自動駕駛儀計算機測試設(shè)備設(shè)計

張大高，李 儼，王新民

(西北工業(yè)大學(xué)，西安710129)

1 引言

隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，以計算機和信息處理為中心的自動測試系統(tǒng)在科學(xué)研究和實際工程領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。尤其是在軍事應(yīng)用領(lǐng)域，電子測試技術(shù)和測試系統(tǒng)的要求變得越來越高，測試項目和測試范圍要求不斷擴展，測試速度和精確度要求也與日俱增。因此，自動測試系統(tǒng)在軍事裝備測試領(lǐng)域中占有非常重要的地位。

2 測試設(shè)備工作機制

自動駕駛儀計算機測試設(shè)備用于在實驗室環(huán)境下，對自駕儀計算機進行開環(huán)測試和閉環(huán)測試。該系統(tǒng)主要由三部分組成:①自動駕駛儀計算機測試設(shè)備硬件部分;②自動駕駛儀計算機測試設(shè)備上位機主控軟件;③自動駕駛儀計算機測試設(shè)備下位機駐留軟件。這三部分有機組合在一起構(gòu)成整套測試設(shè)備。整個系統(tǒng)的工作機制框圖如圖1所示。

圖1 自動駕駛儀計算機測試設(shè)備工作機制圖

該系統(tǒng)中測試設(shè)備硬件部分與被測件(自動駕駛儀計算機)之間用標準連接器連接，測試設(shè)備硬件部分與被測件(自動駕駛儀計算機)內(nèi)都存在各自的操作系統(tǒng)，上位機主控軟件運行在測試設(shè)備中，下位機駐留軟件運行在被測件中，上位機主控軟件通過以太網(wǎng)絡(luò)給下位機駐留軟件發(fā)送網(wǎng)絡(luò)命令，間接操作被測件內(nèi)板卡資源的輸出，同時又直接操作測試設(shè)備內(nèi)部板卡資源進行數(shù)據(jù)采集，達到信號測試的目的。

2.1 測試設(shè)備硬件

該系統(tǒng)中測試設(shè)備硬件部分是整個設(shè)備正常工作的基礎(chǔ)，它主要由工控機、信號處理板卡和信號適配器三大核心部件組成。其中工控機為上位機主控軟件提供運行平臺、為信號處理板卡提供PCI插槽。信號處理板卡主要由CP-118U(232)、CP-118U(422)、CP-118U(485)3塊串口板卡，PCI7260數(shù)字量板卡，PCI9111 AD采集板卡，PCI6208V模擬電壓輸出板卡、PCI6208A電流輸出板卡組成，它們?yōu)闇y試過程提供激勵源以及采集被測件的信號，信號適配器主要由一些邏輯電路組成，完成對工控機內(nèi)各種信號處理板卡信號資源進行適配調(diào)整，使工控機內(nèi)板卡資源與被測件內(nèi)的被測信號資源建立映射關(guān)系。

2.2 上位機主控軟件

上位機主控軟件運行在測試設(shè)備工控機內(nèi)，上位機主控軟件的開發(fā)以C++語言為主，配合Microsoft SQL Server實現(xiàn)測量過程管理，在Windows XP系統(tǒng)下開發(fā)一套基于模塊化的測試系統(tǒng)主控軟件，上位機主控軟件的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。軟件主要包含:硬件自檢、校準、測試參數(shù)閾值設(shè)置、控制測試流程、信號采集、信號輸出、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)同步存儲、數(shù)據(jù)傳輸、故障診斷等一系列功能，可實現(xiàn)對串口通信、電壓、電流等信號的采集、處理與診斷，為相關(guān)人員提供測試結(jié)論和測試建議。

圖2 測試系統(tǒng)主控軟件結(jié)構(gòu)圖

2.3 下位機駐留軟件

下位機駐留軟件運行在被測件(自動駕駛儀計算機)內(nèi)，它的開發(fā)以C++語言為主，是在QNX系統(tǒng)(一款實時分布式操作系統(tǒng))下開發(fā)的一套基于模塊化的駐留軟件，下位機駐留軟件的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，軟件主要包含被測件CPU、電子盤測試模塊，接收網(wǎng)絡(luò)命令模塊、執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)命令模塊、信號輸出模塊、信號采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、返回操作結(jié)果模塊。可實現(xiàn)對被測件內(nèi)部資源的控制與采集并將處理結(jié)果反饋到主控軟件中。

圖3 測試系統(tǒng)下位機駐留軟件結(jié)構(gòu)圖

3 測試設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計

3.1 網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計的難點是需要通信的軟件分別在兩個不同的開發(fā)環(huán)境下(Windows XP和QNX)開發(fā)。上位機軟件和下位機軟件之間使用基本的TCP進行通信。程序使用最基本的socket嵌套字的形式實現(xiàn)。下位機軟件上創(chuàng)建TCP server程序，而在上位機軟件中創(chuàng)建TCP client程序。當服務(wù)器端TCP server和客戶端TCP client連接完畢后就可進行數(shù)據(jù)通信了。

根據(jù)被測信號的種類，結(jié)合上位機軟件的處理方式，同時考慮測試具體功能，將通信數(shù)據(jù)段定義為10種模式。數(shù)據(jù)包分為命令包和跟隨/返回包。命令包的基本格式如下:

命令包一共有8個字節(jié)，其中前三個字節(jié)作為命令包的同步識別碼，用于作為合法命令包的標識。第四個字節(jié)是命令碼，用于判斷此命令包的模式。后四個字節(jié)作為參數(shù)。跟隨/返回包基本格式如下:

跟隨/返回包的長度不定，前三個字節(jié)作為跟隨/返回包的同步標識碼，用于作為合法跟隨/返回包的標識。第四個字節(jié)是響應(yīng)碼，表示此跟隨/返回包的模式，后兩個字節(jié)為參數(shù)，緊接著是Data內(nèi)容。

3.2 自檢設(shè)計

自檢設(shè)計的難點是自檢的完整性，工作量很大。自動駕駛儀計算機測試設(shè)備本身的正確性是整個測試過程順利完成的前提，測試設(shè)備在硬件設(shè)計的時候加入了內(nèi)回繞回路的設(shè)計思想，自檢回路開關(guān)由內(nèi)回路繼電器控制，自檢程序首先打開自檢回路開關(guān)，組成暢通的自檢回路，此時測試設(shè)備內(nèi)部的板卡資源就互相連接在一起，其中DA通道對應(yīng)連接到AD通道上，DO對應(yīng)連接到DI上，同類相鄰串口間讀寫對接，自檢控制程序會控制DA板卡通道輸出一定的電壓激勵然后控制AD板卡采集相應(yīng)的電壓值，判斷AD和DA板卡的正確性。利用DO輸出，對應(yīng)的用DI采集，同類相鄰串口間一串口寫數(shù)據(jù)，另一串口讀數(shù)據(jù)，以此判斷測試設(shè)備內(nèi)部板卡資源是否正確。為了進一步驗證設(shè)備的正確性，我們在設(shè)計時又加入外回路校驗，我們設(shè)計了一個外回路自檢插頭，將其接到每個連接器上，組成自檢外回路，進而加強自檢的準確性。

除此之外，測試設(shè)備考慮對設(shè)備內(nèi)部各種供電電源進行檢測，利用檢驗過的AD板卡多路AD通道采集相應(yīng)供電電源電壓值，以此判段各類電源的正確性。

3.3 自動測試設(shè)計

自動測試的設(shè)計難點在于如何對信號的測試流程進行控制。為更好的對自動測試流程進行控制與實現(xiàn)，首先對所有被測信號進行分析，然后對它們進行統(tǒng)一的32位編碼，由于被測信號與連接器的管腳有一定的對應(yīng)關(guān)系，對連接器的每個管腳信息用一個32位無符號整形數(shù)表示，每個無符號整形數(shù)，包含被測信號的類型、處理方式、所在的連接器位置與管腳位置。所有信號一共分為10種處理機制。而每種處理機制可簡化為2-3個變動參數(shù)，因此一個32位無符號整形數(shù)可以完整的標識測試信息。下面介紹一下32位無符號整形數(shù)的字節(jié)功能。

其中32位無符號整形數(shù)的最高8位即Bit31-Bit24用于表示信號的處理方式，范圍(0-0xFF)，第Bit23-Bit16位代表某種處理方式下的參數(shù)1，第Bit15-Bit8位代表某種處理方式下的參數(shù)2，第Bit7-Bit0位代表某種處理方式下的擴展參數(shù)。

3.4 數(shù)字量監(jiān)控設(shè)計

實時數(shù)字監(jiān)控的設(shè)計難點在于如何保證實時數(shù)字監(jiān)控不影響到軟件其他功能的實現(xiàn)，特別是對軟件間通信造成的影響，需要把握監(jiān)控的強度。經(jīng)過反復(fù)測試，監(jiān)測時間間隔在200ms/次最為合適。

對數(shù)字量的監(jiān)控主要完成對被測件內(nèi)所有PO/PIN進行監(jiān)測，其中對PIN監(jiān)測采用網(wǎng)絡(luò)通信查詢的方式，即在定時函數(shù)中，PC機發(fā)送查詢所有PIN口的命令，然后接收數(shù)據(jù)返回包，根據(jù)返回包內(nèi)容顯示PIN的狀態(tài)。對PO的檢測采用實時記錄的方式，即在程序運行時對所有PO口進行初始化，然后對PO的所有操作都記錄到內(nèi)存中，然后從內(nèi)存中定時讀取數(shù)據(jù)顯示到界面上。

4 結(jié)束語

該系統(tǒng)設(shè)計體現(xiàn)了如下創(chuàng)新點:

·測試設(shè)備具有可擴展性，板卡、航空插頭留有足夠的余量，當被測試的自動駕駛儀型號改變時，即檢測的信號數(shù)量發(fā)生變化時，只要對測試設(shè)備的軟件做些修改，再重配一個信號轉(zhuǎn)接盒便可;

·信號測量單元所采用的板卡均為自帶微處理器的智能型板卡，板卡具有BIT功能、自校準功能和工作狀態(tài)靈活設(shè)定并自動存儲等功能;

·每個板卡在面板上均設(shè)計有電源指示燈和工作狀態(tài)指示燈，故障指示簡單明了;

·測試設(shè)備與被測件間使用自定義的通信協(xié)議，比使用通用通信協(xié)議更簡潔明了，通信數(shù)據(jù)量大幅降低;

·設(shè)備的自檢更加準確。測試設(shè)備硬件在設(shè)計時強化自檢的重要性，同時設(shè)計了內(nèi)回繞和外回繞的設(shè)計思想;

·測試效率更高。為方便用戶批量測試，測試設(shè)備提供自動測試功能，用戶可以在2分鐘內(nèi)實現(xiàn)對上百個測試信號的測試;

·測試過程更加透明。為用戶提供測試監(jiān)控功能，用戶可隨時觀測測試過程中被測件的信號變化。

該設(shè)備已成功應(yīng)用于某型自動駕駛儀的測試中，得到用戶的好評，收到了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

［1］ 李行善，左毅，孫杰.自動測試系統(tǒng)集成技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004.

［2］ 張朝暉.檢測技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京:中國計量出版社，2005.

［3］ 柳愛利，周紹磊.自動測試技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2007.

［4］ 崔俊芝.軟件設(shè)計基礎(chǔ)［M］.北京:高等教育出版社，2000.