机载机电系统自动测试平台的设计与实现

武君胜,李 莉,,曹 静,张 双

(1.西北工业大学 软件与微电子学院，西安 710072; 2.中航工业西安航空计算技术研究所，西安 710068)

机载机电系统自动测试平台的设计与实现

武君胜1,李 莉1,2,曹 静1,张 双2

(1.西北工业大学 软件与微电子学院，西安 710072; 2.中航工业西安航空计算技术研究所，西安 710068)

以提高某型飞机机载机电系统UMS的外场故障定位和隔离能力为背景，实现资源整合，对UMS系统通用自动测试平台GPATE的硬件结构与软件技术进行了研究，介绍了GPATE平台的硬件结构的组成和软件架构的设计，在GPATE平台上采用标准化、模块化设计，实现了硬件的通用性和软件的可移植性；通过实验室静态仿真和外场动态验证表明，GPATE的设计合理、各项指标均能满足实现对UMS系统功能测试的要求，有效地提高了产品的故障检测率。

通用自动测试平台；测试程序集；机载机电系统；可移植性

0 引言

在现代飞机一体化发展的大趋势下，飞机机电系统正向着综合化、多电化和智能化的方向发展，目标是实现功能、能量、控制和物理4个方面的全综合[1]。现阶段，已将飞机的燃油系统、液压系统、环控系统、电源系统和刹车系统等融合设计为机电系统(UMS)，实现了物理结合、综合控制和能力管理，是飞机机载系统综合化的一大跨越。

针对UMS系统的测试是贯穿其设计、生产、维护和维修的全寿命周期过程中必不可少的重要环节，也是检验系统工作状态的重要手段[2-3]。依据飞机UMS系统的组成特点，针对其工作的重要性和架构的特殊性，遵循通用化、标准化及模块化的原则，研制通用自动测试平台(GPATE)。GPATE是以ATLAS 716编译器和可互换虚拟仪器(IVI)驱动技术为核心的软、硬件结合的集成系统，它由自动测试系统集成、测试程序开发、调试及运行等多重功能和环境组成，支持IVI-C和IVI-COM接口，提供同类仪器的互换机制，实现同类仪器驱动器函数形式和参数的完全统一[4]。此设计使GPATE的硬件接口具有通用性和开放性、测控软件可移植且可重构，实现了平台的灵活组建，满足了系统的扩展需求。

GPATE包括通用检测平台、系统专用适配器及测控软件三部分，文中将对平台硬件技术、测控软件技术进行详细研究，并对系统专用适配器的实现方法进行介绍。

1 GPATE平台硬件技术

1.1 通用检测平台的硬件结构

GPATE的硬件结构如图1所示，主要由系统控制器、测试系统主机箱、适配器(TUA)和被测单元(UUT)四部分构成[5]。其中：系统控制器和测试系统主机箱的组合则被称为‘通用检测平台’(见图1中的虚线部分)。

图1 通用检测平台硬件结构

1)系统控制器。采用外置式计算机，用于管理和控制系统的运行，是整个测试系统的核心，完成的功能包括测试控制、故障诊断控制、界面和数据显示及系统管理等。

2)测试系统主机箱。包含电源、总线背板、冷却系统、模块化仪器(例如测量类仪器、能源类仪器、开关模块和通用负载等)、ICA端口连接器、各种内部总线和连线等。其中，主机箱内所有模块化仪器的输入、输出端口直接与ICA相连。

3)通用资源控制总线。系统控制器通过VXI/PXI总线等方式完成对测试系统主机箱内各种测试资源的初始化，并收集测试结果、存储和显示。

4)模块化仪器。接收来自资源控制总线的命令，确定能源类模块和负载类模块的状态；通过开关模块实现系统测试通路的分配和控制；使用测量类仪器完成对系统输出信号的测量；并通过资源控制总线反馈测试结果。

1.2 硬件结构设计

GPATE采用箱体式硬件结构，使用紧固卡口实现箱体之间的对接。为了便于运输，在箱体组合和内部仪器之间设有减震装置。箱体组合的前后部还设有挡板，可在运输或储存过程中起到防尘和防潮的作用。

使用时，在箱体组合后部通过电缆将GPATE的测试资源全部连接起来；箱体组合的前部则连接系统控制器，实现操作平台与测试系统的对接。

1.3 测试适配器设计

系统专用适配器(TUA)作为GPATE平台硬件的组成部分，主要完成通用检测平台与UUT之间的连接、对输入/输出信号进行调理、对通用检测平台和UUT起到隔离保护的作用。在通用检测平台的ICA端配置了所有常用测试资源及足够的开关资源。UUT可根据测试需求，在TUA端的ITA端设定自身的所需的测试资源。

2 GPATE测控软件技术

2.1 UMS测控软件的组成

UMS系统测控软件(TP)由通用检测平台端的测试/激励软件(SP)和UUT端的驻留软件(RP)构成，如图2所示。

图2 UMS测控软件组成

其中：

1)平台测试/激励软件(SP)由实时多任务操作系统及测试应用程序组成，支持对GPATE提供的资源进行自动分配和重新配置；负责完成对UMS系统功能和主要性能的测试；对GPATE的测试结果进行分析和处理，使整个UMS系统能够安全、可靠、正常的运行，并为UMS的可恢复使用测试提供支持。

2)UMS内部驻留软件(RP)，支持数据的显示和程序的加载运行；完成UMS系统和GPATE之间的数据交互；根据GPATE的测试命令，完成相应测试。

2.2 测试流程

UMS的TPS测试可分为A通道测试和B通道测试两大部分。而A、B通道的测试则包括存储器测试、中断测试、串行口测试、离散量输入测试、离散量输出测试、直流模拟量输入测试和交流模拟量输入测试等七个部分，详见图3。

图3 UMS TPS测试模型

TPS运行过程中，平台测试/激励软件(SP)会先与UUT内部驻留软件(RP)建立通讯(即RS232)，再按照测试要求完成UMS产品的各项测试。如果在测试过程中发现有故障，即认为其中的某个部件或某几个部件有故障。

2.3 检测要求

1)识别电阻测试：TPS运行应先检测TUA和UUT标识电阻；若阻值错误，则认定TUA和UUT不对，必须更换。

2)UMS上电检测：UMS上电后，如选择A通道测试，则检测A通道电源部件PS(A)输出电压，若在有效范围内，则认为PS(A)正常；反之则报故，不再测试。如仅选择B通道而不做A通道测试，则检测PS(B)输出电压，若在有效范围内，则认为PS(B)正常；反之则报故，不再测试。

3)建立RS-232通讯：UMS与GPATE之间采用RS-232串行口通讯。UMS上电后，若PS(A)正常，则‘建立RS-232(A)通讯’，如果失败，不再进行测试。若PS(B)正常，则‘建立RS-232(B)通讯’，如果失败，不再进行测试。

4)存储器测试：测试UMS中处理器部件的存储器，包括ROM、SRAM和FLASH等。

5)中断测试：对UMS定时中断、汇流条短路中断及信号中断的测试。

6)总线测试：对UMS与航电系统进行通信的1553B总线接口的测试；对UMS与座舱显示器进行通信的HB 6096总线接口的测试；对UMS与左、右GCU和MMP进行通信的RS-422接口的测试。

7)离散量输入测试：每路信号都有两种状态，如‘27伏/开路’或‘GND/开路’；GPATE为每一路信号提供这两种状态。

8)离散量输出测试：每路信号亦有两种状态，如‘27伏/开路’或‘接通/断开’；GPATE能够分别检测每一路信号的这两种状态。

9)模拟量输入测试：GPATE模拟飞机电源系统各类直流或交流汇流条的电压，由UMS进行采集和检测。

3 试验结果与分析

以UMS的‘存储器测试’为例，说明UMS利用GPATE实现功能测试的过程。存储器测试项包括：SRAM测试、FLASH测试、EPROM测试、EEPROM测试。由GPATE向UMS系统发送存储器测试命令后，依靠UMS系统内部的驻留测试支持程序对存储器进行测试；测试完成后，由UMS系统向GPATE发送测试结果。测试流程如图4所示。

图4 存储器测试流程

具体过程如下：

1)UMS的TP开始运行后，由操作人员检查是否已连接好UMS和UMS-TUA。如果已连接，继续运行TP；如果未连接，TP停止、退出运行。

2)在操作人员确认UMS-TUA已完全连接好了之后，需检查UMS-TUA的使用是否正确。如果确认UMS-TUA使用错误，则TP停止运行，并更换适配器；如UMS-TUA的使用是正确的，则TP将再次检测。

3)要求操作者在开始测试前对操作者的姓名和代码进行记录，并按照屏幕显示的表格进行填写，信息包括：“操作者”、“LRU型号”、“LRU编号”、“LRU版本”和“测试类型”等。

4)填写信息完成后，GPATE就会给UMS系统上电。同样，在系统测试完成后，亦会执行UMS系统的下电步骤。

5)UMS系统上电后，GPATE对RS-232串行口进行初始化，并执行通信握手程序，使UMS系统和GPATE建立RS-232通信。

6)RS-232通信建立后，TP继续运行，出现图5所示的‘测试选择界面’，操作者可根据所需的选择需要测试的内容。本次选择“存储器测试”。

图5 测试选择界面

7)存储器测试步骤：GPATE给UMS系统发送测试数据包；UMS系统根据测试指令对存储器进行测试，测试完成后向GPATE发送测试结果；GPATE判别UMS系统的测试结果。

8)验证结果窗口。测试程序运行过程中，所有测试结果出现在测试结果窗口，如图6所示：当测试结果为正常，“测试信息”一栏的值为“存储器测试正确”；当测试结果为故障，“测试信息”一栏的值为“存储器测试错误”。

图6 测试结果窗口

9)UMS系统TPS测试结束后弹出‘TPS结束对话框’，点击关闭测试程序。

TP不仅可以完成针对某一项或某几项功能的定点测试，还可以按照2.3节的检测要求，顺序完成对UMS功能的测试。

4 结束语

以某型飞机的机电系统(UMS)作为目标机，在实验室条件下完成对GPATE各项测试功能的静态仿真，并在外场完成对GPATE各项测试功能的动态验证，验证结果表明：GPATE能够满足UMS各项功能性能的测试要求。GPATE的使用，不但有效地提高了UMS系统离位测试(I-Level)的故障定位和故障隔离能力，还简化了系统的排故流程、缩短了系统的维修时间，极大地提高了生产效率，目前该项目已完成设计定型并装配使用。

[1] 林 明，蔡增杰，朱武峰. 飞机机电系统发展趋势与启示[J]. 机械研究与应用，2011,06(2):153-156.

[2] 王绪飞. 国产化通用测试平台的研制建设[J]. 电子世界，2013(14):11-12.

[3] 卢慧卿，孟 晨，方 丹，等. 通用检测系统的研究与实现[J]. 弹箭与制导学报，2010,10(5):185-188.

[4] 崔亚君，祝华远，殷 磊. 某型舵机自动检测系统的设计[J]. 装备制造技术，2011(2):67-69.

[5] 北京东方信标表测试技术有限技术. GPTS3.0培训手册[Z]. 2008-08.

Design and Implementation of Automatic Test Platform for Aircraft Unities Management System

Wu Junsheng1, Li Li1,2, Cao Jing1, Zhang Shuang2

(1.School of Software and Micro-electronics，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China；2.AVIC Xi’an Aeronautics Computing Technique Research Institute，Xi’an 710068，China)

In order to improve the field fault location and isolation capability of Aircraft-Unities-Management-System (UMS) as the background, to achieve the integration of resources, research of the structure of the hardware and software technology of General-Purpose-Automatic-Test-Equipment (GPATE) of the general UMS, introduces the design of hardware structure and software architecture composed of the GPATE, using GPATE standardization modular design, implement the general hardware and software portability. Through the static simulation the laboratory and the field dynamic verification, the design of the GPATE is reasonable and the indexes can meet the requirements of the functional test of the UMS, and the fault detection rate of the product is improved effectively.

general-purpose automatic test equipment (GPATE); test program set(TPS); unite management system (UMS); transportability

2016-10-14；

2016-11-24。

航空科学基金(20141931001)。

武君胜(1962-)，男，陕西西安人，教授，博士研究生导师，主要从事软件工程和科学计算可视化等方向的研究。

1671-4598(2017)04-0012-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.04.004

O213.2

A