一種便攜式低成本通用并行測(cè)試設(shè)備研制

盧寧波,齊 亮,姜澤偉

(北京機(jī)電工程研究所 綜合保障技術(shù)研究中心，北京 100074)

0 引言

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(ATS，automatic test system)作為各型裝備技術(shù)陣地保障系統(tǒng)，通常具備被測(cè)對(duì)象(unit under test，UUT)所需的全部?jī)x器儀表資源、激勵(lì)信號(hào)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)UUT的自動(dòng)測(cè)量與數(shù)據(jù)處理，包括狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、性能考核、智能診斷、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、數(shù)據(jù)回放與輸出等[1-3]。現(xiàn)行武器裝備測(cè)試系統(tǒng)尤其是批量生產(chǎn)線測(cè)試環(huán)節(jié)仍主要采用傳統(tǒng)一對(duì)一測(cè)試模式，僅能通過不斷增投測(cè)試設(shè)備以配合保障大批量復(fù)雜裝備的研制工作，該方式在導(dǎo)致成本大幅增加的同時(shí)，卻并不能顯著提升裝備研制效率，投入產(chǎn)出比難以適應(yīng)當(dāng)代國(guó)防領(lǐng)域?qū)Τ杀尽⑿省⒈Ｕ夏芰Φ母咭蟆?/p>

隨著信息化戰(zhàn)爭(zhēng)作戰(zhàn)強(qiáng)度大、消耗大、技術(shù)含量高、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、速?zèng)Q性強(qiáng)等特點(diǎn)被逐漸認(rèn)知，如何高效地完成保障任務(wù)、提高武器裝備戰(zhàn)備完好性，已成為近些年各國(guó)裝備建設(shè)中關(guān)注的重要問題。由于傳統(tǒng)測(cè)試設(shè)備一對(duì)一的測(cè)試模式直接限制了武器系統(tǒng)批量生產(chǎn)線、技術(shù)陣地保障的工作效率，已不能滿足當(dāng)今高技術(shù)武器裝備規(guī)模的不斷擴(kuò)大及裝備保障需求的持續(xù)快速增長(zhǎng)，且機(jī)柜式的設(shè)計(jì)方案使得傳統(tǒng)測(cè)試設(shè)備在成本控制、機(jī)動(dòng)性等方面毫無優(yōu)勢(shì)可言[4]。因此，裝備保障體系對(duì)一種低成本、便攜、通用、多臺(tái)/套產(chǎn)品并行自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的需求變得迫在眉睫。

本文設(shè)計(jì)的基于CPCI總線便攜式并行測(cè)試設(shè)備在嚴(yán)格控制成本的前提下大幅提升了單機(jī)測(cè)試設(shè)備的便攜性能，令單兵操作批量維護(hù)保障成為可能，同時(shí)1～4臺(tái)裝備同步并行自動(dòng)測(cè)試的實(shí)現(xiàn)從根本上解決傳統(tǒng)批量生產(chǎn)線、保障體系中測(cè)試環(huán)節(jié)成本高、效率低的問題，在各個(gè)試驗(yàn)環(huán)節(jié)大幅提升測(cè)試效率的同時(shí)極大減少人力資源的投入。此外，由于資源種類、數(shù)量預(yù)留豐富，該設(shè)備亦具備多型裝備通用的突出優(yōu)勢(shì)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

測(cè)試設(shè)備作為武器系統(tǒng)二級(jí)維護(hù)設(shè)備，是軍事作戰(zhàn)及裝備綜合保障中的重要一環(huán)，在武器裝備研制、定型、部隊(duì)使用等各階段完成對(duì)裝備功能、性能測(cè)試以及其它技術(shù)準(zhǔn)備任務(wù)，測(cè)試設(shè)備的可靠性、保障能力對(duì)于減少武器裝備檢測(cè)與維護(hù)時(shí)間、提高作戰(zhàn)機(jī)動(dòng)性與靈活性、快速適應(yīng)未來軍事斗爭(zhēng)的挑戰(zhàn)有著重要意義[5]。

為徹底解決傳統(tǒng)機(jī)柜式測(cè)試設(shè)備、測(cè)試模式的弊端，提升測(cè)試設(shè)備性能并滿足單兵操作、多型共用、靈活高效、價(jià)格低廉、保障能力突出等需求，本文設(shè)計(jì)的新型測(cè)試設(shè)備具備如下功能及特點(diǎn)：

1)三化程度高、資源豐富，測(cè)試覆蓋率高；

2)柔性設(shè)計(jì)，使用靈活、通用性強(qiáng)、具備一定擴(kuò)展能力；

3)軟硬件支持多套裝備隔離并行測(cè)試，互不干擾；

4)測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)智能判讀，故障診斷性能優(yōu)越；

5)整機(jī)尺寸小、重量輕，配合高強(qiáng)度包裝箱，便于單兵操作；

6)總線架構(gòu)成熟且成本低廉，執(zhí)行效能優(yōu)勢(shì)突出；

7)人機(jī)界面友好、使用便捷、質(zhì)量穩(wěn)定可靠、保障能力強(qiáng)。

1.2 總線選型

目前測(cè)試領(lǐng)域公認(rèn)技術(shù)成熟且被廣泛使用的常見總線類型有VXI、PXI、CPCI。

VXI：基于VMEbus，利用通用接口實(shí)現(xiàn)各儀器儀表功能，提升系統(tǒng)集成度的同時(shí)促進(jìn)了成本、系統(tǒng)體積在一定程度上的控制，曾在20世紀(jì)末與21世紀(jì)初得以推廣，但因其無法保障終端客戶對(duì)主流軟件的使用需求以及依舊高昂的成本與有限的性能，近年來逐漸在高端應(yīng)用測(cè)試領(lǐng)域被PXI、CPCI總線替代。

CPCI：快速成長(zhǎng)的工業(yè)總線架構(gòu)之一，采用廣受歡迎的PCI接口，并且將這個(gè)接口涵蓋在一個(gè)較小且堅(jiān)固的套件內(nèi)。最顯著的改變就是Eurocard標(biāo)準(zhǔn)化裝置規(guī)格，可容納8個(gè)插槽，改善了現(xiàn)存的PCI技術(shù)，并為工業(yè)運(yùn)算提供了更為堅(jiān)固、更好執(zhí)行效能的解決方案。

PXI：建立在CPCI核心規(guī)格上，定義了更多的機(jī)構(gòu)、軟件以及電氣方面的需求，廣泛應(yīng)用于測(cè)量及自動(dòng)化工業(yè)領(lǐng)域中。PXI與CPCI批次之間具有交換兼容性，但PXI受制于工業(yè)應(yīng)用要求，相對(duì)CPCI價(jià)格明顯昂貴許多。

綜上，PXI與CPCI均擁有較為明顯的性能優(yōu)勢(shì)，但結(jié)合本并行測(cè)試設(shè)備低成本及各項(xiàng)使用需求的設(shè)計(jì)目標(biāo)，本設(shè)備選用性價(jià)比更高的CPCI總線。

1.3 系統(tǒng)架構(gòu)

本設(shè)備采用異構(gòu)體系、標(biāo)準(zhǔn)底板與新研兩型多功能復(fù)合板卡相結(jié)合的設(shè)計(jì)思路，硬件資源集成度更高，同時(shí)可以保障設(shè)備的小型化、輕量化。加固機(jī)箱配專用接口板組成自動(dòng)測(cè)試設(shè)備主機(jī)，該架構(gòu)中主板、功能板及總線底板通過穩(wěn)定性非常高的針孔連接器以及導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)固定，自身具有非常高的可靠性，在抗振動(dòng)沖擊、防氧化等方面具有良好的效果，同時(shí)加固箱既是儀器設(shè)備箱又可兼顧一定程度包裝箱的作用，箱體由強(qiáng)化材料制成，配置減震機(jī)構(gòu)，具有良好的減震和密封性能，搬運(yùn)方便。整個(gè)測(cè)試設(shè)備非常容易展開和撤收，更便于運(yùn)輸和機(jī)動(dòng)保障。

測(cè)試設(shè)備前主機(jī)板選用凌華CPCI-6940，后主板選用凌華CPCI-R6002，為整套測(cè)試系統(tǒng)提供強(qiáng)有力的8核中央處理器及2個(gè)Gbe、1個(gè)COM、2個(gè)USB3.0接口。總線底板選用標(biāo)準(zhǔn)6U CPCI總線底板，1個(gè)系統(tǒng)插槽放置主機(jī)板，7個(gè)外設(shè)插槽放置兩型復(fù)合板卡。CPCI機(jī)箱供電電源選用1U模塊電源，額定功率為300W。兩型復(fù)合板從后走線板走線，機(jī)箱內(nèi)通過線纜把板上信號(hào)接入機(jī)箱側(cè)壁航插上。機(jī)箱內(nèi)提供4路電源模塊，同時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)繼電器板控制電源輸出，繼電器板接入主板RS232端口控制，主機(jī)結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖1所示。

圖1 設(shè)備主機(jī)結(jié)構(gòu)關(guān)系圖

為達(dá)到裝備共用、資源豐富、測(cè)試覆蓋率高等目的，結(jié)合武器裝備測(cè)試領(lǐng)域?qū)嶋H需求，A、B兩型復(fù)合板卡應(yīng)盡可能多地具備常見采集、激勵(lì)、數(shù)字通訊等資源，如DI、DO、AD、DA、CAN、1553B、RS422、LVDS、以太網(wǎng)等。

為實(shí)現(xiàn)設(shè)備各測(cè)試通道隔離、獨(dú)立的并行測(cè)試并規(guī)避某通道意外故障時(shí)導(dǎo)致的通道間相互干擾，設(shè)計(jì)采用的3塊A型復(fù)合板與4塊B型復(fù)合板進(jìn)行了資源分組與組間物理隔離，所有硬件資源均等分配于4個(gè)獨(dú)立的測(cè)試通道。為便于客戶端的使用便捷并簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜度，此處引入“虛擬板卡”設(shè)計(jì)思路，即在4塊B型板卡自然分組并隔離提供給4個(gè)測(cè)試通道的同時(shí)，將3塊A型板卡虛擬為4塊板卡并通過底層軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件的無差別調(diào)用，如此實(shí)現(xiàn)4個(gè)并行測(cè)試通道軟硬件接口的使用一致性。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)箱結(jié)構(gòu)

基于便攜性設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制主機(jī)箱體積并保證散熱性能，選用定制機(jī)箱，盡可能壓縮體積與重量。主機(jī)箱具備如下特點(diǎn)：

1)機(jī)箱主體采用鋁鎂合金型材,表面噴涂可自定義；

2)便攜機(jī)箱采用下翻鍵盤的設(shè)計(jì),安裝17寸LCD顯示器；

3)CPCI背板垂直安裝在機(jī)箱內(nèi)，板卡由機(jī)箱左側(cè)垂直插入機(jī)箱，板卡插入后利用外側(cè)安裝面板進(jìn)行遮擋；

4)220V模塊電源及用戶電源依次安裝背板后部；

5)機(jī)箱右側(cè)設(shè)計(jì)電源輸入插座、開關(guān)和IO接口，并根據(jù)用戶的要求設(shè)計(jì)其他接口；

6)機(jī)箱內(nèi)部安裝監(jiān)控模塊，監(jiān)控風(fēng)扇和各路電壓的工作狀態(tài)，監(jiān)控顯示屏顯示；

7)機(jī)箱上部?jī)蓚?cè)設(shè)計(jì)提手，方便搬運(yùn)；

8)機(jī)箱的鍵盤設(shè)計(jì)橡膠包角，機(jī)箱整體安裝橡膠墊腳，有利于對(duì)機(jī)箱的減震和保護(hù)；機(jī)箱和背板支持后IO插卡。

主機(jī)箱外觀如圖2所示。

圖2 設(shè)備主機(jī)箱外觀示意圖

2.2 A型復(fù)合板卡

A型復(fù)合板卡采用Xilinx公司的A7系列芯片XC7A100T-2FGG484作為控制單元，主要完成測(cè)試設(shè)備主機(jī)和被檢對(duì)象之間的數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)了DI、DO、AD與DA等功能。各類型資源至少被分為隔離的2組，其中1組分配給第4塊A型“虛擬板卡”調(diào)用。A型復(fù)合板卡采用CPCI-6U板卡結(jié)構(gòu)，其功能如圖3所示。

圖3 A型復(fù)合板卡功能框圖

開關(guān)量信號(hào)輸入(DI)接口采用FAIRCHILD公司的HCPL0631作為主要芯片。HCPL0631光耦合器由一個(gè)AlGaAS LED組成的高速集成光檢測(cè)器邏輯門。HCPL0631輸出由CMOS工藝上的雙極晶體管組成，以降低功耗。溫度參數(shù)保證在-40～+85℃的溫度范圍內(nèi)。最大輸入信號(hào)為5 mA將提供最小輸出接收電流為13 mA。內(nèi)部噪聲屏蔽提供優(yōu)越的共模抑制。

開關(guān)量信號(hào)輸出(DO)接口采用AXICON公司的IM03T作為主要芯片。采用微型雙刀雙擲繼電器，擁有較長(zhǎng)的設(shè)計(jì)使用壽命，負(fù)載電流可達(dá)2 A，負(fù)載電壓可承受250 V交流、220 V直流，相比同類其他公司產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)明顯。

模擬量信號(hào)輸入采集(AD)主要芯片為AD7656(ADI公司16bit高精度ADC)，輸入采集頻率最高可達(dá)12 MHz、吞吐率可達(dá)250 ksps，可實(shí)現(xiàn)三路ADC的同步獨(dú)立采集，同時(shí)為各型MPU、DSP提供高速串口、并口以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

模擬量信號(hào)輸出接口(DA)主要芯片為AD5764(ADI公司16bit高精度DAC)，芯片供電電壓為±11.4～±16.5 V。四通道串行輸入、雙極性電壓輸出，滿量程標(biāo)稱輸出電壓范圍±10 V，可通過串口進(jìn)行編程控制。

電阻測(cè)量接口主要芯片為AD7610(ADI公司16bit高精度芯片)，采集范圍、工作模式串口可控。通過內(nèi)部電路設(shè)計(jì)將采集的電阻信號(hào)轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)，由芯片對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采集測(cè)量，最終根據(jù)測(cè)量結(jié)果通過軟件計(jì)算得出實(shí)際電阻值。

2.3 B型復(fù)合板卡

B型復(fù)合板卡采用Xilinx公司的K7系列芯片XC7K325T-FFG900作為控制單元，主要完成測(cè)試設(shè)備主機(jī)和被檢對(duì)象之間的通信，實(shí)現(xiàn)了CAN、RS422、1553B及LVDS功能，同時(shí)在板卡的空余位置額外擴(kuò)展預(yù)留了一組DO作為備用資源。設(shè)備選用4塊B型復(fù)合板卡，每塊板卡單獨(dú)被各自測(cè)試通道調(diào)用。B型復(fù)合板卡同樣采用CPCI-6U板卡結(jié)構(gòu)，其功能如圖4所示。

圖4 B型復(fù)合板卡功能框圖

開關(guān)量信號(hào)輸出(DO)與A型復(fù)合板卡設(shè)計(jì)方案一致，均采用AXICON公司的IM03T作為主要芯片，工作可靠穩(wěn)定。

CAN總線采用PHILIPS公司的SJA1000T作為主要芯片。SJA1000T是一款獨(dú)立CAN總線控制器，多用于汽車和通用領(lǐng)域的局域網(wǎng)工業(yè)環(huán)境，其在BASIC CAN模式的基礎(chǔ)上，提供了一種新的操作模式-PeliCAN模式，支持CAN2.0B的新特性協(xié)議規(guī)范。支持11bit標(biāo)識(shí)符和29bit標(biāo)識(shí)符，位碼率高達(dá)1 Mbps，PeliCAN模式下支持讀寫介入的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)、可編程的錯(cuò)誤警告門限、最新誤碼寄存器等功能。

RS422總線采用MAXIM公司的MAX3160EAP作為主要芯片。MAX3160是可編程的RS232/485/422多協(xié)議收發(fā)機(jī)，引腳可配置為2Tx/2Rx RS232接口或單個(gè)RS485/422收發(fā)器。斜率限制使EMI最小化并減少由不當(dāng)端接的電纜引起的反射，允許高達(dá)250 kbps的無差錯(cuò)數(shù)據(jù)傳輸，禁用旋轉(zhuǎn)速率限制，允許設(shè)備在RS485/422模式下以高達(dá)10 Mbps的數(shù)據(jù)速率傳輸，并具有1A關(guān)機(jī)特性模式、短路限制和熱停機(jī)防止過度損耗電纜。

1553B總線采用HOLT公司的HI-1573作為主要收發(fā)處理芯片。HI-1573是一款基于CMOS工藝設(shè)計(jì)的低功耗雙冗余MIL-STD-1553標(biāo)準(zhǔn)的收發(fā)處理器。每個(gè)通道的發(fā)射機(jī)部分采用互補(bǔ)的CMOS/TTL數(shù)字輸入數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換為適于驅(qū)動(dòng)總線隔離變壓器的雙曼徹斯特碼1553信號(hào)，為每個(gè)發(fā)射機(jī)提供獨(dú)立的發(fā)射機(jī)抑制控制信號(hào)。HI-1573系列數(shù)據(jù)傳送器包含差分源驅(qū)動(dòng)發(fā)送器和差分接收器，被廣泛應(yīng)用于MIL-STD-1553 A/B標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)總線，該器件在傳輸過程中產(chǎn)生梯形輸出波形。

LVDS總線采用MAXIM公司的MAX9218作為接收芯片，采用MAX9247作為發(fā)送芯片。MAX9218是數(shù)字視頻串并轉(zhuǎn)換器，在數(shù)據(jù)階段，LVDS串行輸入被轉(zhuǎn)換為18位并行視頻數(shù)據(jù)，相位輸入被轉(zhuǎn)換為9位并行控制數(shù)據(jù)，MAX9247為數(shù)字視頻并行并串轉(zhuǎn)換器，對(duì)串行接口進(jìn)行編碼和多路復(fù)用。與MAX9218搭配使用，完成對(duì)視頻數(shù)據(jù)的串并轉(zhuǎn)換、并串轉(zhuǎn)換。兩款芯片的ESD靜電放電容限均為±10 KV接觸放電與±30 KV空氣放電。

2.4 程控電源

采用內(nèi)置機(jī)箱結(jié)構(gòu)形式，位于測(cè)試設(shè)備主機(jī)內(nèi)后部，電源輸入為標(biāo)準(zhǔn)AC 220V，輸出4路直流電壓值可通過軟件調(diào)節(jié)，程控電源前后面板分別如圖5、6所示。

圖5 程控電源前面板示意圖

圖6 程控電源后面板示意圖

程控電源4路直流電壓輸出通過供電控制繼電器被分為8路，每2路為1組供一個(gè)測(cè)試通道使用，4組8路輸出電壓組間隔離、組內(nèi)不隔離，由主機(jī)板通過RS232程序控制每路通斷狀態(tài)。

為滿足不同被測(cè)對(duì)象對(duì)直流供電的特殊需求(如特殊額定電壓、電流等)，本便攜式低成本通用并行測(cè)試設(shè)備航插側(cè)壁設(shè)計(jì)有直流供電輸入接口，可通過供電控制繼電器板將提供給被測(cè)對(duì)象的直流供電由測(cè)試設(shè)備內(nèi)部電源轉(zhuǎn)為來自測(cè)試設(shè)備外部輸入接口的供電。控制板選用SONGLE繼電器，型號(hào)SLA-24VDC-C-30A，繼電器典型電壓為24 V，供電為28 V，可通過10 A電流，其原理如圖7所示。

圖7 供電控制繼電器板原理圖

2.5 接口方案

從圖1的設(shè)備主機(jī)連接關(guān)系可知，本便攜式低成本通用并行測(cè)試設(shè)備主機(jī)設(shè)置12個(gè)對(duì)外連接插座，分別定義為X1～X12，各連接器型號(hào)及功能分配如表1所示。

表1 便攜式測(cè)試設(shè)備主機(jī)對(duì)外接口

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件結(jié)構(gòu)

圖8 軟件結(jié)構(gòu)示意圖

隨著單核處理器功耗、散熱缺陷的日益突出，僅靠提升主頻來提升CPU性能的方式逐步被Intel、AMD等供應(yīng)商拋棄[6]，處理器的專項(xiàng)研發(fā)重點(diǎn)由高頻逐漸轉(zhuǎn)向多核。多核處理器可以實(shí)現(xiàn)單位時(shí)間內(nèi)處理性能明顯提升的同時(shí)，保持在相對(duì)低功耗與低散熱狀態(tài)，其應(yīng)用環(huán)境也愈加廣泛[7-8]。

通過分析對(duì)比處理器高頻與多核的優(yōu)缺點(diǎn)、結(jié)合當(dāng)前處理器發(fā)展現(xiàn)狀，并依據(jù)武器裝備快速檢測(cè)需求開展并行測(cè)試軟件設(shè)計(jì)，開發(fā)基于多核CPU的新型多線程并行檢測(cè)技術(shù)。通過專用并行測(cè)試軟件設(shè)計(jì)，合理分配CPU“核”與線程的綁定關(guān)系，在減少系統(tǒng)資源時(shí)空開銷的同時(shí)，提高cache利用率，更好地實(shí)現(xiàn)程序靜態(tài)負(fù)載平衡，保證程序多線程間并發(fā)進(jìn)行，建立高加速系數(shù)并行測(cè)試平臺(tái)，研發(fā)多核多線程并行管理技術(shù)并形成新型并行測(cè)試專用函數(shù)模塊，同時(shí)將并行測(cè)試過程中常見的線程starvation、cache撲空、convoying效應(yīng)、線程阻塞、時(shí)間片強(qiáng)制等待[9-11]等問題一并徹底解決，保證了產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)質(zhì)量，并成功避免并行測(cè)試設(shè)備實(shí)際使用過程中由于上述問題導(dǎo)致的研產(chǎn)任務(wù)中斷。上下位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)如圖8所示。

3.2 新型并行測(cè)試通用軟件平臺(tái)

通用平臺(tái)軟件開發(fā)于中文版WINDOWS 7操作系統(tǒng)，以VC6.0作為開發(fā)平臺(tái)，采用測(cè)試流程與軟件程序分離的方式開發(fā)，平臺(tái)具有與被測(cè)對(duì)象無關(guān)的特點(diǎn)，只有裝備測(cè)試流程庫直接與被測(cè)對(duì)象相關(guān)，軟件設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)測(cè)試流程填寫專用測(cè)試流程庫，可由不同的開發(fā)人員根據(jù)同一規(guī)則同時(shí)填寫。

并行測(cè)試通用軟件平臺(tái)對(duì)傳統(tǒng)的通用軟件平臺(tái)架構(gòu)完成重新搭建，為實(shí)現(xiàn)高效、并行、多型裝備混合編制測(cè)試任務(wù)，新研平臺(tái)綁定四個(gè)不同的測(cè)試流程庫，分別執(zhí)行對(duì)應(yīng)的測(cè)試序列，通過線程綁定與WINDOWS動(dòng)態(tài)分配相結(jié)合的策略規(guī)避并行測(cè)試過程中常見的平臺(tái)資源搶占與數(shù)據(jù)篡改問題。

3.3 專用函數(shù)模塊

測(cè)試流程為測(cè)試軟件設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，每一個(gè)測(cè)試任務(wù)對(duì)應(yīng)一組測(cè)試流程。在通用并行測(cè)試軟件平臺(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，加載專用的測(cè)試序列及相應(yīng)的函數(shù)庫，就能完成對(duì)相關(guān)測(cè)試任務(wù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試程序與測(cè)試任務(wù)的分離，如圖9所示。

圖9 測(cè)試程序開發(fā)模式示意圖

測(cè)試執(zhí)行時(shí)，測(cè)試執(zhí)行程序根據(jù)讀取測(cè)試流程庫中的內(nèi)容進(jìn)行測(cè)試動(dòng)作，測(cè)試序列執(zhí)行完畢就表征完成一項(xiàng)測(cè)試任務(wù)。

測(cè)試流程庫中各專用函數(shù)功能模塊的開發(fā)將依據(jù)被測(cè)對(duì)象的有關(guān)測(cè)試項(xiàng)目、技術(shù)參數(shù)和測(cè)試保障深度等內(nèi)容進(jìn)行。

3.4 多核多線程并行管理技術(shù)

多核多線程并行管理技術(shù)的核心在于，將多核處理器處理的并行測(cè)試任務(wù)分解，利用SetThreadAffinityMask函數(shù)開發(fā)“核綁定”技術(shù)并將處理器的1-N個(gè)核心與多組并行執(zhí)行的測(cè)試任務(wù)主線程分別物理綁定，綁定的處理器核心數(shù)N可以由多項(xiàng)并行測(cè)試任務(wù)均分，也可以根據(jù)各項(xiàng)測(cè)試任務(wù)的復(fù)雜程度進(jìn)行自由支配，即指定圖9測(cè)試程序開發(fā)模式中的專用測(cè)試流程庫主線程分別關(guān)聯(lián)特定的處理器核心，并按照相應(yīng)的測(cè)試序列完成對(duì)多個(gè)被測(cè)單元的隔離、獨(dú)立并行測(cè)試。

多核多線程并行管理技術(shù)工作原理為：

1)線程創(chuàng)建、“核綁定”、統(tǒng)一初始化待使用儀器資源；

2)同步并行測(cè)試時(shí)利用信號(hào)量完成多線程統(tǒng)一觸發(fā)；

3)并行測(cè)試任務(wù)按既定流程完成對(duì)被測(cè)對(duì)象的通訊、激勵(lì)、采集、數(shù)據(jù)整理、實(shí)時(shí)判讀；

4)利用臨界段、內(nèi)核變量實(shí)現(xiàn)共享數(shù)據(jù)的訪問互斥；

5)測(cè)試結(jié)束后多線程軟硬件資源完全釋放。

該管理技術(shù)在“核綁定”的同時(shí)，對(duì)資源消耗相對(duì)隨機(jī)、不固定的任務(wù)采用WINDOWS動(dòng)態(tài)自適應(yīng)分配策略。由此可見，該管理技術(shù)的關(guān)鍵為測(cè)試任務(wù)的靜態(tài)分解、硬件資源的合理分配與綁定。多任務(wù)并行同步測(cè)試原理如圖10所示。

針對(duì)多線程并行測(cè)試最常見的共享數(shù)據(jù)篡改問題，合理采取互鎖函數(shù)(InterlockedExchangeAdd等)、臨界段(EnterCriticalSection、LeaveCriticalSection等)、互斥量(CreateMutex、WaitForSingleObject、ReleaseMutex)等策略完成互斥訪問與數(shù)據(jù)保護(hù)，同時(shí)應(yīng)減少用戶態(tài)程序?qū)?nèi)核態(tài)對(duì)象訪問時(shí)產(chǎn)生的時(shí)空開銷、系統(tǒng)開銷。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本文研制的便攜式低成本通用并行測(cè)試設(shè)備配備底部帶滑輪的防水、防塵、抗摔、防腐蝕、耐高溫聚丙烯復(fù)合樹脂材料包裝箱后，為二級(jí)維護(hù)技術(shù)陣地單兵便攜操作提供了有力條件。針對(duì)某被測(cè)裝備開發(fā)專用測(cè)試函數(shù)模塊，并依托新研通用并行測(cè)試軟件平臺(tái)灌裝于本設(shè)備，完成1-4臺(tái)被測(cè)裝備大量總裝對(duì)接并行測(cè)試驗(yàn)證后交付該被測(cè)裝備批量生產(chǎn)線，經(jīng)過生產(chǎn)線長(zhǎng)期、充分、頻繁實(shí)際使用考核，測(cè)試設(shè)備功能、性能穩(wěn)定可靠。

歷次試驗(yàn)的正確執(zhí)行充分證明：

1)采用CPCI總線架構(gòu)在大幅壓縮設(shè)備成本的條件下仍然能夠提供優(yōu)異的執(zhí)行效能；

2)異構(gòu)體系與8槽標(biāo)準(zhǔn)6U CPCI總線底板結(jié)合，通過合理布局、元器件選型嚴(yán)格控制設(shè)備體積與重量，實(shí)現(xiàn)便攜性單兵操作；

3)軟件平臺(tái)與被測(cè)對(duì)象無關(guān)、硬件平臺(tái)資源豐富可擴(kuò)展，僅通過更換測(cè)試電纜即可實(shí)現(xiàn)多型被測(cè)對(duì)象通用，靈活性強(qiáng)；

圖10 多任務(wù)并行測(cè)試工作原理圖

4)多核多線程并行管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)/套被測(cè)產(chǎn)品的真并行測(cè)試，測(cè)試通道隔離、獨(dú)立、互不影響，工作效率顯著提升；

5)與被測(cè)對(duì)象通訊數(shù)據(jù)及被測(cè)產(chǎn)品內(nèi)總線通訊數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄與智能判讀凸顯設(shè)備優(yōu)異的保障性能，故障診斷精準(zhǔn)可靠。

5 結(jié)束語

本文針對(duì)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)特點(diǎn)及國(guó)防領(lǐng)域?qū)Τ杀尽⑿省⒈Ｕ夏芰Φ确矫娌粩嗟淖非螅岢鲅兄埔环N便攜式低成本通用并行測(cè)試設(shè)備。圍繞總線選型與系統(tǒng)架構(gòu)對(duì)該測(cè)試設(shè)備的總體方案開展詳盡設(shè)計(jì)，以體系結(jié)構(gòu)、A型復(fù)合板卡“3仿4”、兩型復(fù)合板卡功能與性能、供電控制與接口方案為核心完成設(shè)備硬件平臺(tái)開發(fā)，研發(fā)新型通用并行測(cè)試軟件平臺(tái)、新型多核多線程并行管理技術(shù)、新型并行策略與組合數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制完成對(duì)本并行測(cè)試設(shè)備的軟件支持，最終投產(chǎn)、總裝、調(diào)試交付后的設(shè)備經(jīng)歷批量生產(chǎn)線長(zhǎng)期、嚴(yán)酷的實(shí)際使用考核，有力證明了其相比于傳統(tǒng)地面測(cè)試設(shè)備在效率、成本、共用、機(jī)動(dòng)性、保障性等方面的突出優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也為測(cè)試領(lǐng)域儲(chǔ)備了一套成熟可靠的并行測(cè)試系統(tǒng)方案。