电子设备自动化测试系统的设计与实现

南科技•创新驱动、电子设备自动化测试系统的设计与实现

安浩平1王孟平2

岳鹏飞2

(1.河南省自动化工程技术研究中心，河南郑州450008;2.河南省科学院应用物理研究所有限公司，河南郑州450008)

摘要:对某电子设施的维检保障作业进行解析，并给出一类建立其自动化测评媒介的技术预案。这个媒介 是以PC/104-Plus为核心的工程控制主模块以及可编写逻辑元件为基础的。其可达成自动测评体系和CPCI、 ISA、Multibus等待测试通讯元件、软件的通讯，并完成Test-Works的专门化体系事故预判等工作。实际经验 表明，这样的媒介化解了某电子设施的测评预判难题，有普及的必要性。关键词：电子设施；自动化;硬件媒介;通讯预案;软件评测中图分类号:TN06

文献标识码:A

文章编号= 1003-5168(2016) 10-0026-04

Design and Implementation of Electronic Equipment Automatic Test System

An Haoping1 Wang Mengping2 Yue Pengfei2

(1 .Automation Engineering Technology Research Center of Henan Province, Zhengzhou Henan 450008; 2.Applied Physics

Research Institute of Henan Academy of Sciences, Zhengzhou Henan 450008)

Abstract： This paper analyzed the maintenance work of a certain electronic equipment, and provided a kind of tech­

nical plan for the supervision of the media. This medium was based on the PC/104-Plus as the core of the project con­trol module and programmable logic element. It could achieve automatic evaluation system and communication of CP- CI, ISA and Multibus to test communication components, software, and completed the specialized system of Test- Works accident pre sentence and other work. Practical experience showed that this medium resolved the problem of a certain electronic equipment evaluation and evaluation, there is a need for universal.

Keywords： electronic facilities; automation; hardware media; communication plan; software evaluation

某电子设施是船舶普及使用的平台设施，被普遍运 照其构成元素，大体上能够划定为模块类部件与板卡类 用于雷达、声纳、导航、通讯等领域。伴随科技的发展与 部件。当中，模块类部件是电脑的录人/输出设施，携带

当代信息化作战模式的出现，该种电子设施的繁杂性曰 有操控键位及显示器，透过RS 232抑或USB端口与主电 渐凸显，致使其维护保修的困难程度大増[1]。发现问题 脑通讯;板卡类部件是常规的6U构造板卡，透过导轨插 后，现场尽管能够以调换备用元件的形式予以化解，然而 进主机，透过CPCI与主电脑联接。这种板卡通常是主电 事故卡需要返回厂房维检或制定专业人员前往事故场所 脑的外部设施，透过CPCI总电缆、ISA线路和Multibus线 维检，维检的耗时过多，全生命周期的维检成本居髙不 缆与主电脑通讯。按照其效能，能够划定为通讯型、参数 下。所以，笔者简介了一类电子设施的测评预判媒介，阐 处置型及图片处置型板卡。通讯类板卡通常是透过RS

释了其基础性原理与达成任务的流程。实践经验表明， 232/422线路、多组数控类I/O等与模块类部件通讯;参数

这样的媒介能够将维检人员从高强度的检修工作中解脱 处置型板卡通常会对外部设施录人的参数实施预先处 出来，并缩减维检时长，减少维保开支[、

置;图片处置型板卡通常要对录入的各种图片讯号实施 1

测评需要解析

处置，达到整体显示的目标[3]。

依照我国的三级保障维修制度，创设的测评诊断体 某电子设施的效能是多元化的，构成也极为繁杂，依

系，要在电路板或模块类商品的测评中，找到出现的问题

收稿日期= 2016-09-10

作者简介:安浩平（1978-),男，本科，助理研究员，研究方向：电子科学与技术。

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和失控的元部件。所以，创设的测评体系应拥有以下测 评元素或测评功能[4]:①供应讯号处置类板卡的激励讯 号;②具备对图像讯号的测评效能;③通过RS 232/422串 口、多组数控I/O、互联网端口等通讯端口完成测评;④体 系应兼备特定的软硬件拓展功能，以便于体系更新换 代。此外，测评软件的操控桌面必须是Windows操控截 面,使用恰当的测评方略，能够对其效能完成测评，并第 一时间寻找到事故主因并完成修护。

2

体系硬件媒介

依照上述测评需要，并对其进行解析,在权衡到自动 测评体系的功效、特性及支出等元素的基础上，使用PXI、 GPIB混合总电缆建立自动测评媒介(见图1)。

PXI机箱

副显示器

接口适配器

-以太网-GPIB总线•

示波器

GPIB

PXI主控模块

字万用表亡PIB总线

j信号发生器接4I______测板插_

GPIBir

总线-口I-可编程直流电源-连接•4测板插也测试信号源

器

I

I

数字I/O模块♦^测I______板插嬙

I

i行通信模洛

矩阵开关模块1

II. !

预留扩展

图1硬件媒介结构图

其配备了数字万能表、数字显示设施、讯号接受设 备、程控直流设备、测评信号源、A/D、D/A模块、数字I/O 模块、矩阵开闭合器模块及串行端口模块等设备与一部 副显示设备。其中，测评讯号源是自主研发的模块，其被 应用对某类讯号处置类板卡发射特殊的激励讯号，副显 示设备通常被应用于某类图片处置型板卡的输出测 评[5]。此外，系统在机柜平台与PXI机器箱体内部预先设 置了设备拓展方位,从而完成体系的更新换代。

3

区域总电缆通讯预案

在这类电子设施内，包含了大批的板卡类部件，这种 部件通常透过PCI、ISA、Multibus线缆与主电脑通讯。因 为总电缆协议繁杂，传递速度快，使用常规的设备完成通 讯,软硬件的研发过程极为繁杂。所以，体系使用了端口

适配设备，并添加一块主控部件与一块CPLD卡变成逻辑 部件的模式，来完成通讯。通讯预案如图2所示。

观察图2能够发现，端口适配设备上的工程控制主 模块使用的是研华企业开发的PCM-3362N的电脑模块， 其具备优秀功能的PC/104-Plus单板电脑，汇集了 PS/2、

信息技术

USB、RS232、100M的端口等硬件元素。更为关键的是， 模块携带了与PC/104-P1US准则相吻合的ISA及PCI总电 缆线,包括了 ISA总线与PCI纵向准则2.1版需求的全部 讯号。所以,能够直观地和ISA纵向及PCI总线的待测试 板卡完成通讯。然而，却无法和Multibus总线通讯。通 过查阅相关文献，发现Multibus缆线与ISA缆线有着共通 的地方。比如拥有同样的参数宽度、同样的地址空间，读 取或写入的操控也能够被划定为储蓄器读取/写入和10 读取/写人。Multibus缆线包含的地址与参数讯号、原始 讯号和ISA线缆是迥异的。ISA线缆是同步输入/输出， Multibus线缆是异步输人/输出，两类线缆的常规讯号包 含Multibus及ISA缆线传输的讯号[6]。

pci总线

PCI被测板

工控主模块

网线

臨控

ISA总线

ISA被测板

*可|____编程____器件|

MultiBusl被测板

自动测试设备信号

接口适配器

图2区域总线的通讯预案

以Multibus缆线与ISA缆线为核心的缆线有共同的 地方，体系使用逻辑编程的模式实现了 ISA线缆与Multi­bus 线缆的通讯 。在工程控制 主模块 ISA 缆线与待测试 板Multibus线缆间，可以添加CPLD可编程逻辑元件，通 过逻辑编程达成线缆协议的对接。在逻辑创设阶段，要

依照具体需要对通讯协议实施裁剪化创设，不需要“照 顾”到总缆线的全部效能[7]。比如,面对某类板卡，仅需 对16位I/O通讯协议实施转化即可，其余的工作不再强 求。其逻辑关联能够表达成：

always@ (IB ALE) if IB( ALE)

MSA[15：0] < =~ISA[15：0]；

/*BALE讯号锁存输出的地址*/

IOSEL= (IS A [ 15 ： 4 ])==12' H3E) & (-IAEN);

/*挑选该板的地址范畴，无DMA访问，所以AEN是 低电平*/

assign MI0RC=~(I0SEL&-II0R); assign MI0WC=~(I0SEL&-II0W);

/*假如对该板实施读取/写入,传递的有价值

的读取/写人讯号*/

always@(posedge ICCLK)MINT< =~IISARESET；

always@ (posedge (IOSEL) & (~II0R | ~II0W) ) or negedge MXACK)begin

if(! MXACK)

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....................................

河南科技•创新驱动、

IORDY< =rbO;else

IORDY< =l，bl end

assign IIOCHRDY=IOSEL WR?〜IORDY; 1 ’bz /*假如对该板读取/写人讯号有价值，输送忙讯号，假 如MXACK有价值，那么就输出忙讯号、传递高阻态。

端口适配设备上的工程控制主模块必须通过科学的 软件研发，以便必须和主控电脑通讯，遵从主控电脑的命

令;依照主控电脑的命令和PCI、ISA、Multibus线缆待测 板完成通讯，对待测板实施读取/录人操控，有时还应将 读取/录人的成果回馈到主控电脑[8]。

其完备的通讯流程包含：自动测评设施中的程控电 源为端口适配设备供应电能，在PCM-3362N工程控制主 模块开启后，通过互联网电路执行PXI主控电脑的命令； 之后依照命令对PCI、ISA、Multibus线缆待测板进行读恥 录人操控，管控待测板的作业态势;PXI主控电脑上运转 的测评设备再对待测板卡实施各类测评[9]。

4

软件测评媒介

软件测评媒介使用了 Test Works媒介，Test Works是 运用在各类测评工作中的万能测评媒介,其能够被划定 成研发媒介与运转媒介两类媒介。研发媒介主要被应用 于研发测评流程、供应测评设备，测评受体间的相连路径 讯息，通过编写、链接转换为能够被履行的程序;运转媒 介是测评程序的运转场景，在客户进行简易的操作后，能 够根据客户的需求完成测评，并自发形成报表[1°]。

TestWorks的研发媒介与运转媒介是平行关系，相互 不发生关系，能够依照需求，于任意时段在研发媒介上完 成添置测评数据或测评设备，在运转媒介中启动测评程 序。TestWorks操控便利、变通性强，有利于体系的扩充 或更新换代，减少ATS研发者与操控者的工作强度，并且 是对以往手动模式的一种。这既让Testworks的先进 功能得以凸显，更节省了劳力资源成本。

5

测评方略

依照测评的需要，总体的测评流程包括效能检测与故 障预判2个版块。效能测评版块被应用于待测品部件的 问题测试,问题判断版块被应用于判断、定位故障地区。 效能检测版块使用自动化检测模式，自动启用测评模式完 成测评，尽可能避免人为干涉，并提升检测速率。故障预 判环节使用故障树解析法的故障判断专业系统，其运转流 程是，将问题预判学识变换成故障树的模式形象化地进行 呈现，之后通过总结与萃取，将其转换成测评软件媒介具 象化的判断程序。在测评阶段，体系能够参考人机交互页

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面完成与操控人的沟通，从而诱导操控人逐渐完成深度 判断，最后找到出现问题的主因[11]。比如，某录入设施滚 动装置不工作,其故障树的构成如图3所示。

图3某录入设施的故障树

6

某电子设施测评系统的设计与实现

某电子设施体系使用分成创设模式，依照效能与用 处能够划分为设施层、支撑层与运用层。层间是鼓励的, 任何分离的两层间在物理与逻辑上均没有交互影响的可 能[12]。其系统构造可以参考相关文献。

6.1设施层

处于系统的最下端，包含测评设备测评表、交换设 备、MODEL、附加设施与电脑等。其中，测评设备是该体 系的集成管控受体，包含GPIB设施、VXI机箱、LSI设施 和各类端口转化设施。附加设施被运用于协助进行测评 方面，为任务履行扫清“障碍'其通常包含互联网打印设 备、互联网摄录设备、大规模显示设备及传感设备等。

6.2支持层

支持层包含支持体系软件运转的操控平台、参数库 体系、办公体系与完成对表类设施、各种传感设备实施管 控的适配端口等。支持层是设施层与运用层间的枢纽， 为管控软件的运转有着支持功能。

6.3运用层

运用层包含直面操控者运用的管控软件，是体系的 中心设施。其为测评者供应便捷的操控媒介。包含测评 任务管控、测评设施管控、测评现场监督、测评参数处置、 客户管控及日记管控等六大功能模块与测评参数库。

6.3.1测评任务管控。测评任务是说，面对相异的 测评受体,预先配套的测评规划，依照被测评设施与其电 气特性数据的差别，应订立不同的测评任务。测评任务 管控工作，包含对任务的填制、剔除、修整、录入和输出等 维检内容与任务开启、中止或终止等管控工作。

6.3.2测评仪器管控。测评仪器管控模式，是为了 对测评设备的运转态势检索、开闭合器管控与设施数据 的设立、矫正等版块进行管控而存在的。透过搜索获得 目前的全部测评设备与其配套设备的运转态势,利用有

差别的图像或色调来进行区别。所以，测评工作者应掌 握设施的使用状况，并订立符合标准的测评任务。

6.3.3测评环境的监督。测评环境监督包含透过互 联网摄录设备、传感设备来获得测评设施周围的温湿度 等指标，并且确保设施的顺畅运转。

6.3.4测评参数处置。测评任务履行完后，能够获 得测评的参数。测评参数处置，包含对成果参数的去除、 写入、输出、考评与打印等内容。

6.3.5客户管控。客户管控是为了对体系内的客户 实施分层级管控。体系客户又被划定成管理员、操控员、 审核员3个层级。管理员能够享有最大级别的权力，能 够操控全部体系，管控全部测评参数，也能够管控全部客 户，包含增加删减客户、改动客户命令;操控员，能够操控 全部体系，管控全部测评参数,然而没有管控客户的权限; 审查员的工作，包含可阅览测评参数或测评餅成果。

6.3.6日记管控。日记管控用来记载全部体系的运 用日记与体系问题。

6.3.7测评参数库。测评参数库应完成对测评任 务、测评成果、设施讯息、客户讯息与日记讯息的储蓄，发 挥体系软件的效能。因为该体系内的参数数量不多，对 参数库并未形成明文的操作规定。因此，挑选AccessS 成对测评参数的有效储蓄,并透过Ado等模式完成对Ac­cess 参数的读数。

为了让智能设备的效能得到提升，并完成与其他体系 的对接，使用了 Visual Studio C++6.0 SP6 与 LabWindows/ CVL。Visual C++是效能理想的一种编程用具，其投用后 获得软鑛发者的热烈追捧。其容易组合成运用程序，而 且在编程方面有着良好的性能。LabWindows/CVI为Na­tional Instruments 企业研发的 —'种直面测控行业的软件研 发媒介。其以ANSIC为中心,将效能多元化、应用变通性 强的C语言平台和参数搜集、解析与表述的测控专门用具 进行融合使用。其集成化研发媒介、交互类的编程模式、 充足的部件与库函数，让C语言的效能得到充分的彰显。 并且为C语言的研发者构建了测试体系、自动测试条件、 参数搜集体系、流程监督体系等，是一款有着极大价值的 软件研发媒介。而且，其能够完成对所有标准的ANSIC源 码与动态连接库的融合利用工作。M

越的特性,让电子

设施的自动化测试系统的功能变得更为完善。

6.4 GPIB 缆线

GPIB缆线是为设备管控运用额创设的，是当前仪器 领域的一类能够程控设备的标砖端口总线。在1970年, H1EE488准则的投人使用导致1975年诞生了 GPIB,并在 电气、机器与功能规格方面形成了一定的准则;而在1980 年ANSI/IEEE488.2的准则中，也明文规定了通过GPIB通 信模式，能够让以往的规格区域得以完善。

GPIB总线是一类数字的八位平行通信页面,传送速

信息技术■

度是8Mbyte/S。总线供应的一类管控设备在20m的排线 长度内能够与14部设备相连。假如使用人利用GPIB扩增 器或延长器来打破这两类约束条件，而GPIB排线与连接 设备就是多元化的，并且与工业准则相符的商品，能在任意 条件下应用。GPIB总线发收讯息均是极为快速的,在一定 織上减轻了工作人员的工作强度，且节约了人力成本。

7

结语

该体系通过试验证实，能够较为有效地化解各部件 的功能测评矛盾,各种板卡的故障检查概率能够达到 100%。对大多数部件来讲,以故障树为核心的故障诊断 专家系统能够定位故障到芯片级。对某类功能繁杂的图 片处置型板卡，因为大批量使用BGA封装芯片，并在板卡 创设阶段并未预设监测点，能够定位故障到功能区[13]。该 检测诊断体系使用工程控制主模块及可编程逻辑设备，完 成了和总线板卡的通讯，提升了体系的测评诊断效率。

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