硬件功能进行了试验验证。测试验证结果表明，自检子系统实现完成了对通用自动测试系统的快速、准确的自检测试功能，为快速定位故障模块提供了检测手段，解决了通用自动测试系统采用传统人工检测效率低、时间长、劳动量大及易出错的问题。