地鐵廣播系統板卡自動測試平臺的設計

曾進豪

（中國電子科技集團公司第三研究所，北京 100015）

1 地鐵列車廣播系統模塊測試存在的問題

地鐵列車廣播系統[1]（以下簡稱廣播系統）一般使用標準機箱作為載體，內置不同的功能模塊，組成廣播系統的設備。這些功能模塊多以規格統一的印制板的形式存在，對這些板卡的測試非常重要。一方面，板卡是否合格決定了所組成的設備是否合格；另一方面，一旦設備出現故障，需要知道哪塊板卡有問題。然而，對這些板卡的測試需要很多條件。首先，由于這些板卡必須先組成設備，再組成系統，才具有完整的信號通路，因此常規測試方法必須搭建一個“最小廣播系統”才能進行測試；其次，測試人員必須對廣播系統非常了解，會在諸如“廣播、對講、告警”等不同業務模式之間切換；最后，測試人員還需要能熟練操作很多儀器，對測試人員的要求很高。即便如此，一個熟練的測試人員高強度地工作8 h也僅能測試80塊板卡。在這樣高強度的工作下，測試人員難免出現差錯。而一旦出錯，有問題的板卡就會成為維保工作的夢魘。因此，迫切需要一種能夠高效、準確測試廣播系統板卡的自動測試平臺，以提高測試效率，降低測試和維護的 成本。

2 平臺設計

板卡自動測試平臺需要一個人機交互界面、一個測試用的實體以及一套控制測試流程的軟件。其組成如圖1所示：

圖1 板卡自動測試平臺的組成

在此平臺中，上位機完成發出人機交互和測試指令的功能，同時也是測試數據的記錄和歸檔者。測試單元即是測試實體，完成測試信號的產生和測試結果的判定、上傳。自動測試平臺還需要在被測板卡或設備上嵌入檢測電路。

測試單元采用母板+插板的設計，如圖2所示。測試單元可以多個級聯使用，這樣可以靈活組合，同時滿足單個設備少量板卡的測試和生產階段批量板卡測試需求。

圖2 測試單元的結構

待測板卡卡槽是待測板卡的接入接口。這個接口是標準接口，即對所有待測板卡都是一樣的接口，具備防呆設計。這樣的設計是為了讓測試人員可以盲插待測板卡，板卡的識別由測試控制板自動完成，降低了對測試人員的要求，同時消除了插錯板卡的可能。測試控制板會根據插入的板卡類型自動產生測試信號、自動記錄測試數據、自動判定測試結果，從而避免了人工操作可能產生的錯誤。

3 自動測試流程

測試控制板負責對待測板卡進行自動測試，可自動判斷板卡類型，自動完成測試工作，并將測試結果發送給上位機。測試控制板的測試流程如圖3所示。

圖3 自動測試流程

自動測試控制程序根據板卡類型啟用不同的測試項目，可對待測板卡的電壓、電流、CAN總線[2]通信、RS-485通信、GPIO信號及音頻通道參數等進行測試。測試原理如下。

測試控制板通過CAN通信判斷待測板卡插入卡槽的位置，從而實現待測板卡可以在任意卡槽位置接入。測試控制板對待測板卡的類型編碼進行檢測，判斷待測板卡類型，然后啟動相應測試項目。主要的測試項目如下。

（1）CAN通信測試。測試控制板通過CAN接口接收待測板的板卡ID、待測板卡工作時長信息、工作電壓及電流信息。之后進行CAN總線通信可靠性測試，即發送一組測試數據給待測板卡，待測板卡的CAN口接收后將收到的數據再返給測試控制板，測試控制板檢測數據收發是否正常，重復多次并統計誤碼率。

（2）音頻通道檢測。測試控制板發模擬音頻信號（1 kHz、0 dBu）到待測板卡音頻輸入端，音頻信號通過待測板卡的全部音頻通路，板卡自身的檢測電路對音頻輸出端的模擬信號采樣并計算信號幅值，將幅值結果返給測試控制板。

（3）GPIO控制信號檢測。GPIO作為輸入時，測試控制板發送一組數據給待測板卡，待測板卡通過CAN通信給測試控制板反饋接收到的GPIO數據。測試控制板對發送和接收的結果進行比較，從而判斷待測板卡GPIO處理電路工作是否正常。GPIO作為輸出時，測試控制板通過CAN通信發送一組數據，待測板卡接收數據后，通過GPIO管腳輸出。測試控制板讀取數據后與已發送數據進行比較，判斷待測板卡GPIO處理電路工作是否正常。

4 柔性測試設計

柔性測試設計的目的有兩個。

（1）當有大量板卡需要測試、老化時能夠方便、快速、準確地進行批量測試的工作，通過測試單元的標準化實現。測試單元的標準化是指測試單元與具體廣播系統無關，每個測試單元有自己的識別碼，用于上位機向各個測試單元發送測試指令、識別測試數據來自哪臺測試單元。批量測試容量的大小僅取決于測試單元識別碼的數量。目前測試單元識別碼的數量為255，即上位機可以同時連接255臺測試單元，每個測試單元可以插入8塊待測板卡，這樣一次可以對255×8=2 040塊板卡進行測試。如果有需要，可以改變識別碼的數據寬度來進一 步擴充。

（2）當測試項目有變化、增加或減少時，可以根據需要更改測試單元內的測試控制板上的軟件，從而靈活調整測試項目乃至測試流程。即測試控制板也是個“標準化”設計，可以通過加載不同的程序實現不同的測試功能。這樣的設計可以應對廣播系統的定制化需求，避免為不同的廣播系統設計不同的測試平臺，從而減少資源浪費。

5 結 語

廣播系統板卡自動測試平臺可以實現大容量（最大255×8塊板卡）、高精度的測試。測試項目覆蓋電壓、電流、音頻電平、頻響、失真[3]、噪聲、 RS-485總線以及CAN總線。測試過程實現了板卡自動識別、測試流程自動控制、測試信號自動產生以及測試結果的自動判定、記錄、歸檔。測試工作效率由單人每天完成80塊板卡測試提高到僅需 2 min即可完成80塊板卡測試。同時減輕了測試工作強度，測試人員僅需要稍加培訓掌握上位機測試界面的操作即可。可見，廣播系統板卡自動測試平臺創造了一種全新的測試工作模式，可以大幅提高廣播系統板卡測試和日后廣播系統硬件維護工作的效率，降低工作成本。該平臺未來與人工智能、大數據、云計算等技術相結合，會具有更廣闊的發展前景。