基于LXI的多總線融合的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

　　隨著我軍戰(zhàn)略指導(dǎo)方針向信息化方向轉(zhuǎn)變，高新技術(shù)在武器裝備全壽命周期內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致武器裝備的復(fù)雜程度與日劇增。傳統(tǒng)基于單總線的測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得難以滿足武器裝備的維護(hù)保障需求，主要表現(xiàn)在以下方面。

　　1） 測(cè)試系統(tǒng)單通信接口難以滿足武器裝備多數(shù)字接口通信的需要。為使武器裝備具備高性能的作戰(zhàn)能力，人們常將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)的最新研究成果應(yīng)用到其中，武器裝備與外界接口通常包含1553B、RS422和RS232等多種，接口形態(tài)呈現(xiàn)多樣化，測(cè)試系統(tǒng)需配置多種通信總線接口才能滿足武器裝備的測(cè)試需求。

　　2） 單總線測(cè)量?jī)x器功能覆蓋范圍有限。由于武器裝備的測(cè)試項(xiàng)目繁多，測(cè)試參數(shù)復(fù)雜，測(cè)試資源需求比較廣泛，測(cè)量裝置的頻率覆蓋范圍需要從低頻、射頻到微波。而目前軍用主流測(cè)試儀器總線（如VXI總線）限于結(jié)構(gòu)和儀器模塊因素，對(duì)射頻和微波測(cè)量?jī)x器的支持程度有限，而在此領(lǐng)域，GPIB總線儀器呈現(xiàn)出優(yōu)異性能。

　　3） 測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受限。由于測(cè)量模塊數(shù)據(jù)采集能力與測(cè)試環(huán)境的限制，測(cè)試系統(tǒng)通常需要觸發(fā)不同總線的儀器模塊同時(shí)啟動(dòng)某項(xiàng)測(cè)試才能完成測(cè)量任務(wù)，測(cè)試系統(tǒng)往往不具備滿足上述需求的統(tǒng)一觸發(fā)結(jié)構(gòu)。

　　4） 測(cè)試系統(tǒng)可移植性差、更新升級(jí)困難。當(dāng)前，不同軍種、不同維護(hù)級(jí)別的測(cè)試系統(tǒng)間缺乏互操作性。這種情形嚴(yán)重影響著測(cè)試資源的分配、測(cè)試序列的產(chǎn)生和測(cè)試結(jié)果的調(diào)用。而影響測(cè)試設(shè)備互操作性的主要因素是測(cè)試設(shè)備的總線種類繁多且相互之間不兼容。

　　在采用單一總線構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)難以滿足武器裝備測(cè)試需要的情況下，綜合多種儀器總線的優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)建基于多數(shù)字接口總線的多總線融合的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)成為軍用測(cè)試領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)之一。

　　定義 多總線融合的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)：測(cè)試系統(tǒng)包含兩種或兩種以上的數(shù)字接口總線，不同總線間可實(shí)現(xiàn)機(jī)械相容、電氣相容、功能相容和運(yùn)行相容。不同總線之間通過(guò)接口轉(zhuǎn)接裝置，實(shí)現(xiàn)機(jī)械和電氣相容;不同總線不同類儀器之間通信可屏蔽I/O接口的差異，實(shí)現(xiàn)“總線I/O透明”;不同總線同類儀器之間可屏蔽功能上的差異，實(shí)現(xiàn)“資源功能透明”，最終實(shí)現(xiàn)運(yùn)行和功能相容，滿足測(cè)試系統(tǒng)對(duì)不同總線測(cè)量?jī)x器的互操作與互換要求。

　　2 測(cè)試系統(tǒng)的總體框架

　　2.1 多總線融合的測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)

　　以LXI為基礎(chǔ)組建的測(cè)試系統(tǒng)能夠較好地滿足多總線融合的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建需求，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。LXI（LAN eXtension for Instrument）是LAN局域網(wǎng)技術(shù)在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，LXI儀器是嚴(yán)格基于IEEE802.3、TCP/IP、網(wǎng)絡(luò)總線、網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、IVI-COM驅(qū)動(dòng)程序、時(shí)鐘同步協(xié)議（IEEE1588）和標(biāo)準(zhǔn)模塊尺寸的新型儀器。LXI模塊借助于標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器實(shí)現(xiàn)信息瀏覽與程序控制，并以IVI-COM格式進(jìn)行通信，便于系統(tǒng)集成和同類型儀器的互換 。

圖1 基于LXI的多總線融合的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　圖1中，系統(tǒng)以LXI連接各儀器總線模塊，VXI、PXI和GPIB等總線模塊通過(guò)接口轉(zhuǎn)接器成為系統(tǒng)的組成部分。計(jì)算機(jī)控制器在操作系統(tǒng)的控制下作為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的指令執(zhí)行器。操作系統(tǒng)為多總線融合的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)提供文件管理、內(nèi)存管理、用戶界面消息響應(yīng)、測(cè)試結(jié)果輸出與打印、系統(tǒng)I/O請(qǐng)求處理等服務(wù)。

　　在系統(tǒng)I/O層，多總線機(jī)械、電氣相容轉(zhuǎn)接器與系統(tǒng)I/O接口交聯(lián)，提供多種測(cè)試總線接口。系統(tǒng)I/O接口還控制著“同步觸發(fā)控制邏輯”，實(shí)現(xiàn)不同總線測(cè)試資源的同步觸發(fā)，在軟件資源的配合下，滿足系統(tǒng)對(duì)多路信號(hào)同時(shí)測(cè)量的需求。

　　多總線融合的運(yùn)行相容和功能相容層主要包含：系統(tǒng)I/O總線驅(qū)動(dòng)層、多總線測(cè)試資源互換驅(qū)動(dòng)層、信號(hào)的虛擬資源需求到物理資源配置映射層、面向信號(hào)的虛擬儀器層。

　　系統(tǒng)I/O接口通過(guò)儀器連接總線LXI與多種儀器背板總線（VXI、PXI、GPIB等）相連，儀器背板總線上裝入測(cè)量?jī)x器。測(cè)試接口適配器與測(cè)量?jī)x器連接。測(cè)試接口適配器完成測(cè)量?jī)x器與被測(cè)單元的信號(hào)交聯(lián)，對(duì)輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行阻抗匹配變換，完成信號(hào)衰減與電平轉(zhuǎn)換等任務(wù)。

　　多總線融合的測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用軟件在多總線測(cè)試資源融合層上運(yùn)行，該層不含具體物理資源信息，按照面向信號(hào)、面向測(cè)試需求的模式進(jìn)行程序代碼編寫(xiě)。虛擬測(cè)試資源到具體物理設(shè)備的映射在多總線測(cè)試資源融合層實(shí)現(xiàn)。

　　為使多總線融合的武器裝備測(cè)試系統(tǒng)具有良好的人機(jī)環(huán)境，系統(tǒng)配置顯示器、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等人機(jī)接口以及打印機(jī)等輸出設(shè)備。

　　2.2 多總線機(jī)械與電氣相容實(shí)現(xiàn)方案

　　為將不同測(cè)試總線模塊集成到LXI測(cè)試系統(tǒng)中，有兩種技術(shù)方案可供選擇：開(kāi)發(fā)橋轉(zhuǎn)接器和接口適配器 。

　　橋轉(zhuǎn)接器由LXI接口和特定總線接口組成。LXI接口端實(shí)現(xiàn)LXI接口的所有要求，包括：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持，Web頁(yè)瀏覽與儀器控制，LAN配置初始化和IVI驅(qū)動(dòng)器。在橋轉(zhuǎn)接器的特定總線接口端，實(shí)現(xiàn)特定的硬件和軟件接口要求。例如，如果LXI橋轉(zhuǎn)接器連接GPIB儀器，橋轉(zhuǎn)接器不僅要支持LXI接口和GPIB接口，還需具備將軟件命令從LXI端映射到GPIB端的能力。

　　接口適配器將非LXI總線接口完全轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)XI接口。和橋轉(zhuǎn)接器不同，通過(guò)接口適配器，主機(jī)可以利用儀器驅(qū)動(dòng)器和Web頁(yè)直接訪問(wèn)和控制非LXI儀器，在接口適配器和非LXI儀器之間不需要控制與通信機(jī)制的映射和VISA資源的映射。

　　在多總線融合的測(cè)試系統(tǒng)中，為不使原有VXI、PXI、GPIB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大幅度的變動(dòng)，基于LXI的多總線融合的測(cè)試系統(tǒng)采用橋轉(zhuǎn)接器機(jī)制將現(xiàn)存總線儀器無(wú)縫融入到其中。例如，對(duì)于VXI總線模塊，選用EX2500 LXI-VXI Slot 0 Interface可將基于TCP/IP協(xié)議的LXI儀器操作命令轉(zhuǎn)換為VXI儀器背板上的信號(hào)驅(qū)動(dòng)邏輯。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，原有的VXI測(cè)試系統(tǒng)作為系統(tǒng)的一子系統(tǒng)，只需在Agilent IO Library接口配置處作少量更改，而系統(tǒng)的硬件和測(cè)試軟件不需作任何變動(dòng)就可繼續(xù)使用。

　　2.3 系統(tǒng)的同步觸發(fā)結(jié)構(gòu)

　　不同總線儀器間的同步與觸發(fā)是多總線融合的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)必須考慮的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于不同測(cè)試總線的同步與觸發(fā)機(jī)制差別較大，多總線融合的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的同步與觸發(fā)實(shí)現(xiàn)較為困難。

　　為滿足系統(tǒng)高精度觸發(fā)誤差的需求，系統(tǒng)采用LXI的精密時(shí)鐘觸發(fā)IEEE1588和LXI硬件觸發(fā)相結(jié)合的觸發(fā)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)觸發(fā)結(jié)構(gòu)如圖2所示。IEEE1588為系統(tǒng)提供高精度的同步時(shí)鐘，LXI TRIGGERING為各總線模塊提供相位差極小的統(tǒng)一事件觸發(fā)。系統(tǒng)的觸發(fā)HUB選用EX2100。

圖2 多總線融合的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)觸發(fā)結(jié)構(gòu)

　　在本文研究的多總線融合的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，由于VXI、PXI、GPIB模塊的觸發(fā)信號(hào)電平與LXI 的LVDS（Low Voltage Different Signal低電壓差分信號(hào)）的觸發(fā)電平不相匹配，系統(tǒng)采用不同總線觸發(fā)信號(hào)適配器，將LXI TRIGGERING的LVDS信號(hào)轉(zhuǎn)換成與VXI、PXI、GPIB等模塊觸發(fā)相適應(yīng)的電平信號(hào)。

　　由于現(xiàn)存的VXI、PXI模塊前面板并非全部具備與LXI TRIGGERING適配的觸發(fā)端子，在觸發(fā)精度要求不高的情況下，用VXI和PXI子系統(tǒng)零槽控制器將LXI系統(tǒng) IEEE1588時(shí)間觸發(fā)映射到系統(tǒng)的事件觸發(fā)邏輯上，驅(qū)動(dòng)總線背板上的TTL或ECL觸發(fā)信號(hào)線實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的同步。

　　3 測(cè)試系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

　　為實(shí)現(xiàn)不同總線儀器的多總線融合，測(cè)試軟件應(yīng)具備下列功能：

　　1） 不同總線儀器的I/O差別對(duì)上一層的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)透明。系統(tǒng)對(duì)不同總線儀器的操作應(yīng)顯現(xiàn)不出I/O差別，儀器的配置與控制、數(shù)據(jù)的讀取共用同一函數(shù)，不同總線資源的測(cè)試數(shù)據(jù)、總線信息無(wú)需轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)“總線I/O透明”，這是多總線融合的第一個(gè)層次。

　　2） 不同總線接口而功能相近的同類總線可實(shí)現(xiàn)互換，實(shí)現(xiàn)“資源功能透明”，這是多總線儀器融合的第二個(gè)層次。

　　按照上述功能需求，多總線融合的測(cè)試系統(tǒng)軟件由四部分組成：通信協(xié)議傳輸層的軟件VXI-11，底層I/O軟件VISA 層，IVI驅(qū)動(dòng)層，應(yīng)用軟件層。系統(tǒng)軟件層次結(jié)構(gòu)圖 如圖3所示，圖3是圖1軟件部分的細(xì)化。

圖3 多總線融合的測(cè)試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

　　VXI聯(lián)盟制定的VXI-11規(guī)范定義了網(wǎng)絡(luò)儀器通過(guò)TCP/IP與控制器進(jìn)行通信的標(biāo)準(zhǔn)，目前VXI-11規(guī)范已發(fā)展成為以太網(wǎng)基儀器的通信標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有的I/O接口軟件VISA庫(kù)將VXI-11標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了封裝，作為其一個(gè)子集。VISA結(jié)構(gòu)屏蔽了不同總線儀器操作的I/O差別，為儀器驅(qū)動(dòng)器的開(kāi)發(fā)提供了統(tǒng)一的I/O控制底層函數(shù)集。系統(tǒng)在VISA層實(shí)現(xiàn)多總線的“總線I/O透明”。

　　考慮到同類儀器的功能大體相同，驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)時(shí)可以通過(guò)封裝把每類儀器封裝成一個(gè)COM組件。通過(guò)COM組件的隔離，測(cè)試應(yīng)用程序不用關(guān)心底層儀器驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)，直接調(diào)用COM組件的接口實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的控制。IVI配置服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)COM組件的配置管理，存儲(chǔ)配置信息。驅(qū)動(dòng)程序的COM組件是標(biāo)準(zhǔn)的，對(duì)同類儀器的驅(qū)動(dòng)程序來(lái)說(shuō)是完全一致的，只需在配置服務(wù)器中更改驅(qū)動(dòng)程序的配置信息，就可實(shí)現(xiàn)儀器互換 。除IVI-COM驅(qū)動(dòng)器外，IVI-C也是適用于LXI結(jié)構(gòu)的儀器驅(qū)動(dòng)器模型。系統(tǒng)在IVI層實(shí)現(xiàn)不同總線同類儀器的“資源功能相容”。

　　系統(tǒng)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境可有VB，VC++，Lab VIEW等多種選擇，它們均提供IVI-COM API函數(shù)的調(diào)用和編譯。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)的快速發(fā)展，為滿足武器裝備對(duì)測(cè)試領(lǐng)域提出的需求，本文以LXI為基礎(chǔ)構(gòu)建了一種多總線融合的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。系統(tǒng)能較好地滿足當(dāng)前武器裝備維護(hù)保障領(lǐng)域的需求，適用于組建測(cè)試資源需求復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng)。多總線融合的測(cè)試系統(tǒng)具有易于組建、互換性強(qiáng)、開(kāi)放性好的特點(diǎn)，能有效地將過(guò)時(shí)的測(cè)試設(shè)備融入到其中。在測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)踐中，僅對(duì)接口配置作少許更改，基于VXI總線的某型導(dǎo)彈通用測(cè)試系統(tǒng)就能方便集成到本文構(gòu)建的多總線融合的測(cè)試系統(tǒng)中，在不增加軍事經(jīng)費(fèi)投入的情況下，系統(tǒng)的整體性能因多種總線資源的融合而得到了較大幅度的提升。