综合导航设备地面检测系统的设计与实现

陈剑，郑世明，刘佳

（航天恒星科技有限公司北京100086）

随着卫星导航设备需求量的不断增加，可靠性要求不断提高，在导航设备研制任务量不断加大的同时，对导航产品的测试需求也在不断的提高。以往靠研发工程师自行测试的方法已经无法满足日益增长的任务需求，也无法保证产品测试较高的覆盖性。

针对以上特点，本文依据现有型号的星上导航电子设备的检测需求，进行综合导航设备地面检测系统平台的研制，即为在实验室验证星上导航电子设备的综合仿真测试平台。此检测系统是在星上设备提交到总体单位之前，作为信号级功能和性能验证的手段和工具。该设备应该具有开放的接口和二次开发能力，可以根据目前和未来的型号进行定制，扩展和升级。

1 测试系统技术概述

通用测试系统的硬件平台以标准总线（如VXI、PCI、PXI、GPIB等）为基础，拥有通用测试结构和统一、规范的接口标准以及统一规范的机械安装、冷却方式和电气连接，具有硬件扩展的灵活性。软件平台以“互连、互通、互操作”原则作为基本要求，测试及诊断技术通过计算机总线及网络的综合集成，测试和诊断信息的融合和共享已成为现代测试技术的发展潮流。

虚拟测试系统[1]是一个开放式的结构，按照IEEE1226ABBET（板基测试环境）标准划分层次，将基于组件的功能模块挂在软总线上。整个虚拟测试系统按照分层模式进行组织，测试资源的驱动定义为物理层；测试、诊断的处理分析、接口关系的组织定义为抽象层和数据层；测试流程的组织、测试的人机交互定义为应用层。

各模块之间广泛采用了测试领域和其他相关领域的标准接口（或协议）进行相互联系，如：IEEE1226、IEEE1232、IVI、VPP、IEEE1445、TCP/IP等。为了保证系统的灵活性，同时充分发挥开发设计人员的创造力，只从接口上对开放式系统进行定义，而不定义各模块的内部具体实现。同时还考虑到了系统功能的可扩充性和技术的可升级性。开放式测试系统的体系各功能模块之间由标准接口定义。

2 研制任务需求分析

根据被测设备对测试系统功能及性能等各项需求，现总结如下：

2.1 接口要求

系统要支持以下总线和信号接口：1）2通道MIL-STD-1553B总线接口；2）2通道CAN总线接口；3）RS232/RS422/RS485总线接口；4）10通道以上AD/DA接口；5）32通道标准TTL输入输出；6）8通道继电器输出接口。

2.2 软件功能要求

系统软件要实现以下功能：

1）可以根据需要对系统内的各种接口信号进行控制，以实现测试任务；

2）可以根据设置对测试任务执行过程中的信号和数据进行记录；

3）可以实现对总线信号的记录；

4）提供二次开发接口。

根据以上需求分析，为完成测试任务，需要多种接口协议的指令信号的通讯，并能够进行总线信号的记录和分析。针对多种接口，可采用将各种接口统一为一种总线信号的方法，以方便进行记录和控制。

3 测试系统硬件设计与实现

采用PCI总线[2]实现本系统，该系统硬件主要组成有主控计算机、通讯系统、实时控制和仿真测试部分。其中实时控制和实时仿真测试系统主要采用PCI-5260[3]20槽PCI机箱、PCI零槽控制器PCI-6002-B、以及双通道1553B板卡、CAN总线接口卡、RS485接口卡、RS422接口卡、RS232接口卡AD/DA接口卡TTL接口卡和LVDS接口卡组成。其中除了机箱和PCI零槽控制器是采购外，其余都是自主研制板卡来实现。系统结构如图1所示。

图1 检测系统结构图Fig.1Structure diagram of detection system

PCI-5260机箱和PCI-6002-B主板如图2所示。

图2 PCI机箱及主板Fig.2PCI chassis and motherboard

4 软件设计结构

4.1 总体概述

4.1.1 基本功能

该综合导航设备地面检测系统平台配置1套软件，其基本任务是在实验室验证星上导航电子设备的综合仿真测试平台，能够独立控制各个开放接口，因此具有二次开发能力，可以根据型号不同进行定制和扩展升级，是在星上设备提交到总体单位之前，作为信号级功能和性能验证的手段和工具。

4.1.2 数据处理流程

数据处理的基本流程是：综合导航设备地面检测系统平台通过Windows界面显示部分启动系统平台后，主控机通过Windows服务程序模块部分的通信管理软件模块[4]和主卡机、各个板卡以及被测设备之间进行通信，对平台的软硬件进行自检，合格后调用测试软件模块对被测设备进行测试。测试流程根据测试项目和工况的不同可进行调整。

4.1.3 运行环境

操作系统：Microsoft Windows 2000/XP操作系统；编译调试系统[5]：C、C++或Java。

4.2 系统软件架构

系统的软件结构主要是在Windows平台下进行的，总体模块主要包括显示模块、通信管理模块、日志管理模块、辅助管理模块、测试系统管理模块、连接关系和对应关系模块，其软件结构如图3所示。

4.3 软件功能设计

4.3.1 显示管理模块

1）作用此模块主要是通过主控机上的设计面板来显示当前的测试信息，同时在其他的从显示机上可以显示日志信息、录取信息和回放信息等；另外用户也可以将一些测试信息放到从显示机上进行显示。主控机上的设计面板除了显示测试信息外，还具有通过控制面板来控制底层的测试任务的功能。

图3 检测系统软件结构图Fig.3Software structure diagram of detection system

2）组成本模块主要由主控机显示和从显示机两大部分组成，其中主控机由显示面板和控制面板部分组成，控制面板由控件属性、变量、触发控件等组成。

3）接口其接口主要是通过变量和触发控件等来和底层进行交互。

4）实现方法主控机控制面板的实现：将随着控件属性值的改变而变化的底层I/O接口参数以及具体所需要的参数设定的确认等触发控件输入给某些控件，从而进一步确认输入的所需信息和设置的控件参数，并由主控机的控制面板接收控件的相关信息，待控制测试模块发送相关触发信息。

当测试模块获得主控机控制面板的触发信息，将该信息下传给通信管理软件模块，同时所需要显示的相关信息等通过主控机显示面板显示。

4.3.2 通信管理模块

1）作用本模块的作用主要是用来进行各个模块间的通信，主要负责主控机与主板之间的通信，主板与从板之间的通信、主从板与被测设备之间的通信等，同时还负责将系统初始化的信息和测试的信息能通过此模块的作用上报到主控机或从显示机上进行显示，用户通过控件面板下达的信息也是通过此模块的作用下发到各个测试板卡上去，进而操纵底层的I/O接口参数的变化。

2）组成主控机与主板通信、主板与从板通信、主从板与被测设备通信等三部分组成。

3）接口socket套接字、IP地址、PORT端口、通道等。

4）实现方法通信管理模块通过FTP实现主控机对主从板卡的控制，包括设定测试那台被测设备、放到哪个从板来测试等，同时初始化主板负责收集本卡式及从板的信息上报到主控机上。主从板根据用户传下来的控制信息对I/O接口的相关参数进行调整配合完成检测设备的目的。具体的实现方法如图4所示。

图4 通讯管理模块框图Fig.4Block diagram of communication management module

4.3.3 测试系统管理模块

1）作用本模块的主要功能是根据用户的操作来实现对设备的检测。

2）组成由变量引起的参数变化，控件触发引起的变化情况等。

3）接口变量、控件触发等。

4）实现方法主控机控制面板发送的变量变化、触发控件和更改控件相关属性信息等通过通信管理模块下传给测试系统管理模块，从而进一步确认是否启动测试模块任务，并将测试后更改的相关信息上报到显示机显示。启动测试模块任务可以测试软件模块根据变量或事件触发情况，通过映射关系找到对应的I/O接口参数，对其进行调整。

具体的实现方法如图5所示。

图5 测试系统管理模块框图Fig.5Block diagram of test system management module

4.3.4 连接关系和对应关系模块

1）作用此模块主要是完成变量、触发控件等与底层IO参数之间的映射关系，建立上层变量信息与底层的联系，使之能通过上层的操作来控制底层IO参数的变化，实现检测的任务。

2）组成变量和触发控件与IO通道、参数之间的对应关系。

3）接口触发控件、变量、通道等。

4）实现方法①入接口实现方法，建立一个变量数组表，数组中的每一项对应于输入接口中的一个通道，建立二者之间的逻辑关系，当变量变化时，其通道中的相关参数也会对对应地发生变化。②出接口实现方法，将变量数组的其中的一个变量对应于输出接口中的一个通道，这样通道的变化就和变量建立了一一对应的关系。

4.3.5 辅助管理模块

1）作用此模块主要是完成数据的录取和回放功能。

2）组成数据录取、数据回放

3）接口变量、触发控件等。数据录取：接收要求进行数据录取的变量或控件触发接口，以及数据录取完毕的反馈信号接口（可为变量或者一个响应控件定义）数据回放：接收要求进行数据回放的控件触发按钮，设置回放的一些参数，包括回放开始时间、结束时间、速率等。

4）实现方法可在主控机的控制面板上添加一些控件，设置一些参数，如录取开始时间、结束时间、录取条件、录取速率、所要录取的具体的设备名、录取的相关内容、涉及的具体的变量及控件名、触发控件条件等，对回放也要设置相关的参数，如回放的开始时间、结束时间、回放的速率、回放的内容等，当设置好相关的参数信息后，软件系统可用结构体数组的形式进行存储和记录设定的内容，通过通信软件模块下达到具体要执行的板卡，当条件满足时，在对被测设备进行检测时进行录取，然后将录取的信息上传到辅助管理模块中进行保存，当主控机要求进行回放时，再调用这些信息进行在显示机上进行显示。

4.3.6 日志管理模块

1）作用此模块主要是记录检测的一些流程及相关的历史数据，当系统出现故障时可以有效地帮助技术支持人员进行及时定位，提供有效的数据信息，同时可以借此来分析软件的功能、可靠性、安全性等性能。

2）组成对变量的管理、对触发控件的管理、变量与底层IO接口变化情况的记录管理，故障信息处理情况的管理、记录和回放情况管理等。

3）接口变量、触发控件、通道等。

4）实现方法可在主控机的控制面板上添加一些控件，设置一些参数，如显示日志信息等，通过测试管理软件模块记录对被测设备进行检测时的信息，特别是得到主控机的控制信息后，测试管理软件模块如何对底层参数进行调整等，同时可以将变量与底层I/O对应关系、二者发生变化时的信息保存，当主控机要求进行回放时，再调用这些信息进行在显示机上进行显示。

5 结论

笔者分析了能够自动完成各项测试任务并存储、打印测试结果的系统软件平台，为今后虚拟测试系统的研制提供宝贵的经验。

随着信息技术的深入应用和测试需求的不断增加，现代测试系统事实上已经发展成为一个综合性的测试信息系统。虚拟测试系统的发展应以大力采用和推广总线设备作为ATE的总线标准，发展数字化仪器和数字化系统，提高测试系统的通用化程度和设备部件的互换性和互操作性，倡导“基本型”测试系统，增加对嵌入式测试支持技术的投入，完善系统的可测试性分配和可测试性设计，将系统的可测试性、可靠性和可维护性进一步统一起来，协调发展。

[1]江伟，袁芳.基于虚拟仪器技术的振动测试系统的设计[J].微机算机信息，2006（10）：12-18.JIANGWei，YUANFang.Vibrationbasedonvirtualinstrument test system[J].Micro-computer Information，2006（10）：12-18.

[2]李贵山，戚德虎.PCI局部总线开发指南[M].西安：西安电子科技大学出版社，1997：13-20.

[3]CompactPCI Specification.PICMG2.0.[EB/OL].1999.http://share.eepw.com.cn/share/download/id/1452.

[4]王思华，陈溯.PXI——新一代模块化计算机控制仪器的技术规范及其应用[J].中国仪器仪表，1998:（4）16-18.WANG Si-hua，CHEN Shuo，PXI-A new generation of modular computer-controlled instruments and application of technical specifications[J].China Instrumentation，1998，（4）：16-18.

[5]王春森．程序设计[M]．北京：清华大学出版社，1999．

[6]李江全.计算机测控系统设计与编程实现[M].北京：电子工业出版社，2008.