機載計算機接口電路的可測試性設計

王沖　汪寶祥

摘 要：測試性是系統和設備的一種便于測試和診斷的重要設計特性，對現代武器裝備及各種復雜系統特別是電子系統和設備的維修性、可靠性和可用性有很大影響。文章根據測試性設計的基本思想，結合常用接口電路，對電子產品的測試性設計進行了有益的嘗試，為后續產品的設計提供參考。

關鍵詞：測試性；BIT；故障

引言

隨著計算機技術的發展和大規模集成電路的廣泛應用，在改善和提高系統性能的同時，也大大增加了系統的復雜性，這勢必帶來測試時間長、故障診斷困難和使用保障費用高等問題，如何提高系統的測試性，及時而準確地確定其工作狀態，并隔離其內部故障，成為產品研制過程中越來越重要的問題。隨著機載產品對尺寸和重量要求的日益嚴格，怎樣在盡可能少地增加硬件和軟件的基礎上，以最少的代價來獲取所需的測試能力，是系統設計需要綜合考慮的問題。

文章根據測試性設計的基本思想，結合常用接口電路，對電子產品的測試性設計進行了有益的嘗試，為后續產品的設計提供參考。

1 測試性設計的概念

測試是指對給定的產品、材料、設備、系統或過程等，按照規定的程序確定一種或多種特性的技術操作。測試性是指產品能及時準確的確定其工作狀態（可工作、不可工作或性能下降）并隔離其內部故障的一種設計特性。一個系統、設備或產品可靠性再高，也不可能保證永遠正常工作，使用者和維修者要掌握其“健康”狀況，要確知有無故障或何處發生了故障，希望系統和設備本身能為此提供方便，便于監控其“健康”狀況、易于進行故障診斷和測試的特性，就是系統和設備的測試性。

提高系統和設備的測試性水平，使其具有良好測試性的主要途徑和方法，是進行固有測試性設計、兼容性設計和機內測試（BIT）設計。

固有測試性是指僅取決于系統和設備的硬件設計，不受測試激勵和響應數據影響的測試。

兼容性設計是指測試對象與外部測試設備之間在信號傳輸、電氣和機械上接口配合的一種設計，其目的是為ATE測試提供方便，減少或消除大量專用接口裝置的設計。

機內測試是指利用設計在產品內的機內測試設備或子測試硬件、軟件，對產品全部或一部分進行測試的方法。

2 測試性設計的主要標志

系統和設備具有好的測試性的主要標志如下：

2.1 自診斷（自檢）能力強

（1）本身具有自檢測用的硬件和軟件；（2）能夠檢測本身的工作狀況；（3）檢測和隔離故障的比例高。

2.2 檢查維修方便

（1）人機接口好，便于使用和維修人員檢查和維修；（2）可自動記錄、存儲故障信息，便于查詢；（3）可按需要檢查系統各部分的健康狀況。

2.3 便于使用外部測試設備進行診斷測試

（1）設有足夠多的測試點，用于信號測量、激勵輸入和測試控制；（2）與外部測試設備接口簡單方便，兼容性好，需要的接口裝置少；（3）測試程序簡單、易行、有效；（4）盡可能選用通用測試設備，需要的專用測試設備少。

3 測試性設計

文章結合某接口模塊，給出了常用接口電路的測試性設計方法。

接口模塊集成數據處理、數據存儲、RS422通訊、RS232通訊、離散量控制、模擬量控制等功能，原理框圖如圖1所示。下文分別對各種接口的測試性設計進行詳細描述。

3.1 RS422接口電路測試性設計

RS422串行通訊接口單元主要由UART協議芯片和驅動芯片組成。協議芯片的地址譯碼、讀寫信號及復位信號均通過邏輯芯片CPLD產生。RS422單元的參數性能如下：（1）全雙工RS422接口；

（2）RS422傳輸速率可調，最高可達921.6 kbps。

為了滿足系統的測試性要求，文章給出了兩種測試方式：（1）通過繼電器切換功能，將輸入通道與輸出通道環接；（2）增加數據采集通路，將輸出通道進行回環。

下面對兩種實現方式進行詳細論述。

方法一：如圖2所示，增加繼電器對RS422通道增加切換功能，正常工作情況下，驅動芯片AM26LV32采集外部輸入的RS422數據，同時通過驅動芯片AM26LV31輸出RS422數據，實現全雙工對外通訊。在維護自檢測及上電自檢測的時候通過邏輯控制繼電器線圈進而控制后級開關將輸入和輸出進行外部環接，將輸出的數據回環到輸入通道，通過數據比對實現自檢測。在模塊正常工作期間，可將UART工作模式配置為自檢測模式實現周期自檢。

方法一的優點是維護自檢和上電自檢情況下檢測覆蓋率較高，節省印制板版面。缺點是周期自檢時只能檢查UART芯片自身故障，整個鏈路的故障無法檢測。

方法二：如圖3所示，對所有的RS422輸出信號在插座處環接回來，保證上層軟件能夠對輸出數據進行監控。該方法在周期自檢、上電自檢和維護自檢的情況下都能夠對整個輸出鏈路進行檢測，但是對輸入通道檢測能力不足，且需要增加專門的UART芯片和驅動芯片，占用一定的印制板面積。

RS422測試電路的設計需綜合測試覆蓋率、版面、功耗、成本等需求進行考慮。

3.2 離散量接口電路測試性設計

離散量（又稱開關量）用于獲取系統的相關狀態或指令信息，通過輸出離散量信號實現對狀態的指示。在航空機載系統中，離散量有多種電平形式：28V、12V等，接口模塊需要建立一個穩定可靠的輸入采集和輸出控制的通道，已兼容不同的離散量電平。

離散量采集一般有低通濾波電路、限壓電路、光電隔離等電路將外部輸入的電平轉換為接口模塊可以兼容的TTL電平，然后經鎖存后等待處理器采集。低通濾波用于濾除信號線上毫秒級的抖動，限壓電路用于防止輸入電平抖動引起誤導通，光耦用于前后級的光電隔離。

離散量輸出電路在處理器及邏輯電路產生穩定的TTL電平后，經過固態繼電器光電隔離后輸出，固態繼電器具備幾百毫安的電流，保證驅動能力。

離散量的測試性設計如圖4所示。輸入端過光耦后擴展為3路TTL電平信號送邏輯芯片進行采集，處理器對采到的3路電平狀態進行比較，保證采集的穩定可靠。輸出端在驅動外部設備的同時，通過光耦回環進行采集，一方面可以監控輸出的離散量狀態，另一方面可以檢測輸入端的采集通路，也起到了對輸入通路的檢測作用。實踐證明，該方法穩定高效，硬件代價較小，提高了系統的故障檢測率，具有一定的參考借鑒意義。

4 結束語

隨著機載設備日益復雜，怎樣快速高效地檢測和定位故障變得越來越重要。測試性設計是衡量裝備設計的重要指標，文章依據某接口模塊給出了常用接口電路的測試性設計思路和方法，試驗驗證該方法切實可行，對相關電路的設計具有一定的指導意義。

參考文獻

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[3]劉少雄，喻衛東.嵌入式計算機的BIT設計與實現[J].計算機工程，2008，24（B09）：115-116.

作者簡介：王沖（1982-），女，漢族，河北省辛集市人，碩士，工程師，主要研究方向為分布式仿真、嵌入式系統。

汪寶祥（1982-），男，漢族，安徽省岳西縣人，碩士，工程師，主要研究方向為光電控制。