基于VxWorks的某装备自动测试系统设计与实现

刘恩凡，于洪涛

(1.中国人民解放军驻航天科工集团公司第三研究院三十五所军事代表室，北京 100013;2.北京航天测控技术有限公司，北京 100041)



基于VxWorks的某装备自动测试系统设计与实现

刘恩凡1，于洪涛2

(1.中国人民解放军驻航天科工集团公司第三研究院三十五所军事代表室，北京 100013;2.北京航天测控技术有限公司，北京 100041)

针对某装备的实时性测试需求、测试系统通用性和可扩展的需求，设计并研制了一套基于VxWorks操作系统的自动测试系统；该自动测试系统以工控机作为人机交互操作的核心；PXI机箱内置PXI仪器板卡和零槽控制器用于实现测试过程中激励信号的施加和被测对象响应信号的测量；系统软件采用虚拟仪器技术进行开发，虚拟仪器软件可进行二次开发和参数配置，使系统具有通用性和可扩展性；系统采用通用标准化信号接口连接器，保证了系统的扩展能力。

自动测试系统；VxWorks操作系统；PXI总线；虚拟仪器技术

0 引言

为了保证军队维护保障工作的快速与高效率，节约空间与成本，通常要求自动测试系统具有通用性和可扩展性，某些装备的导引头等组件通常是高精度和高实时性部件，运算实时精确，测试还要求自动测试系统有较高的实时性。针对这些需求，本文设计并开发了一套自动测试系统，该测试系统测试执行软件运行于实时操作系统VxWorks下，可满足实时性的测试需求。系统采用通用标准化的接口适配器，使系统具有通用性。系统的测试执行软件采用虚拟仪器技术进行开发，自动测试系统的功能可进行灵活地重构配置，使系统具有较强的通用性和扩展性。

1 系统结构及原理

自动测试系统是指能对被测对象进行自动化数据测量、处理、传输、存储并进行故障诊断和显示输出的系统。系统的整体设计采用模块化、通用化的思想进行方案设计，系统总体结构框图见图1。自动测试系统主要由自动测试设备(automatic test equipment，ATE)，测试程序集(test program set，TPS)和TPS软件开发工具三大部分组成，其中ATE属于测试系统的硬件设备，TPS和TPS开发工具属于测试系统软件部分[3]。

图1 自动测试系统整体结构框图

如图1中虚线框所示，ATE由工控计算机、程控电源、信号调理、激励与测量仪器系统和适配器接口组成。其中，工控计算机是测试系统的人机交互和控制的核心，工控机和其他ATE硬件设备之间采用网络接口进行连接，发送网络协议命令控制其他硬件单元协同完成测试工作。程控电源用于为被测对象提供测试所需的电压源和电流源。激励与测量仪器系统采用PXI技术，系统由嵌入式零槽控制器和多个仪器板卡组成，零槽控制器安装VxWorks操作系统和实时运行引擎，操控PXI仪器板卡完成对被测对象进行激励施加和响应测量。信号调理部分用于对测试中的非标准信号进行变换调理。适配器接口是ATE硬件资源唯一的输出接口，设计为通用接口，通过测试适配器实现与被测对象的对接。

测试系统软件用于管理测试系统资源，其中测试管理软件安装在工控计算机上，测试管理软件调配系统硬件资源完成测试工作，并提供测试结果的显示、存储、查询和打印等功能。基于VxWorks操作系统的实时执行引擎软件驻留在激励与测量仪器系统的嵌入式零槽控制器中，在工控计算机上的测试管理软件的调配下控制板卡仪器操作，并将测量结果通过网络接口返回至工控计算机。

2 测试系统硬件平台

自动测试系统的硬件设计主要是ATE的机体设计和适配器设计，根据测试资源的需求，选取成熟的货架产品进行系统集成。

2.1 人机接口

人机接口是测试系统的操作接口，自动测试系统的人机接口主要包含一体化键盘显示器和打印机，操作人员使用键盘输入测试操作和参数，测试系统将测试执行状态和测试结果等信息送到显示器，操作人员可对过往测试结果进行查询和打印操作。

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2.2 适配器接口

适配器接口作为测试系统的资源输出接口，为了提高系统的通用性和扩展性。适配器接口按照VPC公司的VPC9025标准进行设计。测试接口的标准化也使得测试系统间的测试一致性提高，便于实现测试系统间的互操作，及测试对象的扩展，从结构和功能上保证扩展性。信号接口连接器定义的标准结构、电气特性接口，保证了系统的扩展能力。

2.3 拓扑结构

基于分布式，模块化的设计思想，ATE各个组件均配备网络接口，如图1所示，ATE各个组件之间采用星形的网络结构进行交联。对于分布式系统, 节点之间的互联是构成分布式系统和决定其系统性能的关键因素之一，此处采用以太网更易于系统的扩展和管理维护。这种星形结构的优点是网络控制容易、便于扩充、可靠性好，当系统中某个组件发生故障时可进行快速替换，不影响其他组件的工作。系统采用客户端/服务器模式工作机制，工控计算机是整个系统的客户端，其他各个组件节点是分布式的服务器，测试工作由客户端发起，通过访问服务器程序，调配各个组件协同完成测试工作。

2.4 仪器系统

采用PXI总线模块构建仪器系统，PXI 总线是一种模块化仪器仪表总线，主要用于工业数据采集、自动化测试等领域。PXI 总线增加了仪器测量所特别需要的机械、电气和软件方面等方面的性能特点，同时为了满足数据通信、高精度的信号同步、与定时等要求，专门增加了星形触发线、高精度系统参考时钟和模块间的局部总线，性价比较高[4]。选用PXI 总线模块，使得系统灵活性好，程序开发方便，可缩短整个自动测试系统的开发周期。

如图2所示，仪器系统包含PXI嵌入式零槽控制器和PXI仪器模块。PXI嵌入式零槽控制器通过网络接口与工控计算机连接，控制器安装VxWorks实时操作系统，通过PXI总线对各个PXI仪器模块进行控制和数据交换。根据被测对象的测试需求，PXI仪器模块包含数字多用表，数字IO模块，脉冲计数器，模拟输出DA，扫描AD和1553B总线通讯模块。数字多用表模块用于测量交流或者直流信号电压、两线电阻等信号；数字IO模块用于产生数字IO状态置位；脉冲计数器模块用于对脉冲和时序信号的测量；模拟输出DA模块用于给被测对象提供模拟电压信号；扫描AD模块用于对瞬态模拟信号的采集；1553B总线通讯模块用于与被测对象进行1553B总线通信。

图2 PXI仪器系统组成

2.5 测试适配器

测试适配器是ATE设备与被测对象连接的桥梁，它把ATE设备提供的信号和电源等资源转接至被测对象，完成对被测对象的激励施加和测量工作。测试适配器采用符合VPC9025标准的接口与适配器接口对接，适配器面向被测对象的输出接口根据被测对象的不同而选用不同的接口。

3 系统软件设计

虚拟仪器技术[4]的核心是软件，硬件是基础，软件就是仪器。自动测试系统采用虚拟仪器软件架构的思想设计测试软件, 测试软件是一个虚拟仪器软件平台，使用者可以通过添加并配置虚拟仪器参数的方法，方便地改变、增减系统的功能与规模。

3.1 软件结构

测试系统软件的设计采用模块化和分层设计技术，模块化的思想是将应用程序拆分为各个独立的软件单元，顶层设计各个模块单元间的接口，然后分别设计开发各个单元，将软件开发过程转变为“搭积木”的过程。

软件采用分层递进式程序结构来实现系统架构，软件分为测试管理层、执行程序层和驱动程序层，软件基本结构如图3所示。

图3 测试系统软件结构

3.2 测试管理层

测试管理层包含用户权限管理，TPS开发平台，测试流程数据库，测试任务管理和数据管理与报表5个模块单元组成。用户管理模块主要完成与操作用户的交互工作，管理和记录用户操作情况。根据被测对象测试需求，用户可使用TPS开发平台进行测试流程开发。测试流程数据库模块用户存储用于编辑开发好的测试流程，并提供接口供测试任务调用。测试任务管理模块根据用户设定任务需求，提取测试流程文件，并调用测试执行程序进行测试工作。数据管理与报表模块用于处理测试返回的数据，对返回的测试结果进行显示、存储等操作，同时具备过往数据查询和测试结果打印功能。

3.3 执行程序层

执行程序层由测试管理层激活并调用，主要完成测试任务中测试流程的动作分解，根据软件系统内部接口协议对测试动作进行解析，分解出对应的各个分机组件操作，根据解析结果调用驱动程序层的各个分机组件的驱动程序进行激励施加和响应测量，并将测量数据返回至测试管理层软件。

3.4 VxWorks执行引擎

系统分机组件中的程控电源和信号调理模块功能比较简单，驱动程序以网络服务器模式运行，响应执行层软件的访问动作，本文不做详介绍。激励与测量仪器系统组成则比较复杂，嵌入式零槽控制器运行Vxworks操作系统和实时执行引擎，仪器系统驱动可以视为一个小型软件系统。VxWorks是由美国风河公司开发的微内核高性能可裁剪的嵌入式实时操作系统[6], 它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术领域中。

VxWorks支持多任务并行执行，为了提高测试系统的实时性，实时运行引擎采用多任务模式设计，实时运行引擎程序流程图如图4所示。执行引擎并行运行多个程序任务，其

中主任务是执行引擎的管理任务，它提供网络服务器模式供客户端访问，并根据客户端的访问命令调用相应的仪器任务控制PXI仪器的激励和采集动作。根据测试需求和PXI仪器板卡硬件配置，系统中由多个仪器任务，在仪器任务中既可实现单个仪器操作，也可实现多个仪器协同工作，完成复杂测试操作。

图4 实时执行引擎程序流程图

4 结论

论文依据实际工作中某装备的测试需求，采用网络分布式技术、PXI技术和虚拟仪器技术构建了一个通用自动测试系统。采用通用设备搭建硬件系统，通过软件开发来虚拟出多个功能仪器。系统硬件设备的搭建采用模块化分布式的思想构建，提高了系统的通用性、扩展性和可维护性。软件设计采用分层和模块的思想设计，结构清晰，便于后期扩展和故障排查。针对系统的实时性测试需求，仪器系统采用VxWorks操作系统，并开发了多任务执行引擎，保证了系统仪器操作的快速、实时性。

[1] 于劲松，李行善.下一代自动测试系统体系结构与关键技术[J]. 计算机测量与控制，2005, 13(1): 1-3.

[2] 杜 里，张齐善.电子装备自动测试系统发展综述[J]. 计算机测量与控制，2009, 17(6): 1019-1021.

[3] 王石记，潘安君. 新一代综合自动测试标准体系研究[J]. 计算机测量与控制，2011, 19(4): 746-749.

[4] 彭顺堂，耿向卫,等. 基于PXI 总线的某装备自动测试系统[J]. 四川兵工学报，2008, 29(5): 6-8.

[5] 高志华. 基于虚拟仪器技术的自动控制系统综合测试系统的研制[J]. 现代电子技术, 2005 ( 23): 57-59.

[6] 程敬原. VxWorks软件开发项目实例完全解析[M]. 北京: 中国电力出版社, 2005.

Design and Implementation of Automatic Test System Based on VxWorks

Liu Enfan1，Yu Hongtao2

(1.The PLA Representative office in 35th institute of CASIC, Beijing 100013, China;2.Beijing Aerospace Measurement & Control Corp.Ltd, Beijing 100041, China)

A automatic test system based on the VxWorks operating system is designed to meet the requirements for the real-time testing, universality and extensibility of the test system . The automatic test system is developed with industrial computer as the core of human-computer interaction operation. In the automatic test system, PXI chassis with PXI instrument board and zero slot controller is used to implement the testing process of signal exerting excitation and the measurement of the response signal. The system software that developed with virtual instrument technology is support for secondary development and parameters configuration. Standardized signal interface connector is used to guarantee the extensibility of the automatic test system.

automatic test system；Vxworks；PXI bus；virtual instrument

2015-08-09；

2016-01-19。

刘恩凡(1975-)，男，主要从事装备测试技术、自动化测试设备、综合保障等方向的研究。

1671-4598(2016)03-0106-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.03.029

TP3

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