航电机载计算机测试设备的设计与实现

2021-07-02李文衡高怡寒刘涛瑜

通信电源技术 2021年5期

李文衡，高怡寒，刘涛瑜

（中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，陕西西安 710068）

0 引言

民用航空电子设备复杂度高，集成难度大，通常需要通过测设设备来给被测产品施加激励，检测反馈的信号是否符合既定的功能测试目标，这对机载产品测试设备的设计研发提出了较高的要求。目前已有一些新的技术应用在航空电子测试设备上，如可测性设计与故障诊断技术和PHM故障诊断技术等[1-3]。

中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所的张克利针对舰载飞机提出了采用基于OSA-CBM标准的开放式体系架构的综合测试设备方法，有效实现对舰载飞机各要素的综合测试[4]。空军工程大学的肖明清教授利用PHM故障诊断技术对军用飞机测试设备的可靠性与易用性进行了分析，提出了对测试设备本身故障定位与维修进行改善的一些方法[5]。北京航空航天大学的郭金海提出了一种基于NAMP测试环境的机载计算机模拟系统，取得了良好的测试效果[6]。中国直升机设计研究所的任远和海军航空工程学院的卢建华分别基于ATE技术和虚拟仪器技术对综合测试设备进行了设计与分析，结果表明改良的综合测试设备稳定可靠，便于地勤人员使用，解决了装备技术保障难题[7,8]。中航西飞的陈诚提出了一种基于合成仪器的航空无线电测试设备，其认为合成仪器将逐渐向着可定制与软件功能通用性更强的方向发展[9]。

随着航空电子技术的发展，机载计算机产品已大多采用基于总线技术的自动测试系统。目前主流的测试平台为PXI平台。PXI是美国NI公司1997年发布的一种新的总线规范，具有高度的开放性，可以进行模块化设计和二次开发利用。近几年，PXI系列产品得到了广泛应用，也在机载测试设备领域得到了认可。本文设计了一种基于PXI总线的机载计算机测试设备，该设备能够对产品进行有效的软件功能自动检测。综合测试设备可以支持两台机载计算机产品同时进行检测[10-12]。

1 测试设备硬件架构设计与实现

硬件通用测试平台主要为被测器件提供工作所需的各种激励信号、中间通道的各种控制信号、供电电源以及被测件需要的各种负载，并对被测产品输出的各种信号进行测试。监控和记录整个测试过程，并通过自检功能保证测试设备自身运转良好，保证系统安全正常工作。控制资源包括离散量信号（28 V地开，音频）、ARINC 429、RS232、ARINC 717信号以及AFDX等。硬件组成结构如图1所示。

图1 系统硬件结构组成

环境测试设备的硬件结构由电源控制箱、115 V/400 Hz单项交流电源、KVM、主控计算机1、主控计算机2、AFDX交换机、串口服务器以及接口适配装置等组成，测试板卡在工控机内部安装，通过实验电缆连接到被测产品上。被测产品的所有接口通过电缆的连接器引出，再通过航空连接器连接到插箱接口适配装置的面板相应连接器上，成为接口适配器的输入。接口适配装置将引入的所有信号通过RJ45、DB9、DB15、开关、音频接口以及电源接口等转换输出给用户或检测设备使用。

其中，主控计算机1中安装离散量卡、ARINC 429卡、千兆以太网卡、AFDX卡以及串口卡，是网口及AFDX程序运行的载体，主要用于产品1的调试。主控计算机2中也安装了离散量卡、ARINC 429卡、千兆以太网卡、AFDX卡以及串口卡，为网口及AFDX程序的运行提供载体，主要用于产品2的调试。115 V电源为两套被测产品提供115 V/400 Hz的单项交流供电。该电源选用1U单项交流3KVA标准机架电源，具有高功率密度和宽动态输入电压特点。可以实现远程上电功能，控制端口为1路RS485、1路LAN口以及1路CAN口。电源控制箱将输入的市电进行二次配电，并提供给KVM、工控机1、工控机2、AFDX交换机、串口服务器以及115 V电源等设备。KVM作为人机操作设备，与检测设备进行人机交互。KVM为4路输入，一路连接工控机，另一路连接以太网服务器，可以通过切换键盘快捷键对两个设备进行操作。串口服务器负责实现风机和115 V电源之间的RS485通信，可以通过程控风机上下电及电源输出。AFDX交换机负责实现与被测件之间的AFDX通信管理。风机用于试验过程中被测产品的散热，可以通过主控计算机实现程序控制上下电。通过电缆将被测产品与测试设备上的接口适配装置连接，接收检测设备的激励，发送状态信息。接口适配装置不仅具备了接口转接的功能，还集成了信号调理的功能，可以将PXI板卡的通用接口转换为电缆使用的专用接口，通过开关实现离散量的通断和主控计算机的上下电。

测试设备采用两套接口转适配装置来实现两台被测产品的信号转接功能。接口适配装置前面板通用接口板包括1个FE/GE/AFDX通用网口板、1个ARINC 429 通信接口板、1个RS232串口通信板、1个航空连接器接口板以及1个混合信号接口板。面板布局主要安装航插连接器接口板、接线柱、220 V插座、以太网 RJ45座、VGA接头、USB接口、离散量开关、I2C接口、ARINC 429接口、RS232接口以及电源开关等，X1～X4分别与被测产品连接。接口适配装置前面板示意图如图2所示。

图2 接口适配装置前面板示意图

2 软件设计

软件分为外围仿真软件和测试脚本两部分。使用模块化设计方法，根据产品测试需求，将测试软件划分为启动、用户管理、测试脚本、支持模块、信号校准以及辅助功能6大模块。再根据软件功能将每个模块划分为若干个子模块，便于使用和维护。整个软件测试流程如图3所示。

图3 软件测试流程

2.1 外围仿真软件

外围仿真软件模拟了软件的外部接口，可以通过测试设备为测试软件提供仿真激励信息，实现模拟仿真功能。外围仿真软件主要实现信号激励、信号采集以及根据测试过程对激励信号和反馈信号进行判断和记录分析的功能。

2.2 测试脚本

测试脚本是针对测试产品的测试功能需求，通过完整的程序控制不同功能测试脚本进行自动化测试工作。启动程序后，设备检测软件自动完成系统初始化操作，完成系统初始化操作后软件自动加载资源配置数据库文件，完成配置及初始化，然后自动执行自检程序完成对硬件板卡和电源的自检，并根据自检的结果执行下一步操作。若自检未通过，显示错误信息提示并询问用户退出程序或继续执行下一步，若选择退出程序则直接退出，若执行下一步则开启定时器启动对电源的实时监测。若自检通过则直接开启定时器启动对电源的实时监测，然后由用户选择是否需要修改脚本，若需要修改脚本则点击进入脚本编辑界面，用户完成脚本编辑保存后则从加载资源配置数据库开始重复执行之前的操作。确认脚本编辑后，用户可选择需要执行的测试，应用硬件平台测试或软件测试，然后选择测试用例文件或编辑新的测试用例文件，选择测试功能后进入相应的测试界面执行相关的功能测试，测试完成后退出程序。