綜合導航設備地面檢測系統的設計與實現

陳劍，鄭世明，劉佳

（航天恒星科技有限公司北京100086）

隨著衛星導航設備需求量的不斷增加，可靠性要求不斷提高，在導航設備研制任務量不斷加大的同時，對導航產品的測試需求也在不斷的提高。以往靠研發工程師自行測試的方法已經無法滿足日益增長的任務需求，也無法保證產品測試較高的覆蓋性。

針對以上特點，本文依據現有型號的星上導航電子設備的檢測需求，進行綜合導航設備地面檢測系統平臺的研制，即為在實驗室驗證星上導航電子設備的綜合仿真測試平臺。此檢測系統是在星上設備提交到總體單位之前，作為信號級功能和性能驗證的手段和工具。該設備應該具有開放的接口和二次開發能力，可以根據目前和未來的型號進行定制，擴展和升級。

1 測試系統技術概述

通用測試系統的硬件平臺以標準總線（如VXI、PCI、PXI、GPIB等）為基礎，擁有通用測試結構和統一、規范的接口標準以及統一規范的機械安裝、冷卻方式和電氣連接，具有硬件擴展的靈活性。軟件平臺以“互連、互通、互操作”原則作為基本要求，測試及診斷技術通過計算機總線及網絡的綜合集成，測試和診斷信息的融合和共享已成為現代測試技術的發展潮流。

虛擬測試系統[1]是一個開放式的結構，按照IEEE1226ABBET（板基測試環境）標準劃分層次，將基于組件的功能模塊掛在軟總線上。整個虛擬測試系統按照分層模式進行組織，測試資源的驅動定義為物理層；測試、診斷的處理分析、接口關系的組織定義為抽象層和數據層；測試流程的組織、測試的人機交互定義為應用層。

各模塊之間廣泛采用了測試領域和其他相關領域的標準接口（或協議）進行相互聯系，如：IEEE1226、IEEE1232、IVI、VPP、IEEE1445、TCP/IP等。為了保證系統的靈活性，同時充分發揮開發設計人員的創造力，只從接口上對開放式系統進行定義，而不定義各模塊的內部具體實現。同時還考慮到了系統功能的可擴充性和技術的可升級性。開放式測試系統的體系各功能模塊之間由標準接口定義。

2 研制任務需求分析

根據被測設備對測試系統功能及性能等各項需求，現總結如下：

2.1 接口要求

系統要支持以下總線和信號接口：1）2通道MIL-STD-1553B總線接口；2）2通道CAN總線接口；3）RS232/RS422/RS485總線接口；4）10通道以上AD/DA接口；5）32通道標準TTL輸入輸出；6）8通道繼電器輸出接口。

2.2 軟件功能要求

系統軟件要實現以下功能：

1）可以根據需要對系統內的各種接口信號進行控制，以實現測試任務；

2）可以根據設置對測試任務執行過程中的信號和數據進行記錄；

3）可以實現對總線信號的記錄；

4）提供二次開發接口。

根據以上需求分析，為完成測試任務，需要多種接口協議的指令信號的通訊，并能夠進行總線信號的記錄和分析。針對多種接口，可采用將各種接口統一為一種總線信號的方法，以方便進行記錄和控制。

3 測試系統硬件設計與實現

采用PCI總線[2]實現本系統，該系統硬件主要組成有主控計算機、通訊系統、實時控制和仿真測試部分。其中實時控制和實時仿真測試系統主要采用PCI-5260[3]20槽PCI機箱、PCI零槽控制器PCI-6002-B、以及雙通道1553B板卡、CAN總線接口卡、RS485接口卡、RS422接口卡、RS232接口卡AD/DA接口卡TTL接口卡和LVDS接口卡組成。其中除了機箱和PCI零槽控制器是采購外，其余都是自主研制板卡來實現。系統結構如圖1所示。

圖1 檢測系統結構圖Fig.1Structure diagram of detection system

PCI-5260機箱和PCI-6002-B主板如圖2所示。

圖2 PCI機箱及主板Fig.2PCI chassis and motherboard

4 軟件設計結構

4.1 總體概述

4.1.1 基本功能

該綜合導航設備地面檢測系統平臺配置1套軟件，其基本任務是在實驗室驗證星上導航電子設備的綜合仿真測試平臺，能夠獨立控制各個開放接口，因此具有二次開發能力，可以根據型號不同進行定制和擴展升級，是在星上設備提交到總體單位之前，作為信號級功能和性能驗證的手段和工具。

4.1.2 數據處理流程

數據處理的基本流程是：綜合導航設備地面檢測系統平臺通過Windows界面顯示部分啟動系統平臺后，主控機通過Windows服務程序模塊部分的通信管理軟件模塊[4]和主卡機、各個板卡以及被測設備之間進行通信，對平臺的軟硬件進行自檢，合格后調用測試軟件模塊對被測設備進行測試。測試流程根據測試項目和工況的不同可進行調整。

4.1.3 運行環境

操作系統：Microsoft Windows 2000/XP操作系統；編譯調試系統[5]：C、C++或Java。

4.2 系統軟件架構

系統的軟件結構主要是在Windows平臺下進行的，總體模塊主要包括顯示模塊、通信管理模塊、日志管理模塊、輔助管理模塊、測試系統管理模塊、連接關系和對應關系模塊，其軟件結構如圖3所示。

4.3 軟件功能設計

4.3.1 顯示管理模塊

1）作用此模塊主要是通過主控機上的設計面板來顯示當前的測試信息，同時在其他的從顯示機上可以顯示日志信息、錄取信息和回放信息等；另外用戶也可以將一些測試信息放到從顯示機上進行顯示。主控機上的設計面板除了顯示測試信息外，還具有通過控制面板來控制底層的測試任務的功能。

圖3 檢測系統軟件結構圖Fig.3Software structure diagram of detection system

2）組成本模塊主要由主控機顯示和從顯示機兩大部分組成，其中主控機由顯示面板和控制面板部分組成，控制面板由控件屬性、變量、觸發控件等組成。

3）接口其接口主要是通過變量和觸發控件等來和底層進行交互。

4）實現方法主控機控制面板的實現：將隨著控件屬性值的改變而變化的底層I/O接口參數以及具體所需要的參數設定的確認等觸發控件輸入給某些控件，從而進一步確認輸入的所需信息和設置的控件參數，并由主控機的控制面板接收控件的相關信息，待控制測試模塊發送相關觸發信息。

當測試模塊獲得主控機控制面板的觸發信息，將該信息下傳給通信管理軟件模塊，同時所需要顯示的相關信息等通過主控機顯示面板顯示。

4.3.2 通信管理模塊

1）作用本模塊的作用主要是用來進行各個模塊間的通信，主要負責主控機與主板之間的通信，主板與從板之間的通信、主從板與被測設備之間的通信等，同時還負責將系統初始化的信息和測試的信息能通過此模塊的作用上報到主控機或從顯示機上進行顯示，用戶通過控件面板下達的信息也是通過此模塊的作用下發到各個測試板卡上去，進而操縱底層的I/O接口參數的變化。

2）組成主控機與主板通信、主板與從板通信、主從板與被測設備通信等三部分組成。

3）接口socket套接字、IP地址、PORT端口、通道等。

4）實現方法通信管理模塊通過FTP實現主控機對主從板卡的控制，包括設定測試那臺被測設備、放到哪個從板來測試等，同時初始化主板負責收集本卡式及從板的信息上報到主控機上。主從板根據用戶傳下來的控制信息對I/O接口的相關參數進行調整配合完成檢測設備的目的。具體的實現方法如圖4所示。

圖4 通訊管理模塊框圖Fig.4Block diagram of communication management module

4.3.3 測試系統管理模塊

1）作用本模塊的主要功能是根據用戶的操作來實現對設備的檢測。

2）組成由變量引起的參數變化，控件觸發引起的變化情況等。

3）接口變量、控件觸發等。

4）實現方法主控機控制面板發送的變量變化、觸發控件和更改控件相關屬性信息等通過通信管理模塊下傳給測試系統管理模塊，從而進一步確認是否啟動測試模塊任務，并將測試后更改的相關信息上報到顯示機顯示。啟動測試模塊任務可以測試軟件模塊根據變量或事件觸發情況，通過映射關系找到對應的I/O接口參數，對其進行調整。

具體的實現方法如圖5所示。

圖5 測試系統管理模塊框圖Fig.5Block diagram of test system management module

4.3.4 連接關系和對應關系模塊

1）作用此模塊主要是完成變量、觸發控件等與底層IO參數之間的映射關系，建立上層變量信息與底層的聯系，使之能通過上層的操作來控制底層IO參數的變化，實現檢測的任務。

2）組成變量和觸發控件與IO通道、參數之間的對應關系。

3）接口觸發控件、變量、通道等。

4）實現方法①入接口實現方法，建立一個變量數組表，數組中的每一項對應于輸入接口中的一個通道，建立二者之間的邏輯關系，當變量變化時，其通道中的相關參數也會對對應地發生變化。②出接口實現方法，將變量數組的其中的一個變量對應于輸出接口中的一個通道，這樣通道的變化就和變量建立了一一對應的關系。

4.3.5 輔助管理模塊

1）作用此模塊主要是完成數據的錄取和回放功能。

2）組成數據錄取、數據回放

3）接口變量、觸發控件等。數據錄取：接收要求進行數據錄取的變量或控件觸發接口，以及數據錄取完畢的反饋信號接口（可為變量或者一個響應控件定義）數據回放：接收要求進行數據回放的控件觸發按鈕，設置回放的一些參數，包括回放開始時間、結束時間、速率等。

4）實現方法可在主控機的控制面板上添加一些控件，設置一些參數，如錄取開始時間、結束時間、錄取條件、錄取速率、所要錄取的具體的設備名、錄取的相關內容、涉及的具體的變量及控件名、觸發控件條件等，對回放也要設置相關的參數，如回放的開始時間、結束時間、回放的速率、回放的內容等，當設置好相關的參數信息后，軟件系統可用結構體數組的形式進行存儲和記錄設定的內容，通過通信軟件模塊下達到具體要執行的板卡，當條件滿足時，在對被測設備進行檢測時進行錄取，然后將錄取的信息上傳到輔助管理模塊中進行保存，當主控機要求進行回放時，再調用這些信息進行在顯示機上進行顯示。

4.3.6 日志管理模塊

1）作用此模塊主要是記錄檢測的一些流程及相關的歷史數據，當系統出現故障時可以有效地幫助技術支持人員進行及時定位，提供有效的數據信息，同時可以借此來分析軟件的功能、可靠性、安全性等性能。

2）組成對變量的管理、對觸發控件的管理、變量與底層IO接口變化情況的記錄管理，故障信息處理情況的管理、記錄和回放情況管理等。

3）接口變量、觸發控件、通道等。

4）實現方法可在主控機的控制面板上添加一些控件，設置一些參數，如顯示日志信息等，通過測試管理軟件模塊記錄對被測設備進行檢測時的信息，特別是得到主控機的控制信息后，測試管理軟件模塊如何對底層參數進行調整等，同時可以將變量與底層I/O對應關系、二者發生變化時的信息保存，當主控機要求進行回放時，再調用這些信息進行在顯示機上進行顯示。

5 結論

筆者分析了能夠自動完成各項測試任務并存儲、打印測試結果的系統軟件平臺，為今后虛擬測試系統的研制提供寶貴的經驗。

隨著信息技術的深入應用和測試需求的不斷增加，現代測試系統事實上已經發展成為一個綜合性的測試信息系統。虛擬測試系統的發展應以大力采用和推廣總線設備作為ATE的總線標準，發展數字化儀器和數字化系統，提高測試系統的通用化程度和設備部件的互換性和互操作性，倡導“基本型”測試系統，增加對嵌入式測試支持技術的投入，完善系統的可測試性分配和可測試性設計，將系統的可測試性、可靠性和可維護性進一步統一起來，協調發展。

[1]江偉，袁芳.基于虛擬儀器技術的振動測試系統的設計[J].微機算機信息，2006（10）：12-18.JIANGWei，YUANFang.Vibrationbasedonvirtualinstrument test system[J].Micro-computer Information，2006（10）：12-18.

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[5]王春森．程序設計[M]．北京：清華大學出版社，1999．

[6]李江全.計算機測控系統設計與編程實現[M].北京：電子工業出版社，2008.