基于计算机总线的测试技术

张友森

摘 要：本文对基于PXI总线的测试进行研究，在硬件方面采用PXI总线设计电路板卡，考虑最大需求作为电路设计要求，从而保证了系统的通用性。以通信板卡功能进行设计介绍，对发送和接收功能设计进行仿真，描述PXI板卡设计的思路和方法。软件方面依照硬件板卡和功能划分，实现了模块化、可配置的程序设计，最终实现操作界面的智能应用。通过可靠性设计得研究和应用，达到提高测试设备应用的效果，使本文的研究成果可以顺利地推广应用到其他类似测试系统中。

关键词：PXI/CPCI总线；通用性；可靠性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.134

1 概述

在测控领域中目前通常采PXI总线接口的工控机，PXI是一种基于PCI标准的高性能工业总线，这种结构的工控机和标准的PCI总线工控机相比，改善了散热条件，提高了抗振动冲击性能、符合电磁兼容要求。在工控机中加装PXI总线接口测控板卡完成通信、采集和控制任务，借助Windows操作系统广泛的应用软件支持以及强大的用户图形界面，使测控系统具有便于开发、易于使用、能够使用多种调试工具的特点。本文研究的测试系统，是通过PXI测控板卡及实时软件设计来建立被测对象的测试验证技术。

2 测试系统组成

所谓的测试系统，首先必须要获得被测量的信息，并且根据被测量信息的物理特性，将其转换成容易处理和传输的电信号，然后将电信号所表示的信息进行变换或放大，再用指示仪或记录仪将信息显示或记录下来，并对信息进行处理，以获得反映实际被测量数值大小的测试结果。本文研究的信息处理单元测试台测试计算机系统CTS详细的总体构建结构如图1所示。

2.1 板卡硬件电路设计

各种PXI测试板卡的设计都采用智能化的设计思想，板卡自身具有数据的收发和处理功能，可以实时与上位机的测控软件进行通讯，完成各种控制指令。本文以功能测试板块为例简单介绍。

通信板卡的功能：实时接收连续的数据和发送数据。接收数据要求在接收过程中改变接收的起始和终止地址，并把接收到的数据全部存储到上位机，在接收过程中也可以选择读取单个地址的数据。发送数据要求实现发送上位机设定的数据，并可以改变发送的起始和终止地址，定时发送连续数据。系统功能实现主要是依靠在FPGA内部构造接收模块、两个缓存数据的RAM、仲裁机和中断发送模块。通信卡的工作原理如图2所示。

接收模块根据上位机启动命令，启动对数据的接收，并把数据缓存到RAMA中，当接收到的数据等于接收地址寄存器中的地址时，触发仲裁机，仲裁机对当前的两个RAM的工作状态进行切换，即RAMB开始缓存接收模块输出的数据，RAMA切换至待读状态。同时仲裁机触发中断发送模块，向上位机发送请求，上位机接收到中断后，用DMA 读方式来读取RAMA中的数据，也可以采用单次读的方式读取单个地址。这样反复操作，就能够实现对数据的实时的长时间的连续采集。上位机可随时发送接收结束命令来中止接收。由于每一组数据的最短间隔时间为5ms，这样就要求上位机能够在5ms内完成响应中断、读RAM的操作。如果不能在5ms内完成，就会造成丢数。

发送模块根据上位机通过DMA写的方式将要写的数据发送至发送数据缓存空间RAMC，再用单次写的方式将发送起始终止地址写入地址寄存器，再启动发送命令，由发送模块发送相应的数据。还可以根据需要，由上位机进行设定，定时发送多组数据。发送模块的设计，除了用于检测被测系统外，还可用于自检。

运用ModelSim对遥测通信卡的接收功能进行仿真，设定的接收中止地址rece_over_add为0x06（二进制为110），在仿真激励文件中施加激励为地址从0x00到0x07的数据。当遥测接收模块接收到地址为0x06的数字遥测数据时，下一个遥测数据不会被接收，在接收地址0x06的数据完成时触发中断，使仲裁信号flag取反，来切换两个接收RAM的工作模式。

2.2 测试软件设计

测试台测试软件主要由两大部分组成：① 主控测试软件，运行于PXI测试计算机，② 下位机软件，运行被测件内，配合PXI测试计算机软件完成各种测试流程。两部分软件相辅相成，互相配合，从而实现各种预期的测试算法、测试流程和测试功能。

主控测试软件由于运行于PXI测试计算机，因此采用WindowsXP操作系统，其主要由四个模块组成：人机界面、辅助功能、综合测试软件和结果处理输出模块。各个模块又由若干子模块构成，其具体的组织结构如图3。

3 可靠性设计

可靠性是指系统在规定的条件下， 规定的时间内完成规定功能的能力，它是对系统可靠程度的定性评价。可靠性定义有三个要素， 即规定的条件、规定的时间和规定的功能。系统的可靠性事实上是贯穿了三个环节：设计环节、制造环节和使用环节。任何环节上的失误都可以使系统的可靠性降低甚至被破坏。

3.1 设计环节提高系统可靠性

原理的优劣是系统可靠性的灵魂。设计原理的不合理， 可以使整个系统生来残疾， 也可以使系统在某种条件下失控，而这种故障是在制造与使用过程中所不能修复的。

（1）优化系统结构，软件模块化，硬件电路集成化；（2）降低元器件的使用应力，对重要部位可使用备份传感器、备份CPU、备份软件模块和备份输出等技术；（3）提供明确的用户界面和维护界面，界面越友好， 系统被篡改和被破坏的机会就越少。

3.2 制造环节提高系统可靠性

测控系统由各子系统构成， 各子系统又由众多的元器件构成。因此系统的可靠性在很大程度上取决于组成系统的元器件的可靠性。

（1）改进连接器的可靠性。连接器质量的好坏关系着整个系统的可靠运行，为在两个连接插脚之间保持良好的高导电通路， 应该在其表面镀上导电性好、抗腐蚀和防锈污的材料。（2）制造者的质量意识。

3.3 使用环節提高系统可靠性

无论是设计者、制造者还是使用者， 都应当明确系统的使用条件和功能。设计者有义务满足使用者所提供的条件，使用者也必须遵循设计者所赋予系统的条件。在使用环节上提高系统可靠性有以下儿个途径：

（1）对系统的设计要便于监视、控制和维护；（2）对操作人员进行足够的培训，按正确的规程操作，不能擅自进入维护界面；（3）正确的运输和贮藏，按技术要求定期维护。

4 结束语

本文的工程背景是某型导弹的测试系统研制，基于PXI总线搭建了测试系统硬件平台，研制的测试系统满足了用户要求的各种性能指标，并在实际使用中达到了良好的效果，本课题的研究对于提高我国导弹的研制和生产质量、增强我国的国防实力有着十分重要的意义。

参考文献：

[1]黄永飞，彭欣洁.导弹飞控系统测试技术[J].弹箭与制导学报，2009，29（01）：65-67.

[2]郑忠云，苏泽娟.浅谈PXI总线技术[J].仪器标准化与计算，2005（06）：21-23.

[3]王金明.数字系统设计与Verilog HDL[M].电子工业出版社，2002.endprint