信息處理機(jī)綜合測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

萬欣宇　李曉東

（中航工業(yè)西安計(jì)算技術(shù)研究所，陜西　西安　710068）

信息處理機(jī)綜合測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

萬欣宇李曉東

（中航工業(yè)西安計(jì)算技術(shù)研究所，陜西西安710068）

在機(jī)載計(jì)算機(jī)設(shè)備的研發(fā)周期中，測(cè)試是其中不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)。為了提高測(cè)試的自動(dòng)化程度，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于PXI的信息處理機(jī)綜合測(cè)試設(shè)備。該設(shè)備使用虛擬儀器技術(shù)搭建了仿真平臺(tái)，使用Python腳本進(jìn)行測(cè)試程序的編寫。實(shí)踐表明，使用PXI虛擬儀器架構(gòu)和LabWindows/CVI仿真軟件開發(fā)環(huán)境進(jìn)行仿真平臺(tái)的搭建，結(jié)合Python測(cè)試腳本，有效地提升了測(cè)試的自動(dòng)化程度和效率，并提高了設(shè)備的可配置化程度。

信息處理機(jī)自動(dòng)測(cè)試PXI Python

1　引言

民用航空電子系統(tǒng)研發(fā)成本和研發(fā)周期的降低，除了依賴機(jī)載產(chǎn)品技術(shù)本身的提高和開發(fā)過程的約束，對(duì)測(cè)試驗(yàn)證設(shè)備也提出了很高的要求。在法國(guó)的圖盧茲，存在著數(shù)家機(jī)載產(chǎn)品和系統(tǒng)的測(cè)試設(shè)備供應(yīng)商，他們?yōu)榭湛湍酥寥虻臋C(jī)載產(chǎn)品提供服務(wù)。在民航領(lǐng)域，測(cè)試設(shè)備水平很大程度上反映著民航型號(hào)的水平，測(cè)試驗(yàn)證的水平和機(jī)載產(chǎn)品的技術(shù)是相輔相成、相互促進(jìn)的關(guān)系。

信息系統(tǒng)作為民機(jī)上出現(xiàn)較晚的一個(gè)系統(tǒng)，其自身及其子系統(tǒng)的測(cè)試設(shè)備的發(fā)展也起步較晚。本文針對(duì)信息系統(tǒng)的子設(shè)備信息處理機(jī)，設(shè)計(jì)了一種基于PXI模塊化儀器的綜合測(cè)試設(shè)備，其中包含了信息處理機(jī)的激勵(lì)軟件和自動(dòng)測(cè)試腳本。綜合測(cè)試設(shè)備不僅能夠隨時(shí)對(duì)信息處理機(jī)的單個(gè)測(cè)試項(xiàng)進(jìn)行測(cè)試，而且能夠通過自動(dòng)測(cè)試腳本進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，較大地提高了信息處理機(jī)的測(cè)試效率。

2　信息處理機(jī)綜合測(cè)試設(shè)備架構(gòu)設(shè)計(jì)

信息處理機(jī)綜合測(cè)試設(shè)備采用了標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架式設(shè)備，由PXI接口箱（含多種接口卡）、KVM、以太網(wǎng)交換機(jī)、接口轉(zhuǎn)接箱和測(cè)試電纜組成。如圖1所示。

圖1　信息處理機(jī)測(cè)試設(shè)備構(gòu)成圖

綜合測(cè)試設(shè)備的架構(gòu)保證了能在信息處理機(jī)的集成過程中持續(xù)地對(duì)其進(jìn)行模塊級(jí)和整機(jī)級(jí)的測(cè)試，主要基于以下2點(diǎn)：

（1）靈活的硬件接口：進(jìn)行模塊級(jí)調(diào)試時(shí)，直接使用相應(yīng)接口卡上的通用連接器；進(jìn)行整機(jī)級(jí)測(cè)試時(shí)，通過接口轉(zhuǎn)接箱連接整機(jī)的專用連接器；

（2）綜合測(cè)試設(shè)備可以在當(dāng)前硬件配置的條件下，通過開發(fā)不同的軟件和腳本來滿足不同的測(cè)試需求，減少冗余工作增加的成本，提高調(diào)試/測(cè)試效率。

3　硬件設(shè)計(jì)

基于PXI的綜合測(cè)試設(shè)備采用了NI的PXI機(jī)箱和控制器，通信板卡選用國(guó)內(nèi)外公司的貨架產(chǎn)品，增加了平臺(tái)的通用性和穩(wěn)定性，減少了非貨架產(chǎn)品的調(diào)試和排故成本。用戶可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)各個(gè)板卡進(jìn)行配置，保證系統(tǒng)的靈活性。此外，系統(tǒng)還預(yù)留了PXI插槽［1］，提供了一定的可擴(kuò)展空間［2］。

3.1PXI控制計(jì)算機(jī)

PXI控制計(jì)算機(jī)是綜合測(cè)試設(shè)備的核心，由PXI機(jī)箱、總控制器板卡和PXI板卡3部分構(gòu)成。綜合考慮通用性和擴(kuò)展性的要求，機(jī)箱選用了18槽3U PXI標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱PXIe-1075，槽位留有余量；控制器選用了PXIe-8135零槽嵌入式控制器，配合KVM；編程語言選擇了NI的LabWindows/CVI進(jìn)行功能仿真程序的開發(fā)。系統(tǒng)各功能板卡配置如下：

（1）PXIe-6220模擬量卡：該板卡提供16路模擬量輸入/輸出，通過輸出模擬量信息作為信息處理機(jī)的狀態(tài)輸入，用于模擬飛機(jī)的飛行狀態(tài)；

（2）方元明PCI-88 ARINC 429仿真卡：該板卡提供了8路收/發(fā)的ARINC 429數(shù)據(jù)通路，用于模擬航電系統(tǒng)與信息處理機(jī)之間的ARINC 429數(shù)據(jù)通信；

（3）PC-ES AFDX端系統(tǒng)子卡：板卡提供了2路冗余的AFDX數(shù)據(jù)通路，用于模擬航電系統(tǒng)與信息處理機(jī)之間的AFDX數(shù)據(jù)通信。

3.2線纜轉(zhuǎn)接箱

線纜轉(zhuǎn)接箱不僅具備了接口轉(zhuǎn)接的功能，還集成了信號(hào)調(diào)理的功能，主要功能如下：

（1）將PXI板卡的通用接口轉(zhuǎn)換成信息處理機(jī)電纜使用的專用接口；

（2）對(duì)PXIe-6220模擬量卡的輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，調(diào)理到信息處理機(jī)要求的范圍內(nèi)；

（3）通過（按鈕）開關(guān)實(shí)時(shí)控制每個(gè)模擬量的通斷；

（4）通過（按鈕）開關(guān)實(shí)時(shí)控制信息處理機(jī)的上下電。線纜轉(zhuǎn)接箱是信息處理機(jī)整機(jī)級(jí)測(cè)試時(shí)不可或缺的一部分。

3.3其它設(shè)計(jì)

綜合測(cè)試設(shè)備各個(gè)部件均采用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架式設(shè)備。數(shù)字化顯示的電壓表和電流表保證了操作人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控到設(shè)備的加電狀態(tài)；一體化的KVM減小了設(shè)備的規(guī)模和重量，增加了便攜性。

4　軟件設(shè)計(jì)

4.1軟件功能介紹

軟件分為外圍仿真軟件和測(cè)試腳本2部分。

（1）外圍仿真軟件：外圍仿真軟件模擬了與信息處理機(jī)交聯(lián)的外部接口和功能邏輯，為信息處理機(jī)提供了ARINC 429 和AFDX的航電總線數(shù)據(jù)激勵(lì)，與信息處理機(jī)合起來構(gòu)成了一套完整的功能邏輯，為信息處理機(jī)的測(cè)試提供了保障；

（2）測(cè)試腳本：測(cè)試腳本根據(jù)信息處理機(jī)的需求進(jìn)行編寫，一套完整的測(cè)試程序由一個(gè)總控腳本將完成各個(gè)單獨(dú)功能的測(cè)試腳本連接起來，進(jìn)行自動(dòng)（或半自動(dòng)）測(cè)試。

4.2軟件架構(gòu)

綜合測(cè)試設(shè)備的軟件架構(gòu)如圖2所示。

圖2　軟件架構(gòu)圖

所有軟件的開發(fā)均在Windows XP上進(jìn)行。外圍仿真軟件開發(fā)環(huán)境為NI LabWindows/CVI［3］，數(shù)據(jù)庫部分使用SQLite 3，數(shù)據(jù)采集板卡驅(qū)動(dòng)軟件為NI DAQmx8.5；測(cè)試腳本使用Python 2.7進(jìn)行開發(fā)和運(yùn)行。

4.3外圍仿真軟件功能模塊

外圍仿真軟件的功能模塊主要分為主控模塊、仿真模型管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和自檢模塊。

（1）主控模塊：主控模塊提供了軟件的總控操作界面，用于對(duì)軟件其它功能模塊進(jìn)行操作和調(diào)用；

（2）仿真模型管理模塊：仿真模型數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容是信息處理機(jī)外圍交聯(lián)設(shè)備的功能邏輯仿真。仿真模型管理模塊通過調(diào)用這些仿真模型，實(shí)現(xiàn)與信息處理機(jī)的通信和交互；

（3）數(shù)據(jù)管理模塊：航電數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)著與信息處理機(jī)外部接口相關(guān)的所有ICD數(shù)據(jù)，為綜合測(cè)試設(shè)備的仿真模型提供數(shù)據(jù)支持；

（4）自檢模塊：自檢模塊提供綜合測(cè)試設(shè)備上電后的自檢功能，為測(cè)試工作的順利進(jìn)行提供了支持。

4.4軟件實(shí)現(xiàn)

（1）外圍仿真軟件：外圍仿真軟件的操作界面按照功能對(duì)顯示區(qū)域和操作區(qū)域進(jìn)行了劃分，分為總線選擇、通道選擇、ICD操作、如圖3所示。試驗(yàn)人員通過操作外圍仿真軟件為測(cè)試提供所需要的外部激勵(lì)，主要包含ARINC 429、以太網(wǎng)、AFDX和模擬量的測(cè)試數(shù)據(jù)［4］。

圖3　外圍仿真軟件功能示意圖

（2）測(cè)試腳本：在外部激勵(lì)數(shù)據(jù)具備的條件下，測(cè)試依靠一系列的測(cè)試腳本來完成。腳本主要完成了測(cè)試請(qǐng)求的發(fā)送、測(cè)試響應(yīng)的接收、結(jié)果比較和判斷的功能，最終實(shí)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果的顯示和統(tǒng)計(jì)。

5　結(jié)果比較

信息綜合處理機(jī)綜合測(cè)試設(shè)備的使用，較以往的純手工測(cè)試流程相比，提高了測(cè)試的自動(dòng)化程度，減少了測(cè)試過程中的人力成本，減輕了測(cè)試操作和結(jié)果記錄的負(fù)擔(dān)，顯著縮短了一次測(cè)試所花費(fèi)的時(shí)間。表1從五個(gè)方面比較了兩種測(cè)試流程。

表1　測(cè)試數(shù)據(jù)比較

6　結(jié)束語

較以往的手動(dòng)測(cè)試相比，使用綜合測(cè)試設(shè)備對(duì)信息處理機(jī)進(jìn)行半自動(dòng)化測(cè)試后顯著縮短了測(cè)試時(shí)間，提高了測(cè)試效率。由于測(cè)試腳本能夠自動(dòng)地順序執(zhí)行，完整地執(zhí)行一遍測(cè)試程序從之前的“4小時(shí)·3人”縮短至“40分鐘·2人”，大量節(jié)省了人工操作測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試數(shù)據(jù)記錄的時(shí)間花費(fèi)。平臺(tái)還為日后的擴(kuò)展進(jìn)行了預(yù)留，能夠適應(yīng)后續(xù)功能需求的變化和增加。

下階段的目標(biāo)是將半自動(dòng)的測(cè)試腳本完善為全自動(dòng)，并支持自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告，以適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間周期性的環(huán)境試驗(yàn)測(cè)試要求。

［1］張福生，陳莉新，景旭貞.基于PXI模塊化儀器的載人航天器自動(dòng)測(cè)試等效器系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2014.22 （6）：1667-1669.

［2］劉菊紅，袁紅艷.飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)仿真平臺(tái)建設(shè)［J］.測(cè)控技術(shù)，2013.32（3）：135-137.

［3］王建新，楊世鳳，隋美麗.LabWindows/CVI虛擬儀器測(cè)試技術(shù)及工程應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［4］王凱，劉濤，周德新.航電設(shè)備運(yùn)行環(huán)境動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法研究［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2011.22（4）：1303-1306.

Design and Implementation of Integrated Testing Equipment of Information Processing Computer

WAN Xin-yu，LI Xiao-dong
（Aeronautics Computing Technique Research Institute，Xi’an Shanxi 710068，China）

Testing is one of the indispensable links in the onboard computer equipment development cycle.We design and implement a comprehensive test equipment based on PXI in order to increase the degree of automatic testing.The device uses the virtual instrument technology to build a simulation platform，and uses Python to write test procedures.The practice shows that the establishment of simulation platform by PXI virtual instrument architecture，Lab Windows/CVI simulation software and Python test scripts can effectively improve the automation and efficiency of test and make the equipment configurable.

Information Processing Computer；Automatic Test；PXI；Python

TP391

A

1008-1739（2015）11-68-3

定稿日期：2015-05-12