車載網(wǎng)絡(luò)通信控制器檢測儀設(shè)計與實現(xiàn)

鄒明虎，王振楠2，冷育明3，柳東方

(1.中國人民解放軍65183部隊，遼寧 遼陽 111299； 2.陸軍裝甲兵學(xué)院士官學(xué)校，長春 130117；3.中國人民解放軍31696部隊，遼寧 錦州 121000)

0 引言

指控裝備作為信息化指揮作戰(zhàn)平臺，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和作戰(zhàn)維度的增加，已融合了當(dāng)今太多高新技術(shù)，涉及了許多學(xué)科領(lǐng)域，其系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備繁多、結(jié)構(gòu)緊湊，檢測維修難度也持續(xù)加大[1-4]。網(wǎng)絡(luò)通信控制器作為指控裝備的核心節(jié)點設(shè)備，起著信息匯集、交換和傳輸作用，快速檢測其技術(shù)性能、判定其故障所在，不僅對快速修復(fù)網(wǎng)絡(luò)通信控制器起著關(guān)鍵作用，而且對判定故障是否發(fā)生在其它設(shè)備，快速修復(fù)整個系統(tǒng)也起著重要作用。

某型網(wǎng)絡(luò)通信控制器受載車空間的限制其結(jié)構(gòu)設(shè)計得特別緊湊，僅通過一個矩形連接器接口與其他不同協(xié)議接口設(shè)備進行通信，對其技術(shù)狀態(tài)的判定，只能通過檢查與其它設(shè)備的通信正常與否來進行，一旦指控系統(tǒng)出現(xiàn)故障很難判定網(wǎng)控器技術(shù)狀態(tài)正常與否。本文研制的檢測儀，可以使網(wǎng)絡(luò)通信控制器在離線狀態(tài)下進行檢測，有效解決了其性能檢測問題，取得了較好的實際效果。

1 檢測儀硬件設(shè)計

1.1 檢測儀功能設(shè)計

檢測儀能完成網(wǎng)絡(luò)通信控制器共7種20個端口的整機性能檢測。網(wǎng)絡(luò)通信控制器通過一個115芯的矩形連接器與周圍設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信，矩形連接器共包含有1個控制口、1個ETH口、7個HUB口、2個LTU口、2個CDP口、5個RS-232口和2個RS-422口共7種20個端口的數(shù)據(jù)線。檢測儀能對這7種20個端口的技術(shù)性能進行檢測，從而實現(xiàn)整機性能檢測。

1.2 檢測儀硬件結(jié)構(gòu)

檢測儀硬件主要由檢測終端和檢測適配器兩部分組成，如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)通信控制器測試原理圖

為提高便攜性和續(xù)航能力，檢測終端選用筆記本電腦。檢測適配器由矩形連接器接口、數(shù)據(jù)接口分線器、1個控制口、1個ETH口、7個HUB口、2個LTU口、2個CDP口、5個RS-232口、2個RS-422口和電源電路組成，如圖2所示。數(shù)據(jù)接口分線器的作用是按照不同通信協(xié)議將115條數(shù)據(jù)線分離成7種20個通信端口。電源電路采用交流220 V和直流+24 V兩種供電方式，同時，檢測儀具有作為電源使用功能，可為其它被測設(shè)備提供+24 V直流電源。

圖2 網(wǎng)絡(luò)通信控制器適配器原理圖

1.3 硬件工作原理

網(wǎng)絡(luò)通信控制器參數(shù)信息可以通過控制口進行設(shè)置與查詢，由于該控制口采用串行通信方式，檢測軟件使用了Visual C++提供的ActiveX控件Microsoft Communications Control(即MSComm)來支持應(yīng)用程序?qū)Υ诘脑L問，從而實現(xiàn)檢測終端與網(wǎng)絡(luò)通信控制器控制口收發(fā)數(shù)據(jù)。下面以控制口、ETH口、HUB口和RS-232口為例，其檢測原理分述如下：

1)控制口檢測。檢測終端內(nèi)安裝有FTDI CDM驅(qū)動器軟件，使用Z-TEK型號專用數(shù)據(jù)線纜解決USB口轉(zhuǎn)串口問題，這樣，檢測終端既可以通過USB口經(jīng)USB轉(zhuǎn)串口線纜與適配器控制口進行通信，也可以通過檢測終端串口直接與適配器控制口進行通信。啟動檢測軟件后，在測試項目選擇界面選擇控制選擇項目，利用彈出的對話框，選擇檢測終端與適配器控制口進行通信的端口，按圖1連接方式，選擇USB口，然后，在測試項目選擇界面選擇性能檢測項目，彈出性能檢測頁面，如圖3所示，此頁面提供網(wǎng)控器7種20個端口連通性能檢測操作。點擊“聯(lián)機”按鈕調(diào)用聯(lián)機程序，通過MSComm控件設(shè)置通信端口號、端口狀態(tài)、輸入模式、輸入輸出緩沖區(qū)大小、硬件握手狀態(tài)、傳輸緩沖區(qū)中允許的最小字符數(shù)、從接收緩沖區(qū)讀取的字符數(shù)，以及匹配的波特率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位、停止位等參數(shù)，使檢測終端檢測軟件與網(wǎng)控器內(nèi)軟件互通。點擊“進入特權(quán)模式”按鈕，向網(wǎng)控器發(fā)送網(wǎng)控器規(guī)定的相應(yīng)系統(tǒng)命令，使網(wǎng)控器進入特權(quán)模式，并具備運行其內(nèi)部程序的必備條件。單擊“控制口檢測”按鈕，調(diào)用控制口檢測程序，通過USB口、適配器控制口、數(shù)據(jù)接口分線器和矩形連接器向網(wǎng)控器控制口發(fā)送檢測命令，網(wǎng)控器根據(jù)接收到的命令經(jīng)原路徑反饋回相應(yīng)信息，觸發(fā)檢測軟件MSComm控件事件捕獲處理函數(shù)，通過數(shù)據(jù)讀取和比對，判斷網(wǎng)控器控制口的通信性能，并給出檢測結(jié)果，實現(xiàn)對控制口的檢測。

圖3 網(wǎng)絡(luò)通信控制器檢測頁面

2)ETH口檢測。在控制口正常狀態(tài)下，在檢測頁面點擊“配置ETH口”按鈕，檢測軟件便執(zhí)行ETH口參數(shù)配置程序，檢測終端通過USB口、USB轉(zhuǎn)串口線纜、適配器控制口、數(shù)據(jù)接口分線器、矩形連接器和網(wǎng)控器控制口，對網(wǎng)控器ETH口進行參數(shù)配置，配置前，先將ETH口原參數(shù)進行保存，并清除原參數(shù)占用空間以留給新配置參數(shù)，保存原參數(shù)是為檢測完恢復(fù)原參數(shù)時使用。重新配置ETH口IP地址，確保適配器ETH口IP地址和檢測終端以太口IP地址在同一網(wǎng)段內(nèi)。ETH口參數(shù)配置完成后，檢測軟件便執(zhí)行ETH口檢測程序，通過檢測終端以太口、適配器以太口、數(shù)據(jù)接口分線器、矩形連接器，向被測網(wǎng)控器以太口進行Ping包測試[5-8]，根據(jù)返回的Ping包數(shù)量判定網(wǎng)控器以太口通信性能，并給出檢測結(jié)果，同時清除新參數(shù)，再恢復(fù)為原參數(shù)的配置，完成對以太口的檢測。

3)HUB口檢測。HUB口檢測原理與以太口相同。網(wǎng)控器內(nèi)有內(nèi)置集線器，7個HUB口是共用一個IP地址。用與以太口同樣的方法，檢測軟件執(zhí)行HUB口參數(shù)配置程序，通過控制口設(shè)置7個HUB口的IP地址，使其與檢測終端以太口IP地址在同一網(wǎng)段內(nèi)。測試時，在測試頁面選擇要測試的HUB口，并將測試電纜連接于該HUB口，通過執(zhí)行HUB口檢測程序，利用Ping包的方法完成檢測。

4)RS232口檢測。對5個RS232端口的檢測是采用環(huán)回組合的方法，所有環(huán)回組合如表1所示。

表1 5個RS232端口環(huán)回組合表

在適配器上把要檢測的任意兩個RS232端口用環(huán)回數(shù)據(jù)線纜相連接，如果通過檢測，兩個端口通信正常，則在檢測終端給出兩個端口均“正常”的檢測結(jié)果，反之給出“故障”檢測結(jié)果，如果確定某一個端口性能正常，則可判定另一個端口出現(xiàn)故障。

以檢測RS232-1端口與RS232-5端口為例。在適配器上將RS232-1端口與RS232-5端口用環(huán)回數(shù)據(jù)線纜相連接，如圖4所示，在性能檢測頁面RS232口區(qū)域選擇對應(yīng)的兩個RS232端口，點擊“配置參數(shù)”按鈕，檢測軟件便執(zhí)行參數(shù)配置程序，通過USB口、USB轉(zhuǎn)串口線纜、適配器控制口、數(shù)據(jù)接口分線器和矩形連接器給網(wǎng)控器控制口輸入網(wǎng)控器規(guī)定的相應(yīng)系統(tǒng)命令，使網(wǎng)控器由特權(quán)模式轉(zhuǎn)為全局配置命令模式，再轉(zhuǎn)為接口配置模式，配置前，先將兩個RS232端口原參數(shù)進行保存，并清除原參數(shù)占用空間以留給新配置參數(shù)，保存原參數(shù)同樣是為檢測完恢復(fù)原參數(shù)時使用。重新配置兩個端口的IP地址參數(shù)，確保設(shè)置后的IP地址在同一網(wǎng)段內(nèi)。參數(shù)配置完成后，點擊“檢測”按鈕執(zhí)行檢測程序，檢測終端通過USB口、USB轉(zhuǎn)串口線纜、適配器控制口、數(shù)據(jù)接口分線器、矩形連接器和網(wǎng)控器控制口向網(wǎng)控器內(nèi)輸入網(wǎng)控器規(guī)定的系統(tǒng)Ping檢測命令，收到Ping檢測命令后，網(wǎng)控器執(zhí)行其內(nèi)部程序通過環(huán)回線纜對已配置IP地址的RS232-1端口和RS232-5端口執(zhí)行Ping操作，操作結(jié)果數(shù)據(jù)通過控制口，按原路反饋回檢測終端，觸發(fā)檢測儀軟件MSComm控件事件捕獲處理函數(shù)，通過數(shù)據(jù)讀取和比對，判定RS232-1端口和RS232-5端口通信性能，并在顯示器上給出檢測結(jié)果，同時清除兩個端口新參數(shù)設(shè)置，再恢復(fù)為原參數(shù)的配置，完成兩個RS232端口的檢測。

對表1的所有環(huán)回組合進行檢測，如果均正常，則網(wǎng)控器所用RS232端口工作正常。

2 檢測儀軟件設(shè)計

2.1 檢測儀軟件組成

檢測儀軟件選擇Visual C++作為編制環(huán)境，包括控制選擇程序、控制口檢測程序、ETH口檢測程序、HUB口檢測程序、LTU口檢測程序、CDP口檢測程序、RS-232口檢測程序、RS-422口檢測程序和檢測結(jié)果記錄查詢程序共9個程序塊，如圖4所示。

圖4 檢測儀軟件構(gòu)成

2.2 軟件工作流程

檢測儀對網(wǎng)絡(luò)通信控制器進行整機性能檢測是通過運行檢測終端內(nèi)的檢測軟件實現(xiàn)，其流程如圖5所示。

圖5 軟件工作流程

在檢測終端啟動檢測軟件后，首先調(diào)用人機界面程序，進入歡迎界面，接著轉(zhuǎn)入測試項目選擇界面，在此界面先選擇控制選擇項目，利用彈出的對話框，選擇檢測終端與適配器控制口進行通信的端口，有串口和USB口兩種選擇，若檢測終端利用串口與適配器控制口進行通信，則選擇串口，若利用USB口與適配器控制口進行通信，則選擇USB口。通信端口選擇完成后，在測試項目選擇界面選擇性能檢測項目，在彈出的對話框中，通過執(zhí)行聯(lián)機程序使檢測終端與適配器控制口建立聯(lián)機，通過執(zhí)行特權(quán)程序使檢測終端與適配器控制口可以進行通信，然后，調(diào)用控制口檢測程序?qū)刂瓶谶M行檢測，在控制口正常基礎(chǔ)上，再調(diào)用其它端口檢測程序，按照先通過控制口對要檢測端口進行參數(shù)配置，然后再進行通信性能檢測的順序進行，檢測完畢后給出檢測結(jié)果，并對檢測結(jié)果進行保存。

3 實驗結(jié)果與分析

檢測儀進行實際應(yīng)用前對各端口的檢測功能均進行了實驗，以下是對ETH口和RS232口的實驗。

3.1 實驗方法

3.1.1 實驗拓撲圖

ETH口檢測功能的實驗拓撲如圖6所示，RS232口檢測功能的實驗拓撲如圖7所示。

圖6 ETH口檢測功能實驗拓撲圖

圖7 RS232口檢測功能實驗拓撲圖

3.1.2 實驗方法

ETH口檢測功能實驗方法：在檢測終端以太口與適配器ETH口之間通過HUB(集線器)連接數(shù)據(jù)監(jiān)控計算機，用于使用抓包工具WireShark捕捉測試數(shù)據(jù)。檢測過程中通過斷開網(wǎng)控器內(nèi)部ETH口網(wǎng)線或設(shè)置網(wǎng)控器內(nèi)部其它硬件電路故障的方式來控制ping不通的次數(shù)。運行檢測軟件對網(wǎng)控器ETH口進行檢測，ping10次，如果均ping通，則認為網(wǎng)控器ETH口正常，如果小于10次，則認為ETH口異常，然后，通過核對檢測軟件的發(fā)包數(shù)量、監(jiān)控計算機捕捉到的應(yīng)答包數(shù)量及檢測終端顯示的檢測結(jié)果三者之間是否符合這一邏輯關(guān)系來驗證檢測儀對ETH口檢測功能的正確性。

RS232端口檢測功能實驗方法：以RS232-1端口與RS232-5端口為例。用環(huán)回數(shù)據(jù)線纜將適配器上RS232-1端口與RS232-5端口相連接，在檢測終端對兩端口進行參數(shù)配置，然后對兩端口進行檢測。檢測過程中通過斷開網(wǎng)控器內(nèi)部RS232-1端口線或設(shè)置網(wǎng)控器內(nèi)部其它硬件電路故障的方式來控制RS232-1端口處于故障狀態(tài)的次數(shù)。共做11組檢測實驗，每組10次，11組實驗按RS232-1端口故障次數(shù)由0至10的數(shù)字遞增，然后，通過核對RS232-1端口設(shè)置故障的次數(shù)、RS232-1和RS232-5端口的預(yù)期正常次數(shù)及檢測終端顯示的RS232-1和RS232-5端口的正常次數(shù)三者之間是否相一致來驗證檢測儀對RS232口檢測功能的正確性。在RS232-5端口設(shè)置故障的次數(shù)及實驗方法與RS232-1端口相仿，此處不再贅述。

3.2 實驗數(shù)據(jù)與結(jié)果分析

1)ETH口檢測功能實驗數(shù)據(jù)如表2所示。

2)RS232-1口與RS232-5口檢測功能實驗數(shù)據(jù)分別如表3、表4所示。

表2 ETH口檢測功能實驗數(shù)據(jù)

表3 RS232-1口與RS232-5口檢測功能實驗數(shù)據(jù)

表4 RS232-1口與RS232-5口檢測功能實驗數(shù)據(jù)

從表2～4實驗數(shù)據(jù)可看出，檢測結(jié)果與預(yù)期結(jié)果完全一致，證明檢測儀的檢測功能正確。

4 關(guān)鍵技術(shù)及解決難題

1)應(yīng)用Z-TEK型號專用數(shù)據(jù)線纜，解決了檢測終端USB接口不能與適配器控制口通信問題，實現(xiàn)了檢測終端對網(wǎng)絡(luò)通信控制器的控制。

2)應(yīng)用接口轉(zhuǎn)換技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)通信控制器一個具有115條數(shù)據(jù)線的矩形連接器接口，按指控系統(tǒng)使用的不同通信協(xié)議轉(zhuǎn)換成7種20個圓形連接器數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)信號分類轉(zhuǎn)接、傳輸與檢測。

3)通過創(chuàng)建VC微軟通信控件MSComm對象，調(diào)用SetSettings函數(shù)設(shè)置波特率、校驗位、數(shù)據(jù)位和停止位參數(shù)，解決了檢測儀與網(wǎng)絡(luò)通信控制器Monitor程序不能互聯(lián)互通問題，實現(xiàn)了通信協(xié)議一致，確保了端口參數(shù)設(shè)置命令與反饋數(shù)據(jù)信息的正確完整。

5 結(jié)束語

本檢測儀采用“檢測終端+適配器”的結(jié)構(gòu)設(shè)計，綜合運用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和自動測試技術(shù)，解決了網(wǎng)絡(luò)通信控制器離線檢測難的問題，滿足了維修保障時，對網(wǎng)控器各端口通信性能進行檢測的需求，下一步還將對環(huán)回檢測法進一步完善，將故障確定到具體每一端口。實驗和應(yīng)用結(jié)果表明，該檢測儀克服了用傳統(tǒng)儀器檢測帶來的使用設(shè)備多、連接麻煩、操作步驟繁瑣和檢測時間長等缺點，不僅為網(wǎng)控器增加了新的檢測維修方法，也為其它指控設(shè)備的檢測與維修開辟了新的途徑。