基于PXI 總線的通用自測系統(tǒng)子系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

湯冠楚

（江西科技學院人工智能學院，江西 南昌 330098）

隨著新型機載電子設(shè)備更新加快，針對特定機載電子設(shè)備研制專用測試設(shè)備的傳統(tǒng)做法不適應(yīng)新裝備的修理檢測需要，采用自動測試系統(tǒng)已成為必然的選擇[1]。實踐證明自動測試系統(tǒng)已成功應(yīng)用于各種測試領(lǐng)域[2-8]。然而，盡管通用自測系統(tǒng)的測試資源雖多，但傳統(tǒng)人工檢測時間長、強度大、易出錯、效率低的難題仍隨之出現(xiàn)，為此，急需開發(fā)設(shè)計通用測試的系統(tǒng)自檢子系統(tǒng)，以實現(xiàn)通用自測系統(tǒng)能夠精準、快速自測試的良好功能運用，為故障模塊快速檢測定位提供新手段。

1 自檢測方案

由文獻[9-11]可知，通用自動測試系統(tǒng)的自檢方案主要有基于儀器自檢、儀器比對、開關(guān)切換和綜合自檢等自檢方案。結(jié)合該型通用自動測試系統(tǒng)的特點，提出了一種簡捷綜合自檢方案，其主要內(nèi)容先后依次為：一是利用PXI 模塊和GPIB 設(shè)備具有的自檢功能；二是對首次或多次使用的重要模塊的測試; 三是對開關(guān)和多路復(fù)用器模塊的測試；四是模塊間綜合互連的測試。其中，綜合互連測試的基本原則是: 一是利用具有輸入輸出功能的模塊進行自身閉環(huán)測試，以判斷其功能的好壞；二是利用系統(tǒng)中相近信號的發(fā)送模塊與接收模塊之間進行測試，驗證各模塊功能的有效性；三是利用已測試的激勵信號和測量設(shè)備，通過控制開關(guān)類模塊的通斷狀態(tài)，實現(xiàn)對開關(guān)類模塊的檢查與判斷；四是相同類型的信號輸出模塊的通道數(shù)與輸入模塊的通道數(shù)不致時，通過多路復(fù)用器或開關(guān)來進行切換，測試各個通道的功能和性能。

2 系統(tǒng)功能分析

自檢測的系統(tǒng)是一套適用于測試低頻、數(shù)字/模擬混合型機載電子設(shè)備的小型非實時通用自動測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的總線為PXI 和GPIB。系統(tǒng)的組成框圖如圖1 所示。

圖1 通用自動測試系統(tǒng)硬件組成框圖

系統(tǒng)硬件主要由PXI 零槽控制器為主的人機控制子系統(tǒng)、交直流程控電源子系統(tǒng)、多路復(fù)用器等開關(guān)子系統(tǒng)、智能數(shù)據(jù)采集設(shè)備等DAQ 子系統(tǒng)、1553B 及429 航空總線板卡等通訊子系統(tǒng)和RCV 接口子系統(tǒng)組成。其中，交直流程控電源子系統(tǒng)中的N6701A 型直流電源、2253ix 和SW5250A 型交流程控電源是通過GPIB 總線連接至PXI-8109 PXI 型零槽控制器。其它所有PXI 模塊都是安裝在PXI-1045 型機箱內(nèi)。同時，為了實現(xiàn)通用性，將PXI 模塊和GPIB 設(shè)備的輸入輸出接口都通過連接電纜分類連接至RCV 接口子系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

自檢子系統(tǒng)硬件主要由IIA 接口、IIA 適配耦合電路和適配箱等組成。硬件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2 所示。

圖2 自檢子系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

3.2 接口設(shè)計

根據(jù)自檢測方案對通用自動測試系統(tǒng)的資源進行系統(tǒng)分析、逐一分類后，設(shè)計有三用表、交直流電源、多路復(fù)用器、矩陣開關(guān)、SPST 功率開關(guān)、SP- DT 功率開關(guān)、數(shù)字I/O 模塊1/2、智能數(shù)采模塊、總線通訊模塊和軸角模塊等11 個電氣連接電路。由于篇幅有限，現(xiàn)以三用表連接電路為例加以說明，電氣連接圖如圖3 所示。

圖3 三用表電氣線路連接圖

該電路主要利用SPDT 功率開關(guān)的一個通道，和兩個VPC吸合指示開關(guān)，對耦合電路中的識別電陰進行測試。控制開關(guān)通/斷狀態(tài)，用三用表讀取不同狀態(tài)下的電陰值，從而判斷三用表檢測線路是否良好和ITA 的吸合狀態(tài)。另外，三用表測試線路還直接與多路復(fù)用器的一個通道進行連接，用于測試多路復(fù)用器和矩陣開關(guān)切換轉(zhuǎn)接過來的信號。

3.3 輔助電路設(shè)計

耦合電路作為輔助電路，其主要由電源模塊（電源和功率開關(guān)的測試）、三用表模塊（三用表模塊的測試）、數(shù)字I/O 模塊1和模塊2（數(shù)字I/O 模塊和7854R 的測試）組成。電源模塊主要由功率電陰和插座組成，其功能是測試電源設(shè)備和功率開關(guān)模塊時，作為測試負載。三用表模塊又叫識別模塊，主要由識別電陰和插座組成，其功能一是作為檢查三用表的電陰測試功能；二是作為適配器的識別電陰，不同的自檢適配器中都有不同數(shù)值的電陰。數(shù)字I/O 模塊1 主要由電陰排、電陰和插座組成，其功能是用于PXI-6511/6512 數(shù)字I/O 模塊測試，作為上拉/下拉電陰。數(shù)字I/O 模塊2 主要由電陰排、電陰和插座組成，其功能是用于測試PXI-6511 數(shù)字I/O 模塊和PXI-7854R 智能數(shù)據(jù)采集模塊測試，作為上拉/下拉電陰。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 軟件總體設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計功能主要有：一是提供手動和自動測試操作界面，控制設(shè)備和模塊的激勵輸出和測量輸入，采集、比較和邏輯分析測量數(shù)據(jù)，綜合判斷后定位故障；二是自動保存測量數(shù)據(jù)。依據(jù)自檢測方案和軟件測試需求，自檢子系統(tǒng)的測試程序主要設(shè)計有模塊自檢初始化界面、自檢結(jié)果顯示界面、測試程序主界面（手動和自動測試界面）以及幫助和版本說明界面。其中，手動測試界面主要集中顯示系統(tǒng)相關(guān)的可執(zhí)行應(yīng)用軟件（自帶或開發(fā)），以便操作人員進行調(diào)用和控制；自動測試界面主要有執(zhí)行控制、項目選擇、數(shù)據(jù)保存/清空選項、測試結(jié)果及系統(tǒng)測試信息顯示框等控件，正常情況下測試過程將自動完成，測試過程信息實時顯示。

4.2 各功能模塊設(shè)計

4.2.1 主程序模塊設(shè)計

主程序是整個軟件的支柱，其控制流程圖如圖4 所示。程序執(zhí)行時首先對系統(tǒng)硬件模塊進行初始化，若初始化正常，則進入主界面，若出現(xiàn)故障，則彈出初始化結(jié)果顯示界面，給出模塊各模塊檢查。主程序的主體為加載的手動或自動測試界面，兩者可以互相切換。

圖4 主程序控制流程圖

4.2.2 硬件初始化及結(jié)果顯示模塊設(shè)計

該模塊目的是檢查各硬件資源加電或初始化是否正常，以保證測試時資源的可用性。程序采用順序方式，按進度信息提示，逐一對各個資源進行檢查并形成代碼，最后根據(jù)統(tǒng)計的代碼，解析出相應(yīng)的故障硬件模塊或設(shè)備。為保證系統(tǒng)的完整性，當出現(xiàn)故障信息時，不得進入主測試程序，只有將故障排除，重新進行初始化正常后，才能進入主界面。初始化過程只能檢查資源是否可用，不能說明資源的功能或性能都正常。

4.2.3 手動測試模塊設(shè)計

在手動測試模塊中，可以調(diào)用系統(tǒng)資源自帶的的應(yīng)用程序，實現(xiàn)對各模塊和設(shè)備的控制。根據(jù)應(yīng)用程序情況，手動測試面板設(shè)計有：NI-DMM Soft（數(shù)字三用表）、TEST（功率開關(guān)、矩陣開關(guān)和多路復(fù)用器）、CPCI75DS2（旋變角信號仿真卡）、CPCI75C3（旋變角信號測量卡）、SWCS（SW5250A 交流程控電源）、iXCGui（2253ix 交流程控電源）、Micrologic RCU/RSU（施耐德智能斷路器）、BusTools（1553B 總線板卡）、N7854R（智能數(shù)據(jù)采集設(shè)備）、N67O1（直流程控電源）和通用等12 個單元。各單元可以控制打開或關(guān)閉對應(yīng)的應(yīng)用程序，并判斷各應(yīng)用程序運行狀態(tài)。

4.2.4 自動測試模塊設(shè)計

該模塊中要實現(xiàn)程序自動測試時能夠?qū)崿F(xiàn)開始/ 暫停/繼續(xù)/終止控制、數(shù)據(jù)保存、項目選擇和顯示等功能。為此，采用線程技術(shù)在開始測試函數(shù)中創(chuàng)建自動測試主線程，開始測試函數(shù)的流程圖如圖5 所示。

圖5 開始按鈕操作流程圖

暫停和繼續(xù)測試函數(shù)較為簡單，主要完成暫停和繼續(xù)線程及相應(yīng)的控件狀態(tài)的更改設(shè)置。終止測試函數(shù)主要是關(guān)閉已創(chuàng)建的主線程，并且根據(jù)狀態(tài)確定是否保存測試數(shù)據(jù)，其流程圖如圖6 所示。自動測試的主線程是自檢測自動測試的核心部分，根據(jù)自檢適配器的功能電路設(shè)計，共設(shè)計有ITA 連接判斷、多路復(fù)用器的檢查、SPST 功率開關(guān)的檢查、SPDT 功率開關(guān)的檢查、矩陣開關(guān)的檢查、電源的檢查、數(shù)字DAQ 的檢查、通訊模塊的檢查和DS/SD 軸角板卡的檢查等九個測試項目，每個項目對應(yīng)開發(fā)一個測試函數(shù)。

圖6 終止按鈕操作流程圖

4.3 軟件實現(xiàn)

LabWindows/CVI 沒有專門的多線程編程函數(shù)庫，而是在Windows SDK 中提供了相關(guān)的函數(shù)。多線程函數(shù)定義在winbase.h 文件中，kernel32.lib 為導(dǎo)入庫文件。在應(yīng)用多線程編程時只需要在原代碼文件中包含windows， h 即可[12]。

在編程實現(xiàn)過程中，根據(jù)系統(tǒng)功能要求，在主程序中主要通過EasyTab_ConvertFromCanvas()和EasyTab_LoadPanels()函數(shù)加載手動或自動測試界面。在硬件初始化及結(jié)果顯示模塊中主要調(diào)用資源自帶的初始化或打開/關(guān)閉函數(shù)，如PXI_4072 模塊的niDMM_init()和niDMM_close()等。在手動測試模塊中使用的核心的函數(shù)為LaunchExecut_ableEx ()， 該函數(shù)一是可以在顯示窗口中，指定要應(yīng)用窗口如何顯示；二是返回一個已執(zhí)行應(yīng)用窗口的句柄，通過這個句柄可以實現(xiàn)運行或中止該應(yīng)用窗口；另外還有TerminateExecutable () 中止一個未中止的執(zhí)行應(yīng)用；ExecutableHasTerminated()，判斷由已打開的應(yīng)用是否結(jié)束。在自動測試模塊中運用線程技術(shù)，通過創(chuàng)建、終止、繼續(xù)和暫停線程來實現(xiàn)自動測試的要求，各線程函數(shù)原型如下：

5 試驗驗證

本系統(tǒng)的軟件界面設(shè)計做到了功能全面，人機交至友好，輸入輸出清晰。當測試軟件運行后，初始化界面如圖7(a)所示，過程中若出現(xiàn)模塊或設(shè)備故障，將進入結(jié)果顯示界面(如圖7(b)，若初始化正常，將進入主程序界面，如圖7(c)所示為手動測試界面，如圖7(d)所示為自動測試運行界面。通過測試，統(tǒng)計了各種測試條件下的用時時間，部分用時時間見表1，其中，全部項目完成測試時間為544 秒，滿足了系統(tǒng)測試用時不超過15 分鐘的要求。

表1 自動測試程序測試項目用時表

圖7 軟件運行界面圖

6 結(jié)論

通過對某型通用自動測試系統(tǒng)的資源和功能分析，提出了一種綜合簡捷自檢方案。在RCV 的基礎(chǔ)上設(shè)計了ITA 接口電路并研制了自檢適配器，利用虛擬儀器技術(shù)，設(shè)計和開發(fā)了一套自檢子系統(tǒng)。利用自檢適配器和測試程序，對自檢子系統(tǒng)軟硬件功能進行了試驗驗證。測試驗證結(jié)果表明，自檢子系統(tǒng)實現(xiàn)完成了對通用自動測試系統(tǒng)的快速、準確的自檢測試功能，為快速定位故障模塊提供了檢測手段，解決了通用自動測試系統(tǒng)采用傳統(tǒng)人工檢測效率低、時間長、勞動量大及易出錯的問題。