基于PXI通用總線技術(shù)的車載ATP測試平臺技術(shù)

敖 奇，謝再盛

(北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 100070)

車載列車自動防護(hù)設(shè)備（簡稱車載ATP），是一種適用于高速鐵路、普速鐵路、地鐵等多種運營場景的車載列車運行控制設(shè)備。該設(shè)備通過獲取列車數(shù)據(jù)、行車許可和線路數(shù)據(jù)等信息實時計算目標(biāo)—距離曲線，并依據(jù)曲線對列車超速進(jìn)行自動防護(hù)。

作為保障行車安全、高效的關(guān)鍵設(shè)備，車載ATP產(chǎn)品的測試尤為重要。目前，行業(yè)內(nèi)對于該產(chǎn)品的測試方式主要有兩種。

1）針對設(shè)備各模塊功能采用通用儀表并搭建專用測試電路，上位機(jī)通過GPIB總線與通用儀表建立通信，進(jìn)行測試管理。由于車載ATP設(shè)備接口種類復(fù)雜，數(shù)量眾多，通用儀表的擴(kuò)展能力較差，無法滿足并行測試要求，如果增加儀表又會帶來測試成本增加。同時，測試程序基于GPIB總線相關(guān)協(xié)議開發(fā)，代碼復(fù)用困難，不宜維護(hù)。

2）針對設(shè)備接口功能，采用單片機(jī)結(jié)合外圍功能電路的方式，通過嵌入式開發(fā)滿足車載ATP設(shè)備各接口的硬件，再通過上位機(jī)實現(xiàn)測試管理和數(shù)據(jù)分析。此種方式雖然解決了通用儀表不易擴(kuò)展和資源利用率差等問題，但由于需要考慮車載ATP設(shè)備各接口性能和測試通用性要求，對于硬件和嵌入式程序開發(fā)要求較高。而對于車載ATP而言，由于不同線路需求不同，設(shè)備更新升級頻繁，硬件和軟件的維護(hù)成本也較高。

所以，需要開發(fā)一種硬件便于擴(kuò)展、軟件易于開發(fā)維護(hù)的測試平臺。提高測試產(chǎn)品開發(fā)效率，將開發(fā)焦點集中于測試邏輯和案例仿真本身。

基于此思路，通過反復(fù)技術(shù)驗證和大量相關(guān)行業(yè)應(yīng)用調(diào)研，項目組開發(fā)出基于PXI通用總線技術(shù)的車載ATP測試平臺。該方案主機(jī)基于PXI總線技術(shù)，由一臺總線控制器驅(qū)動不同功能板卡，能夠覆蓋車載ATP所有接口類型的仿真和分析；接口采用海量互聯(lián)技術(shù)通過通用接收模塊和適配箱實現(xiàn)主機(jī)與被測產(chǎn)品的接口匹配。軟件基于Labview開發(fā)工具，實現(xiàn)各板卡驅(qū)動的調(diào)用、測試序列生成、測試響應(yīng)分析和數(shù)據(jù)結(jié)果管理。該測試平臺優(yōu)點如下。

1）控制器和功能板卡功能單元獨立，使得整個測試平臺的邏輯控制部分和功能實現(xiàn)部分邊界清晰，便于硬件管理維護(hù)。

2）各功能板卡通過PXI總線驅(qū)動，能實現(xiàn)信號的精確時鐘同步和測試序列管理。

3）主機(jī)部分和接口適配部分獨立，簡化了硬件開發(fā)和升級過程。

4）通過Labview圖形化開發(fā)工具，使程序易于開發(fā)、維護(hù)。

1 測試平臺硬件構(gòu)成

測試平臺硬件由測試主機(jī)、通用接收模塊、適配箱3部分組成，如圖1所示。

圖1 測試平臺組成Fig.1 Composition of test platform

測試主機(jī)由一臺兼容PXI和PXIe模塊的機(jī)箱，一臺總線控制器（含Windows/RT操作系統(tǒng)）、一塊數(shù)字IO板卡（DIO）、一塊模擬IO板卡（AIO）、一塊RS-422通信板卡、一塊CAN通信板卡、一塊Profibus通信板卡、一塊MVB通信板卡、一塊信號發(fā)生器板卡、一塊數(shù)字脈沖板卡、一塊以太網(wǎng)板卡、一塊萬用表板卡、一塊示波器板卡和一塊繼電器板卡組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 測試主機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2 Test host system structure

通用接收模塊用于實現(xiàn)測試主機(jī)資源的海量互聯(lián)轉(zhuǎn)換，將不同硬件接口一次性轉(zhuǎn)換為通用、穩(wěn)定的連接模條，最后通過適配箱與車載ATP連接。

適配箱用于接收模塊與不同被測設(shè)備接口間匹配、轉(zhuǎn)換。

2 測試平臺軟件構(gòu)成

測試平臺軟件運行于Windows/RT操作系統(tǒng)內(nèi)，通過Labview實現(xiàn)，軟件架構(gòu)分為邏輯控制層、驅(qū)動運行層和數(shù)據(jù)分析層。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 測試軟件架構(gòu)Fig.3 Test software architecture

1）邏輯控制層

邏輯控制層實現(xiàn)測試序列管理、測試命令下發(fā)、人機(jī)交互顯示。通過手動或自動方式觸發(fā)指定測試序列，下發(fā)各運行命令至驅(qū)動層各引擎模塊，響應(yīng)處理上傳狀態(tài)及錯誤信息。

2）驅(qū)動運行層

驅(qū)動運行層根據(jù)接收的工作命令，啟動各相關(guān)引擎開始工作，各引擎通過獨立或組合方式實現(xiàn)具體測試內(nèi)容。并將數(shù)據(jù)實時傳遞數(shù)據(jù)分析層，將狀態(tài)和故障信息反饋控制引擎。

3）數(shù)據(jù)分析層

數(shù)據(jù)分析層將接收到的運行層數(shù)據(jù)解析，完成測試判據(jù)和測試狀態(tài)上傳控制層。

3 車載ATP部分功能測試原理

1） 模擬輸入輸出（其他IO功能與此測試方法相同）

測試平臺通過CAN通信板卡控制車載ATP產(chǎn)生模擬輸出，利用AIO板卡采集車載ATP模擬信號幅值、相位、頻率信息，通過軟件判斷發(fā)送的控制命令與采集信號是否相同來判斷車載ATP模擬輸出功能是否正常。測試平臺利用AIO板卡輸出指定幅值、相位、頻率信號至ATP，ATP將接收到的信號處理結(jié)果由CAN通信接口傳出，測試平臺通過CAN通信板卡接收信息，通過軟件判斷接收信息與發(fā)送信號是否相同來判斷模擬采集功能是否正常。

2） MVB測試（其他通信功能與此測試方法相同）

測試平臺通過MVB通信板卡將指定大小的隨機(jī)數(shù)據(jù)包按指定周期發(fā)送至車載ATP接收端口，ATP將收到的數(shù)據(jù)校驗加密后通過發(fā)送端口回傳至測試平臺接收端口。測試平臺通過軟件判斷數(shù)據(jù)正確率和延時來確定車載ATP的MVB功能是否正常。

3） 軌道電路信號接收測試

測試平臺通過信號發(fā)生器板卡生成任意可調(diào)的軌道電路信號，車載ATP將接收到的信號處理結(jié)果由RS-422通信接口傳出，測試平臺通過RS-422通信板卡接收信息，通過軟件改變信號特征測試車載ATP分辨和響應(yīng)指標(biāo)。

4 總結(jié)

車載ATP測試平臺通過采用標(biāo)準(zhǔn)總線平臺技術(shù)，模塊化軟件開發(fā)技術(shù)，海量互聯(lián)接口技術(shù)，構(gòu)建了易于擴(kuò)展的產(chǎn)品硬件功能測試平臺，為實現(xiàn)定制測試管理、產(chǎn)品出廠檢驗、故障信息收集等方面提供了技術(shù)支撐。