基于虚拟仪器的机载机电计算机通用测试平台设计

张宇坤，陈 奎，张祎彤

(中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所,陕西 西安 710065)

0 引言

随着科学技术的飞速发展,航空航天设备、军用武器系统等高技术产品的复杂程度日益提高,传统的人工检测维护手段已经无法满足现代化装备的支持保障要求,自动测试系统(ATS)已成为复杂系统与设备可靠运行的必要保证,且在航空等领域发挥着关键的支持保障作用。由于航空设备可靠性和寿命要求高,还可能需要不断改型与升级,而测试系统核心的商业测试板卡更新换代快(典型周期为5年),相应的测试系统设计、开发与维护的难度大、费用高昂[1]。

机载机电计算机位于飞机传感器和控制解算层中间,通过机电总线与控制解算层通讯,上传采集的飞机传感器数据,依据指令控制作动器,实现飞机各机电子系统控制。产品对外接口主要为机电总线通讯接口(GJB289A、Mil1394等)、传感器采集接口(离散量、模拟量、频率等)和输出控制接口(功率驱动等),接口类型相对固定,因此研制通用测试平台具有重要意义。

1 方案设计

平台采用基于以太网的B/S架构设计,无需安装专用软件,功能升级便捷。平台主要由客户端、服务器和测试下位机组成。客户端为普通PC,安装浏览器用于测试用例开发和测试资源管理,可实现多人并行工作,提升测试用例开发效率;服务器端采用高性能小型机进行数据管理;测试下位机搭载实时操作系统运行自动测试软件,使用虚拟仪器和UUT进行交付完成自动测试。

平台中客户端和服务器均为标准以太网接口的通用设备,而测试下位机往往为专用,因此本文主要针对测试下位机进行通用化设计。

1.1 硬件设计

测试下位机硬件主要由测试单元、适配器和电缆组成。测试下位机测试场景连接图如图1所示。

图1 测试下位机测试场景连接图

测试单元由测试机箱、测试板卡和信号转接组成。测试机箱总线带宽应不低于UUT(被测件)机电总线带宽,测试机箱备份插槽应尽量多,以便后续测试资源扩展。例UUT机电总线为1394(100 Mbps),选用CPCI机箱(32 bit,33 MHz)即可满足要求。测试板卡总线类型应与机箱兼容,尽量使用商用货架产品,提升平台可靠性。工程经验表明,PCI板卡安装可靠性低,存在金手指长期氧化问题,不建议选用。

信号转接主要为了实现测试板卡资源的接口标准化,屏蔽同类板卡不同厂商的连接器型号和针脚定义差异,实现测试单元的整体重用。商用板卡接口多为SCSI、J30JA、DB系列连接器,连接器针数集中在68、100和144针,考虑到人机工程便捷性和测试单元可扩展性,参考美国下一代自动测试系统体系结构[2],提出在J30JA系列连接器基础上,增加两组定位块实现36组防插错,作为测试资源标准接口连接器,使用定位块的36组防插错和连接器不同针数组合,结合UUT常用信号类型,制定了测试资源标准接口规范,实现测试板卡资源接口标准化和系列化。当某型号板卡故障且停产需更换为新接口定义的测试板卡时,只需按照既定的测试资源标准接口规范新制作信号转接电缆,即可实现停产板卡的功能替换,提升保障性。

适配器主要实现UUT信号调理,并转接到测试资源标准接口,配合UUT电缆后可实现测试单元的整体重用。新UUT测试仅需按照规范要求制定适配器,降低设备测试成本。在研制新适配器时,可依据UUT信号实际情况对适配器进行裁剪。在UUT对外接口数量较小,且信号无需进行调理的情况下,可仅制作电缆将UUT和测试单元进行连接;考虑到1394总线信号质量,信号可不经过适配器,在测试单元处为其设计标准接口,直接通过电缆与UUT直接连接,如图1所示。

1.2 软件设计

测试平台采用基于信号的测试,将UUT的每个接口,通讯ICD的最小定义负载看做信号,使用信号配置表对测试软硬件资源进行统一描述,测试资源变更或新增只需修改配置表,实现测试软、硬件松耦合,同时实现测试用例的复用[3]。

自动测试软件采用模块化分层设计,自顶向下依次为用户层、业务层、硬件抽象层和驱动层(详见图2)。用户层为UI界面组件;业务层为自动测试引擎和测试用例;硬件抽象层包含中间层、数据IO服务和信号配置表;驱动层为板卡厂商提供的驱动软件。

图2 自动测试软件架构

数据IO服务按配置通过中间层调用板卡驱动,采用共享内存方式刷新数据,自动测试引擎执行测试用例,查询信号配置表从数据IO服务获取信号当前状态,从而完成测试用例执行。中间层为每种被测信号板卡定义了标准API,其综合了厂商提供的驱动代码,同时可插入特定代码来补偿仪器互换造成的测试差异,从软件层面屏蔽测试硬件资源变更带来的影响。考虑到机载机电计算机多数功能的独立性,测试用例设计也应具有独立性,自动测试引擎应支持多线程调度,实现并行测试,提升测试效率。

2 结束语

本文提出了适用于机载机电计算机的通用测试平台,定义了测试资源标准接口,实现了平台核心测试资源的重用,降低了新产品测试设备研发成本,提升了设备保障性,并且测试资源可扩展。工程实践证明该方案可行,对类似UUT的测试设备研制具有参考意义,但当UUT信号量较为庞大时,适配器和测试单元的连接阻力较大,后续应进行相关工程化优化设计。