电子设备可靠性试验性能测试远程控制方法探析

2021-01-13杨威杜爱华司毅刘玉石

环境技术 2020年6期

杨威，杜爱华，司毅，刘玉石

（1.中国船舶重工集团公司第七二三研究所，扬州 225001；2.中国船舶工业电工电子设备环境与可靠性试验检测中心，扬州 225001)）

引言

可靠性试验是分析、验证与评价产品可靠性的一种手段。通过可靠性试验，并对试验结果进行统计处理，可以获得受试产品在各种环境条件下工作时真实的可靠性指标，如失效概率、可靠度、平均寿命等，为使用、生产、设计提供可靠性数据。同时，对试验产品的失效分析，揭示产品的薄弱环节及其原因，制订相应的措施，达到提高产品可靠性的目的。

通常情况下，可靠性试验剖面会设置典型环境条件下的测试点，随着目前可靠性试验时间的增加，性能测试愈发受到各方重视。测试时间长、测试手段单一都会影响可靠性试验的进度与试验质量。某些测试环节需要打开试验箱门，严重影响可靠性试验的条件保证，因此电子设备可靠性试验性能测试远程控制十分重要，即在不开箱门的状态下，通过试验箱出线口在箱外完成全部性能的测试工作。

Keysight U1816X是由两个单刀六掷开关组成的开关矩阵。它能够在不改变物理连接的情况下，在多路信号间进行切换[1]。这使用户能够使用相同的设置执行多次测试，无需频繁连接与断开线缆，因此经常使用在多通道测试系统中。U1816X能够实现整个测试流程的自动化，提高多路信号测试时的吞吐量，缩短多个相同模块测试时，切换模块所需时间。KeySight官方提供的Coaxial Switches Software可用于远程控制同轴开关切换通道，如图1所示。但在其它测试系统中使用时需要频繁调用该软件，操作过程复杂且部分语言或开发环境下调用存在一定困难。针对以上问题，本文提出了在C++语言、C#语言及G语言(LabVIEW)下同轴开关的远程控制方法。

1 C++语言下的控制方法

C++语言是C语言的改进与扩充，是一种面向对象的语言。C++语言能够适用于多种操作系统下软件的开发，开发工作重用性、继承性高，结合MFC类库与VS开发环境能够有效实现远程控制、测试过程自动化等功能，搭建多种测试系统。

U1816X同轴开关通过后面板的USB B-4Pin型接口进行远程控制。C++语言在Windows系统下需要调用Windows API与同轴开关进行通信[2]。步骤如下：

①调用HidD_GetHidGuid函数获取当前所有可用设备的GUID，并保存至指向GUID类的指针中。这些设备的GUID中包含需要控制的U1816X同轴开关。

②获取设备描述信息，调用SetupDiGet-ClassDevs函数，对步骤①列举出的所有GUID执行。该函数的Flags参数应设置为DIGCF_PRESENT|DIGCF_INTERFACEDEVICE，函数的返回值即为设备描述信息。当返回值为INVALID_HANDLE_VALUE时，获取失败，检查U1816X连接是否正常。

③调用SetupDiEnumDeviceInterfaces函数，枚举出步骤②中设备信息集合包含的全部接口，并保存至指向DEVICE_INTERFACE_DATA的指针。

④获取上一步中接口的详细信息，调用SetupDiGetDeviceInterfaceDetail函数。第一次调用时返回值为错误值，调用GetLastError函数能够看到错误代码。这是正常现象，但这次调用能够获取设备缓存大小，用于向设备的缓冲区发送控制命令。

⑤再次调用SetupDiGetDeviceInterfaceDetail函数，获取接口全部信息。获取到的信息保存在函数调用时的第三个参数中。

⑥调用CreateFile函数，用上一步获取的接口信息中包含的设备路径创建通信连接，并得到同轴开关对应的控制句柄。

⑦调用WriteFile函数向同轴开关发送控制指令，控制U1816X切换通道。

⑧断开同轴开关连接时调用CloseHandle函数，将参数设置为同轴开关的控制句柄。调用后需要判断返回值是否正常，确保同轴开关正常断开连接。在步骤⑥中获取到的设备控制句柄可以用同轴开关的VID和PID值判断是否正确。调用HidD_GetAttributes函数，将参数设置为同轴开关控制句柄，即可获取同轴开关的 VID和PID值。同轴开关的VID和PID正确值可以在设备管理器中查看。在设备管理器中找到同轴开关，右键“属性”，在“详细信息”选项卡的“属性”一栏中选中“硬件Id”即可查看同轴开关的VID与PID。获取方法如图2所示。

2 C#语言下的控制方法

C#语言是由C语言和C++语言衍生出的面向对象的编程语言，它在C和C++原有功能的基础上进一步扩展，并去除了部分复杂的处理过程，使编程效率进一步提高。C#语言结合.Net Framework运行库能够以简单的代码实现复杂的过程，因此迅速普及，成为当代主要编程语言之一。

图1 U1816X官方控制软件

C#在控制U1816X同轴开关时需要调用Windows API创建设备的控制句柄，但可以调用.Net的自带函数获取创建句柄需要的参数[3]；获取控制句柄后，向同轴开关发送控制命令的方法也和C++不同。步骤如下：

①创建ManagementObjectCollection类的对象并调用构造函数获取即插即用设备集合，同轴开关使用USB控制，属于即插即用设备，因此集合的元素中包含同轴开关。

②在集合中遍历每个元素，通过元素的“Dependent”属性查询VID与PID值，与同轴开关的VID、PID比较，找到同轴开关对应元素后，记录下元素在集合中的位置。

③创建PnpEntityInfo类的对象，将④中查找到的元素属性值赋予该对象。该对象记录设备的Name、GUID、VID、PID等属性。

④查询PnpEntityInfo对象的Name属性，获取同轴开关的设备路径与GUID，并将VID、PID值插入，生成DeviceName。需要注意的是，DeviceName中的VID等属性需要按照顺序排列，否则DeviceName无效。

⑤调用Windows API的CreateFile函数，通过上一步生成的DeviceName创建同轴开关的通信连接，并得到对应的控制句柄。

⑥将同轴开关的控制句柄作为参数创建文件流，调用文件流的WriteFile函数即可向同轴开关发送控制指令，发送指令时需要采用中断方式。

图2 获取U1816X的VID、PID

⑦断开同轴开关连接时调用Windows API的CloseHandle函数，将参数设置为同轴开关的控制句柄，并判断返回值确保同轴开关正确断开连接。因为C#的代码大部分属于托管代码，而Windows API的函数为非托管代码，因此函数调用前需要预先声明。声明Windows API函数方法如图3所示。

3 LabVIEW下的控制方法

LabVIEW是由美国国家仪器公司开发的编程软件，采用图形化的编程方式，使开发过程更加直观、简单。LabVIEW自带多种标准库函数，如TCP/IP、ActiveX等，并支持GPIB、VXI、RS232等多种通信协议，可以方便地创建虚拟仪器，大大提高算法实现、仪器系统设计的效率。

图3 C#调用Windows API函数

LabVIEW不能直接控制U1816X同轴开关，需要先用NI-VISA创建同轴开关的驱动[4]。在驱动向导的硬件总线类型中选择“USB”后点击“Next”；在USB设备选择的“Device Id”中选择与同轴开关VID、PID对应的项，在其它显示区中确认同轴开关设备信息是否正确。确认无误后点击“下一步”；在“创建驱动文件”中输入驱动名和驱动文件保存路径，点击“下一步”后进入“安装选项设置”，选择第一项后点击Finish即可创建驱动文件，驱动向导会将驱动自动安装到系统中。同轴开关驱动安装后如图4所示。

LabVIEW需要调用VISA与同轴开关建立通信连接。VISA输入控件类型应设置为USB Raw，VISA输入控件会自动查找电脑中已安装的设备，并形成列表，在前面板中根据同轴开关的VID和PID选择对应项即可；向同轴开关写入控制命令可通过调用“VISA写入”实现。需要选择中断方式控制同轴开关[5]；程序框图如图5所示。