箭載計(jì)算機(jī)軟件測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

胡逸琳　魏冬冬　葉竹

摘要：針對(duì)箭載計(jì)算機(jī)飛行軟件測(cè)試的需求，確定了箭載計(jì)算機(jī)仿真測(cè)試系統(tǒng)的硬件平臺(tái)和軟件操作系統(tǒng)。通過對(duì)箭上單機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)軟件的模擬，對(duì)地面測(cè)發(fā)控各系統(tǒng)的模擬，使用半物理環(huán)境模擬了箭載計(jì)算機(jī)在地面測(cè)試和飛行階段的外圍環(huán)境。通過和箭載計(jì)算機(jī)的聯(lián)調(diào)綜合實(shí)驗(yàn)，證明了仿真測(cè)試系統(tǒng)的真實(shí)性和有效性，同時(shí)表明了該文設(shè)計(jì)的箭載計(jì)算機(jī)飛行軟件仿真測(cè)試平臺(tái)不但滿足了測(cè)試人員對(duì)于箭載計(jì)算機(jī)軟件黑盒測(cè)試的需求，更進(jìn)一步提高了測(cè)試的效率，為后續(xù)測(cè)試工作的開展提供了良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：仿真測(cè)試；實(shí)時(shí)軟件

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）08-0066-03

1概述

運(yùn)載火箭是我國(guó)新一代正在研制的小型運(yùn)載火箭，其箭載計(jì)算機(jī)（下文簡(jiǎn)稱為箭機(jī)）軟件主要功能是完成火箭飛行的制導(dǎo)、導(dǎo)航、姿控、自檢、故障診斷、遙測(cè)信息等飛控任務(wù)以及通過1553B總線實(shí)現(xiàn)箭載計(jì)算機(jī)與1553B總線終端設(shè)備的通信，并通過RS422串口實(shí)現(xiàn)箭載計(jì)算機(jī)與GPS設(shè)備及地面主控計(jì)算機(jī)的通信。

為進(jìn)行對(duì)箭機(jī)軟件的黑盒測(cè)試，現(xiàn)開展了軟件仿真測(cè)試系統(tǒng)研制工作。通過對(duì)箭載計(jì)算機(jī)的外圍環(huán)境和箭載計(jì)算機(jī)通信協(xié)議的梳理分析，設(shè)計(jì)人員確定了仿真測(cè)試系統(tǒng)的功能需求。該仿真測(cè)試系統(tǒng)通過模擬箭機(jī)軟件飛行的外圍環(huán)境，模擬箭載計(jì)算機(jī)與外圍的通信進(jìn)行火箭飛行狀態(tài)模擬，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)采集和生成各類信號(hào)，注入各類故障的功能。該平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)有利于測(cè)試人員對(duì)軟件進(jìn)行系統(tǒng)化的測(cè)試，能有效提高測(cè)試效率，并為測(cè)試結(jié)論提供了有效的依據(jù)。

2箭載計(jì)算機(jī)仿真測(cè)試系統(tǒng)需求分析

箭載計(jì)算機(jī)仿真測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的是通過仿真模擬箭機(jī)飛行所需的外圍環(huán)境，通過界面上的操作，規(guī)定測(cè)試指令及測(cè)試方案，用來測(cè)試箭機(jī)與系統(tǒng)各模擬設(shè)備之間的相互聯(lián)通，并對(duì)故障進(jìn)行初步定位。

2.1功能需求

1）地面通信功能輸入輸出需求見下表2：

2）箭上單機(jī)通信功能見下表3：

4）GNSS導(dǎo)航數(shù)據(jù)通信功能見下表4：

5）程序/數(shù)據(jù)上傳下載功能見下表5：

6）PPS秒脈沖接收功能見下表6：

2.2界面設(shè)計(jì)需求

1）箭載計(jì)算機(jī)仿真測(cè)試系統(tǒng)軟件要求界面中有開始和停止按鈕；

2）有直觀、簡(jiǎn)潔的通信流程顯示界面；

3）有消息文件、流程配置文件等數(shù)據(jù)文件上傳界面；

4）有修改消息數(shù)據(jù)界面；

5）有直觀顯示消息數(shù)據(jù)和交互流程界面；

6）有以折線圖方式顯示的數(shù)據(jù)對(duì)比界面。

2.3性能需求

1）1553B最高發(fā)送消息頻率可達(dá)500HZ；

2）RS422通信延時(shí)時(shí)間不可超過2ms；

3）測(cè)試人員可設(shè)置的消息周期、發(fā)送延遲等時(shí)間精度為1毫秒。

3箭載計(jì)算機(jī)仿真測(cè)試系統(tǒng)硬件架構(gòu)

箭載計(jì)算機(jī)仿真測(cè)試系統(tǒng)需模擬箭載計(jì)算機(jī)的外圍環(huán)境，即前置地面主機(jī)、箭上各單機(jī)（包括捷聯(lián)A、捷聯(lián)B、伺服控制器Ⅰ、伺服控制器Ⅱ、伺服控制器Ⅲ、轉(zhuǎn)級(jí)控制器、綜合控制器Ⅰ、綜合控制器Ⅱ）和GPS導(dǎo)航計(jì)算機(jī)。

如下圖所示，箭載計(jì)算機(jī)仿真測(cè)試硬件系統(tǒng)由一臺(tái)上位機(jī)和四臺(tái)下位機(jī)組成（包括PCI-1553B板卡三塊，MOXA卡一塊，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)一臺(tái)）。地面測(cè)試模擬器通過MOXA卡與1553B和箭機(jī)進(jìn)行信息交互，發(fā)送綜合控制器速率陀螺信息，同時(shí)作為主控計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與其他模擬器進(jìn)行交互，主控命令通過TCP/IP進(jìn)行發(fā)送。

箭上單機(jī)模擬器通過1553B總線與箭載計(jì)算機(jī)通信。由于箭上單機(jī)模擬器通信數(shù)據(jù)量大，實(shí)時(shí)性要求高，所以將箭上單機(jī)模擬器分為上位機(jī)與下位機(jī)組成，下位機(jī)使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，上位機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與下位機(jī)通信給予操作指令。

4箭載計(jì)算機(jī)仿真測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

和箭載計(jì)算機(jī)軟件相對(duì)應(yīng)，仿真測(cè)試平臺(tái)針對(duì)不同通信方式進(jìn)行了多層次，多模塊設(shè)計(jì)，包括通信層、操作層、配置層三個(gè)層次，如下圖所示。軟件依照功能需求，為了更好的增加用戶體驗(yàn)，依據(jù)層次化、模塊化設(shè)計(jì)思路共分為三個(gè)層次、十三個(gè)模塊：

1）通信層：根據(jù)箭機(jī)軟件通信外部接口分為了地面通信控制模塊、GNSS導(dǎo)航通信模塊和1553B通信控制模塊。通信層軟件調(diào)用硬件驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了通信，可根據(jù)驅(qū)動(dòng)函數(shù)設(shè)定通信故障。在通信層實(shí)現(xiàn)了軟件的具體功能，軟件根據(jù)用戶對(duì)消息的時(shí)序配置和設(shè)定工作與箭機(jī)進(jìn)行通信。

2）操作層：根據(jù)測(cè)試人員基于箭機(jī)測(cè)試提出的需求，該層即用戶界面。用戶通過界面操作可以對(duì)單幀消息進(jìn)行多種預(yù)設(shè)模式和自定義模式的配置，對(duì)多幀時(shí)序進(jìn)行設(shè)置，并可通過導(dǎo)入文本文件進(jìn)行對(duì)測(cè)試流程和測(cè)試數(shù)據(jù)的快速配置，有效減少了測(cè)試人員所需花費(fèi)的時(shí)間，提高了測(cè)試。

3）配置層：根據(jù)軟件工程化和用戶需求將應(yīng)用層的需求轉(zhuǎn)換為多個(gè)可復(fù)用的模塊，包括錯(cuò)誤狀態(tài)配置模塊，數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊，增加了程序的復(fù)用性、可移植性。

層次化模塊化的軟件架構(gòu)有助于后期的維護(hù)和修改，有利于模塊的移植以應(yīng)對(duì)型號(hào)軟件不斷的版本更改和升級(jí)。仿真測(cè)試系統(tǒng)各模擬器軟件通過調(diào)用各個(gè)軟件模塊實(shí)現(xiàn)了針對(duì)軟件測(cè)試需求的多模式定制，有助于測(cè)試人員使用，有效提高測(cè)試效率。

1）通信層設(shè)計(jì)

箭機(jī)測(cè)試系統(tǒng)模擬箭上各單機(jī)、GPS設(shè)備和地面測(cè)試設(shè)備與箭機(jī)通過1553B總線和RS422串口進(jìn)行通信。通信層根據(jù)不同的模擬器分為三個(gè)模塊，依照不同的通信方式設(shè)置了兩個(gè)底層通信用函數(shù)，具體架構(gòu)如下圖。

2）配置層設(shè)計(jì)

基于軟件需求變化較大，開發(fā)周期較長(zhǎng)，用戶要求多，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)了捷聯(lián)A、捷聯(lián)B、GPS模擬器、箭上單機(jī)模擬器、前置模擬器等多個(gè)通用模塊達(dá)到了快速配置測(cè)試用例通信流程的目的，節(jié)省了后期二次開發(fā)的時(shí)間。技術(shù)背景

3）操作層設(shè)計(jì)

操作層由界面和各類配置模塊組成，用戶點(diǎn)擊界面后，通過配置模塊調(diào)用配置層函數(shù)將數(shù)據(jù)上傳至通信層或形成配置文件。

5系統(tǒng)測(cè)試

為了驗(yàn)證箭機(jī)仿真測(cè)試平臺(tái)的功能和性能以及對(duì)于測(cè)試效率的提高和便利性，本節(jié)將根據(jù)其與箭機(jī)（試樣機(jī)）的聯(lián)調(diào)結(jié)果進(jìn)行說明。通過和箭機(jī)的聯(lián)調(diào)，可以證實(shí)箭機(jī)仿真測(cè)試系統(tǒng)可以提供正常的飛行試驗(yàn)，以及多種異常錯(cuò)誤的測(cè)試。

下圖為箭機(jī)仿真測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行正常飛行試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果。

6結(jié)論

針對(duì)箭機(jī)軟件仿真測(cè)試平臺(tái)的需求，首先在確定其硬件運(yùn)行平臺(tái)和使用環(huán)境的基礎(chǔ)上，然后分別對(duì)實(shí)際的測(cè)試需求、高精度高強(qiáng)度數(shù)據(jù)發(fā)送接收和大量數(shù)據(jù)分析功能等多方面進(jìn)行了全面分析和軟件實(shí)現(xiàn)，最后進(jìn)行了全面的試驗(yàn)論證。通過與箭機(jī)的聯(lián)調(diào)試驗(yàn)表明本文設(shè)計(jì)的箭載計(jì)算機(jī)軟件仿真測(cè)試系統(tǒng)，不但滿足了測(cè)試人員對(duì)于箭機(jī)軟件測(cè)試的需求，而且提高了軟件的效率和可靠性。同時(shí)，本文涉及的設(shè)計(jì)方法和技術(shù)思路，為以后運(yùn)載型號(hào)箭機(jī)軟件的測(cè)試平臺(tái)提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，具有較高的推廣價(jià)值。