基于PXI总线的机动电子装备通用测试平台的设计与实现

项勇

【摘 要】目前，一些功能单一、通用性不强、测试平台集成度低的故障检测系统已经不能满足现代机动电子装备的应急抢修需求。为此，本文着重研究了机动电子装备故障检测的通用测试技术方案和实现平台，给出了通用测试系统中总线型测试模块（仪器）选用、测试接口适配处理等关键技术的解决途径，以及为达到可移植性而采用的面向信号的测试软件设计方案，实现了多种有线、无线装备的通用性测试。

【关键词】自动测试；PXI总线；通用性；ATS；TPS

一、引言

随着科学的进步，机动电子装备变得越来越复杂，需要测试的参数多，精度高，使得与之配套的自动测试系统（Automatic Testing System，ATS）变得越来越复杂，开发难度不断增加，专用的测试仪器、测试系统已不能满足需求，而且测试装备数量多，建设、维护、保障的费用也非常昂贵，研究通用自动测试技术是必要的。

通用的自动测试系统的设计思想主要是采用模块化开放式的通用结构，以综合通用的测试设备代替单一功能的专用测试设备，实现资源共享；采用共同的测试策略，统一规划测试系统设计，利用共同的硬件平台及软件平台，从设计过程开始，就非常重视后续阶段的系列测试平台研制能够利用前一阶段的开发成果；采用较为成熟和先进的商用标准和技术，根据不同的测试要求，以核心测试系统为基础方便进行扩展。自动测试系统通用平台具有模块化、开放性和可移植性的特点，可以最大程度地节约成本，使系列测试系统的开发更方便、快捷、成本更低。

二、机动电子装备的特点及其通用测试需求

机动电子装备种类多，包括各种类型传感器、加固计算机、服务器、话音终端、显示控制设备、网络设备、交换控制设备、有线通信设备、无线通信设备等。装备主要特点：

1.信号类型复杂

按照不同分类方式可分为模拟/数字信号，无线/有线信号，低频/高频信号，语音/图像/数据信号，等等。

2.技术参数多

电子装备功能性能参数多，随着设备智能化的发展，可战场测试的参数越来越多。

3.准确度要求高

电子装备具有较高的测试精度需求，决定了测试设备具有更高的测试准确度，以保证测试结果与实际量值的准确一致。

4.实时化要求高

机动抢修要求自动化测试系统具有更实时的测试能力，包括实时测量、实时处理和实时传输数据的能力，形成高水平的综合测试诊断能力，实现对测试对象的自动检测、准确诊断和快速修复。

电子装备的自动测试系统用于机动电子装备的故障诊断和维修测试，是机动战场抢修车的核心组成部分。通过对被测试的电子装备进行信号特征分析，按照国际通用的测试硬件及软件标准，采取模块化设计思想，充分分析各类测试仪器、模块的优势，设计适应机动电子装备通用自动测试系统。该通用测试系统是基本通用系统，可覆盖多种被测电子装备的信号类型，适配器适应能力强，基于通用的硬件平台可很方便的完成测试程序开发。通用测试系统可重构，可扩充，可根据不同用户的测试需求，快速地在硬件平台上实现测试资源配置、接口适配器设计，测试程序可方便移植，以适应更多类型的电子装备。

三、基于总线模块（仪器）的通用硬件平台设计

系统通用硬件平台采用PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）总线技术、辅以GPIB （General Purpose Interface Bus）可扩展程控仪器组建智能测试平台，设计一个开放式、模块化的通用测试系统。

1.测试总线及测试模块（仪器）

PXI总线是基于PCI总线在仪器领域的扩展。PXI总线符合工业标准，在机械、电气和软件特性方面充分发挥了PCI总线的全部优点，符合PXI总线标准的测试模块信号类型丰富，是自动测试系统的高性能运载平台，符合PXI总线的测试模块类型丰富，方便集成。GPIB总线是一种数字式并行总线，属外部总线范畴。主要用于连接测试仪器，可以非常便利的扩展各种类型的独立设备，方便灵活，仪器还可独立使用，但是总线速率较慢。针对被测设备参数类型的不同和各类总线的特点，从总体易用性和测试需求方面综合考虑，采用PXI与GPIB的混合总线方式，利用两种总线的优势，提高测试平台的通用性、配置灵活性。

2.接口适配

测试接口适配器（Interface Test Adapter，ITA）主要负责测试仪器和被测对象（Unit Under Test，UUT）之间测试信号的输入和输出，实现测试信号转接和信号调理，是测试信号的一个转接中枢。接口适配器的作用如图1所示。

图1：接口适配的作用示意图

测试信号转接利用硬件平台中开关系统的不同组态，实现被测单元接口和测试资源间的连接与通道切换，节省测试资源，增强了系统的通用性。在设计中，采用多种开关拓扑结构组成的混合开关结构，将具有模块化的各种开关资源灵活配置和级连，通过软件完成各种组态和切换，实现测试资源端和被测资源端的任意两路信号可以互达。

信号调理根据被测对象信号特点，对信号调理模块进行系列化规划。模拟信号调理模块能够实现对模拟信号的放大、衰减、驱动、滤波等；数字信号调理模块实现对数字信号的隔离、驱动及F/V 变换等。这种系列化、模块化的信号调理方案，具有设计错误易修正、成本低、可靠性高、整机的维修性好和可扩展性等优点。

四、面向信号的通用测试软件设计

基于测试平台，针对被测装备研制的测试程序集TPS（Test Program Set），是向用户提供自动化测试功能的实体，可以使机动指挥系统电子装备的测试维修效率提高数倍甚至数十倍，是自动测试系统的重要组成部分。TPS软件通用性是自动测试系统通用性的重要体现，关键技术包括面向信号的编程和TPS可移植性设计。endprint

1.面向信号的编程技术

机动电子装备的接口类型非常复杂，如果针对每类设备的每种接口都开发相应的程序，程序的类型和数量将非常庞大。将每类设备按照接口信号类型归类，按照国标/国军标规定的方法对信号的测试方式进行分析，并参照设备厂家有效运行的测试维修方案，确定每种信号类型正确的测试方法，建立信号测试模型。针对每种信号的测试模型，采用面向信号的编程技术（如面向信号语言ATLAS），设计每类信号TPS，一类TPS程序即是一类信号的完整测试。

面向信号的测试流程描述语言，其代码主要根据测试需求、测试策略进行编写。在具体的测试设备中对测试流程描述语言源程序进行解释（编译）后，由测试流程描述语言定义的测试需求被映射成测试设备中的测试行为。测试流程描述语言不直接涉及仪器功能，有利于实现TPS的互操作性。

2.TPS可移植性设计

TPS可移植性设计是测试系统软件具有良好的通用性重要特征，是自动测试领域的重要研究课题。机动测试系统可移植性要求TPS能够适应不同的系统运行环境，在硬件方面要求适配器与测试平台对接使用标准信号接口，测试程序能够适应移植后测试平台硬件的变化。TPS可移植和互操作技术是实现测试软件可重用、扩展测试系统的应用范围、提高开发效率和降低测试系统开发成本的关键。TPS可移植性设计主要依托以下技术措施：

（1）仪器配置无关性。TPS采用基于信号的体系结构，信号接口隔离测试程序和具体仪器，使用面向信号的语言（如ATLAS）或其他语言使用面向信号方法编写TPS调用信号接口，使TPS 和仪器无关。

（2）适配器通用性。强化适配器通用性设计，使被测设备与测试平台间建立一种通用的、标准的连接关系。

（3）软件接口标准化。主控模块对不同的模块（仪器）设备进行准确的控制，使TPS获得更大的硬件独立性。

五、装备通用测试系统实例

某电子装备测试平台设计，遵守了通用测试平台的设计概念，采用PXI和GPIB 总线模块、仪器构建通用测试平台，如图2所示。测试模块、仪器选择通用的货架产品，包括18槽PXI机箱PXI-1045、零槽控制器PXI-8105、数字IO模块PXI-6509、数字多用表PXI-4070、动态信号分析仪PXI-4461、射频信号发生器PXI-5671、射频信号分析仪PXI-5660、矩阵开关PXI-2530、多功能串行测试模块PXI-8430/4，GPIB总线示波器等，测试信号类型覆盖关键被测设备信号类型，硬件平台方便调整和扩展。

六、结束语

为提高保障机动指挥装备的可用性和可靠性，研制机动电子装备战场抢修车的需求日益迫切，而自动测试系统是战场抢修车的核心设备。通过对军事需求、装备现状和技术发展趋势进行综合，我们认为，自动测试系统的研制中通用性设计是重点和难点。

本文针对机动电子装备特点，从软硬件两方面入手，论述设计通用自动测试系统技术途径。据此研制的战场抢修车在测试能力、智能程度上取得明显突破，扩充了有效测试电子装备数量及种类，在经济性和效益性方面大幅提升。

参考文献：

[1]杨瑞青、冯茜等.军用自动测试系统通用性技术研究与应用.国外电子测量技术.2009.28（1）

[2]李永明、王俭勤等.国外标准化通用航空电子自动测试设备现状和发展.计算机测量与控制.2004.12（1）

[3]管京周.基于PXI总线的导弹通用计量检定平台设计[J].计算机测量与控制2006，14（1）endprint

1.面向信号的编程技术

机动电子装备的接口类型非常复杂，如果针对每类设备的每种接口都开发相应的程序，程序的类型和数量将非常庞大。将每类设备按照接口信号类型归类，按照国标/国军标规定的方法对信号的测试方式进行分析，并参照设备厂家有效运行的测试维修方案，确定每种信号类型正确的测试方法，建立信号测试模型。针对每种信号的测试模型，采用面向信号的编程技术（如面向信号语言ATLAS），设计每类信号TPS，一类TPS程序即是一类信号的完整测试。

面向信号的测试流程描述语言，其代码主要根据测试需求、测试策略进行编写。在具体的测试设备中对测试流程描述语言源程序进行解释（编译）后，由测试流程描述语言定义的测试需求被映射成测试设备中的测试行为。测试流程描述语言不直接涉及仪器功能，有利于实现TPS的互操作性。

2.TPS可移植性设计

TPS可移植性设计是测试系统软件具有良好的通用性重要特征，是自动测试领域的重要研究课题。机动测试系统可移植性要求TPS能够适应不同的系统运行环境，在硬件方面要求适配器与测试平台对接使用标准信号接口，测试程序能够适应移植后测试平台硬件的变化。TPS可移植和互操作技术是实现测试软件可重用、扩展测试系统的应用范围、提高开发效率和降低测试系统开发成本的关键。TPS可移植性设计主要依托以下技术措施：

（1）仪器配置无关性。TPS采用基于信号的体系结构，信号接口隔离测试程序和具体仪器，使用面向信号的语言（如ATLAS）或其他语言使用面向信号方法编写TPS调用信号接口，使TPS 和仪器无关。

（2）适配器通用性。强化适配器通用性设计，使被测设备与测试平台间建立一种通用的、标准的连接关系。

（3）软件接口标准化。主控模块对不同的模块（仪器）设备进行准确的控制，使TPS获得更大的硬件独立性。

五、装备通用测试系统实例

某电子装备测试平台设计，遵守了通用测试平台的设计概念，采用PXI和GPIB 总线模块、仪器构建通用测试平台，如图2所示。测试模块、仪器选择通用的货架产品，包括18槽PXI机箱PXI-1045、零槽控制器PXI-8105、数字IO模块PXI-6509、数字多用表PXI-4070、动态信号分析仪PXI-4461、射频信号发生器PXI-5671、射频信号分析仪PXI-5660、矩阵开关PXI-2530、多功能串行测试模块PXI-8430/4，GPIB总线示波器等，测试信号类型覆盖关键被测设备信号类型，硬件平台方便调整和扩展。

六、结束语

为提高保障机动指挥装备的可用性和可靠性，研制机动电子装备战场抢修车的需求日益迫切，而自动测试系统是战场抢修车的核心设备。通过对军事需求、装备现状和技术发展趋势进行综合，我们认为，自动测试系统的研制中通用性设计是重点和难点。

本文针对机动电子装备特点，从软硬件两方面入手，论述设计通用自动测试系统技术途径。据此研制的战场抢修车在测试能力、智能程度上取得明显突破，扩充了有效测试电子装备数量及种类，在经济性和效益性方面大幅提升。

参考文献：

[1]杨瑞青、冯茜等.军用自动测试系统通用性技术研究与应用.国外电子测量技术.2009.28（1）

[2]李永明、王俭勤等.国外标准化通用航空电子自动测试设备现状和发展.计算机测量与控制.2004.12（1）

[3]管京周.基于PXI总线的导弹通用计量检定平台设计[J].计算机测量与控制2006，14（1）endprint

1.面向信号的编程技术

机动电子装备的接口类型非常复杂，如果针对每类设备的每种接口都开发相应的程序，程序的类型和数量将非常庞大。将每类设备按照接口信号类型归类，按照国标/国军标规定的方法对信号的测试方式进行分析，并参照设备厂家有效运行的测试维修方案，确定每种信号类型正确的测试方法，建立信号测试模型。针对每种信号的测试模型，采用面向信号的编程技术（如面向信号语言ATLAS），设计每类信号TPS，一类TPS程序即是一类信号的完整测试。

面向信号的测试流程描述语言，其代码主要根据测试需求、测试策略进行编写。在具体的测试设备中对测试流程描述语言源程序进行解释（编译）后，由测试流程描述语言定义的测试需求被映射成测试设备中的测试行为。测试流程描述语言不直接涉及仪器功能，有利于实现TPS的互操作性。

2.TPS可移植性设计

TPS可移植性设计是测试系统软件具有良好的通用性重要特征，是自动测试领域的重要研究课题。机动测试系统可移植性要求TPS能够适应不同的系统运行环境，在硬件方面要求适配器与测试平台对接使用标准信号接口，测试程序能够适应移植后测试平台硬件的变化。TPS可移植和互操作技术是实现测试软件可重用、扩展测试系统的应用范围、提高开发效率和降低测试系统开发成本的关键。TPS可移植性设计主要依托以下技术措施：

（1）仪器配置无关性。TPS采用基于信号的体系结构，信号接口隔离测试程序和具体仪器，使用面向信号的语言（如ATLAS）或其他语言使用面向信号方法编写TPS调用信号接口，使TPS 和仪器无关。

（2）适配器通用性。强化适配器通用性设计，使被测设备与测试平台间建立一种通用的、标准的连接关系。

（3）软件接口标准化。主控模块对不同的模块（仪器）设备进行准确的控制，使TPS获得更大的硬件独立性。

五、装备通用测试系统实例

某电子装备测试平台设计，遵守了通用测试平台的设计概念，采用PXI和GPIB 总线模块、仪器构建通用测试平台，如图2所示。测试模块、仪器选择通用的货架产品，包括18槽PXI机箱PXI-1045、零槽控制器PXI-8105、数字IO模块PXI-6509、数字多用表PXI-4070、动态信号分析仪PXI-4461、射频信号发生器PXI-5671、射频信号分析仪PXI-5660、矩阵开关PXI-2530、多功能串行测试模块PXI-8430/4，GPIB总线示波器等，测试信号类型覆盖关键被测设备信号类型，硬件平台方便调整和扩展。

六、结束语

为提高保障机动指挥装备的可用性和可靠性，研制机动电子装备战场抢修车的需求日益迫切，而自动测试系统是战场抢修车的核心设备。通过对军事需求、装备现状和技术发展趋势进行综合，我们认为，自动测试系统的研制中通用性设计是重点和难点。

本文针对机动电子装备特点，从软硬件两方面入手，论述设计通用自动测试系统技术途径。据此研制的战场抢修车在测试能力、智能程度上取得明显突破，扩充了有效测试电子装备数量及种类，在经济性和效益性方面大幅提升。

参考文献：

[1]杨瑞青、冯茜等.军用自动测试系统通用性技术研究与应用.国外电子测量技术.2009.28（1）

[2]李永明、王俭勤等.国外标准化通用航空电子自动测试设备现状和发展.计算机测量与控制.2004.12（1）

[3]管京周.基于PXI总线的导弹通用计量检定平台设计[J].计算机测量与控制2006，14（1）endprint