机载计算机测试系统的设计和实现

摘要：以通用机载计算机的维护和测试为目标，采用目前国际测控领域流行的PXI总线结构和LabWindows/CVI虚拟仪器软件开发平台，设计和实现了机载计算机通用测试设备。本文在介绍PXI总线结构的基础上，重点介绍了该测试设备的软/硬件组成、系统功能和特点。

关键词：机载计算机；自动测试系统；PXI总线

引言

由于机载计算机与航空电子各分系统大量交联融合，系统的规模和复杂性不断增大，对系统的可靠性和可维护性提出了更高的要求。据统计，飞机系统和设备的故障检测和隔离时间约占维修时间的35%左右。而飞机上所用的传统检测方法可靠性低，诊断能力不足，虚警率高，不必要的设备拆卸率高达30%--50%。因此人们对测试系统提出了更高的要求，要求测试系统具有较强的故障诊断能力，可移植性和健壮性，以便能够代替人从事精确测量。根据当前测控技术的发展，机载计算机测试设备采用了PXI总线技术和虚拟仪器技术，具有开放式的系统结构和强大的测试、测量功能。

PXI总线体系结构

PXI规范是NI公司1997年发布的一种新的开放性、模块化仪器总线规范，完全兼容Compact PCI。与PCI一样，PXI支持132MB/s的数据率和即插即用功能的高性能电气特性。大量的基于PCI的硬件、驱动程序、操作系统和应用程序，都可以有效地应用在PXI系统中，同时PXI支持在工业仪器、数据采集及工业自动化应用中要求更高的机械、电气、软件特性。为更适于工业应用，PXI扩充了Compact PCI规范，对易装易卸的PCI硬件定义了坚固的结构形式，PXI产品对工业环境中的振动、冲击、温度和湿度等环境性能试验提供了更高更细的要求。PXI在Compact PCI机械规范上增加了必须的测试环境和主动冷却，可以简化系统集成并确保多供应商产品的互操作性。此外，PXI在PCI的基础上增加了多板精确同步的星型触发总线、用于高速定时的系统参考时钟以及相邻仪器模块进行高速通讯的局部总线，因此PXI更能满足仪器用户的需要。

PXI将MicrosoftWindws9X/NT定义为其标准的系统级软件框架，这保护了多供应商产品的兼容性，简化了系统的集成，另外，所有的PXI产品必须包括相应的设备驱动软件，以降低最终用户的开发成本。由于PXI总线的机械、电气、软件特性是采用成熟PC技术的直接结果，熟悉台式PC的仪器系统开发商，化很少的时间和费用便可以将它们的系统应用到更坚固的PXI系统中。
PXI模块仪器的优点包括：

a.有效地将台式PC技术引入到测试环境中；
b.扩充了台式PC机中所没有的仪器属性；
c.与Compact PCI保持兼容；
d.提供了更严格的标准，保证多供应商产品之间的兼容性；
e.定义了标准的软件框架，要求PXI的产品提供相应的驱动软件，方便系统集成；
f.比台式PC提供更多的I/O扩展槽，更加紧凑，比台式PC更节省空间。

机载计算机通用测试系统组成

机载计算机通用测试设备由测试系统硬件和软件组成，整个系统结构如图1所示：

图1　机载计算机通用测试系统组成

系统硬件设计
测试设备硬件由PXI总线系统、程控交直流电源、通用测试接口和产品适配器等组成，其中测试系统控制计算机为奔腾586工控机，采用3U高功率的18槽PXI机箱PXI-1006，该机箱集成了PXI规范要求的冷却系统；任意函数发生器模块NI5401，能提供系统所需要波形的激励信号；为了产生测试中所需的直流模拟电压激励信号，采用2个16通道的模拟量输出模块PXI6704；数据采集模块采用PXI6031E16位精度，32个差分输入；PXI8421模块提供4路满足RS422A的串行口；采用PXI6527实现48离散量输入/输出，以满足系统要求的离散输入/输出功能；Pickering公司的40-290D模块提供高精度的可编程电阻；万用表(HP34401)和数字存储滤波器(TEK5032B)均采用通用仪器，具有GPIB接口。示波器主要实现同步采样以及对动态模拟信号进行数字化处理，以显示快速跃变波形；另外系统中还有3块16通道的SPST开关模块NI2565，和2X24通道的机械继电器开关模块，用以实现信号的转换和测量控制；为了给被测计算机提供电源，系统采用两个智能控制的直流源，通过GPIB总线与PXI系统相连接，一个型号HPE6653A提供0～35V/0～15A电源，另一个为HP6613C提供0～35V/0～2A电源。其原理组成框图如图2所示。

图2　系统硬件组成示意图

机载计算机通用测试系统采用NI的远程控制器(MXI-3)PXI8335，将主控计算机与PXI仪器相连，主控计算机内具有MXI-3的控制接口卡，通过光纤传输总线，实现主控计算机和PXI仪器的PCI-TO-PCI桥，底层的驱动软件和硬件对用户完全透明。所有的GPIB仪器如万用表、示波器以及电源等都通过机箱内的PXI-GPIB连接，从而构成整体的测试系统。测试系统工作时，首先对各仪器模块初始化，然后根据测试流程控制相应仪器模块完成测试任务。

系统软件设计
以Win2000为操作系统平台，NI公司的Lab Windows CVI作为测试软件的编程环境并辅以Windows SDK和VisualC++等其它软件工具，软件采用模块化和开放式设计思想，方便软件的扩充和维护，同时为用户提供一个集成的测试开发环境。机载计算机通用测试系统程序由系统自检程序，仪器管理程序，性能/功能测试程序，数据分析程序，系统维护程序以及系统联机帮助等部分组成。

系统自检程序是测试系统的重要组成部分，主要完成整个测试系统中各模块，程控仪器自检，以确定测试系统本身的完好性。

仪器管理程序使用LabWindowsCVI提供的大量函数库，充分利用各仪器模块自带的仪器驱动程序的基础上，编写针对不同被测对象的测试驱动程序，提供测试设备中所有的测试资源的配置情况，仪器操作的方法和仪器初始设置情况。

对机载计算机的测试分为自动测试和交互测试两种。在自动测试方式下，测试程序自动检查子适配器的连接正确性，并提示检查结果。测试程序自动执行各项测试，每项的测试的详细内容时实显示在测试状态窗口中，给出测试状态，并且将测试结果存储与数据库中。对测试结果的进一步分析、显示浏览和打印在测试结果处理中进行。数据库中记录的内容包括：

a.测试程序名称；
b.测试程序详细说明；
c.UUT的序列号；
d.子适配器标示号；
e.操作员标示；
f.测试的日期和时间；
g.测试程序的版本；
h.全部测试结果(PASS，FAIL，HIGHORLOW)；
i.每项测试的详细结果：测试项目，测试门限，实测值，单位，状态(PASS，FAIL，HIGHORLOW)。

在交互测试方式下，用户可以选择特定的测试项目进行测试，同时系统也提供对各种仪器的直接操作进行测试。

数据分析程序分析测试设备的测试结果，并以数据库的形式存储，以便对测试数据进行统计分析，主要包括给出测试程序运行的次数，“通过”测试的次数，“失效”次数等，各种详细的测试资料和测试情况统计，给设计和生产人员提供依据等。系统维护功能只有被授权的用户才能使用，用户可以备份(backup)和恢复(restore)测试程序，同时可以对不同的测试用户设置访问权限。其中备份是指允许将测试程序拷贝到不同的路径或名称和磁盘；恢复是指允许将测试程序存到测试系统中；访问控制功能提供对使用测试设备的人员的用户名、密码和使用权先进性设定，可以增加和删除用户，更改已有的用户权限等。

结束语

PXI总线结合了主流PCI计算机技术和Windows软件及坚固的工业封装功率冷却和EMC的系统规范，在不牺牲测量精度或经费预算的情况下，提供了高性能的测试、测量和数据采集。在设计基于PXI总线的机载计算机通用测试设备的过程中，从硬件系统集成到软件开发等都遵循了通用性和标准化的设计思想，测试系统提供了自动测试，交互测试测试，测试设备维护等功能，适合于不同的测试场合和测试需求。