??? 為了保證航天設(shè)備在實際使用過程中的高可靠性，在航天產(chǎn)品生產(chǎn)成型后，都要經(jīng)過嚴密的測試。在測試過程中，通過使用測試設(shè)備搭建測試環(huán)境，來衡量航天產(chǎn)品的功能和性能是否達到預期設(shè)計。如果沒有高性能的測試設(shè)備以及齊全的測試軟件的支持，就無法完成這一測試工作。
?? ?近年來，隨著我國航天事業(yè)的突飛猛進，新型號的航天產(chǎn)品層出不窮。對航天產(chǎn)品的性能要求越來越高的同時，對測試設(shè)備的精度、性能和可靠性等要求也越來越高。隨著計算機產(chǎn)品性能的增強，只要能夠合理地搭建軟件系統(tǒng)，選擇合適的軟件結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以工控機為核心的測試設(shè)備的性能完全可以滿足航天設(shè)備的高精度測試要求。
?? ?北京康拓工業(yè)電腦公司生產(chǎn)的KT8000系列自動測試平臺，是隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式技術(shù)以及各種軟件技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的。平臺采用大量成熟通用的工業(yè)控制軟、硬件技術(shù)，包括信號匹配、被測對象模擬器、仿真算法、實驗調(diào)度與管理、圖形顯示與分析、數(shù)據(jù)存儲與處理等六大部分，具有實時性、通用性、模塊化的特點，支持長時間、高速度、高精度的連續(xù)測試。
??????????????????????????????????????????? KT8000概述
??? KT8000系列自動測試平臺的主要模塊分為測試計算機、調(diào)度計算機、客戶端顯示計算機、數(shù)據(jù)服務(wù)器等。測試計算機完成數(shù)據(jù)采集、仿真運算、數(shù)據(jù)輸出等功能；調(diào)度計算機完成對測試計算機上運行任務(wù)的控制功能；客戶端顯示計算機完成數(shù)據(jù)的圖形化顯示功能；數(shù)據(jù)服務(wù)器完成數(shù)據(jù)存儲功能。KT8000系列自動測試平臺的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
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?????????????????????????????????????? KT8000系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)劃分
??? 在航天產(chǎn)品的測試過程中，網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量非常大，如果所有的數(shù)據(jù)都經(jīng)由以一個交換機為核心的星形網(wǎng)絡(luò)，則有可能造成數(shù)據(jù)的阻塞。將測試網(wǎng)絡(luò)劃分為測試網(wǎng)和管理網(wǎng)，可以有效地進行數(shù)據(jù)的分流，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院托省?BR>?? ?通過以太網(wǎng)，將整個測試系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)劃分為三部分。前臺測試網(wǎng)連接了測試機、調(diào)度機和數(shù)據(jù)服務(wù)器，主要傳送實時測試數(shù)據(jù)；后臺管理網(wǎng)連接了客戶端、數(shù)據(jù)服務(wù)器，主要進行實時測試數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的傳送；總控網(wǎng)提供了與外部控制網(wǎng)絡(luò)連接的手段，主要傳送外系統(tǒng)指令，在必要時可以與外系統(tǒng)搭建在一起進行聯(lián)試。
???????????????????????????????????? KT8000系統(tǒng)的測試主機
????????????????????????????????????? 測試主機的硬件結(jié)構(gòu)
?? ?測試機是信號采集、數(shù)據(jù)采集、仿真運算的核心單元，對可靠性和穩(wěn)定性要求很高。測試機采用自主研發(fā)的工業(yè)控制機，工控機采用后插針結(jié)構(gòu)，保證了在搬運、振動后，測試機各板卡信號仍能與母板可靠連接。測試機采用具有X86架構(gòu)的CPU板，并具有低功耗，無風扇的特點，使測試機滿足了熱設(shè)計要求，保證了整個系統(tǒng)可以長期、滿負荷、可靠運行。
?? ?測試機I/O信號板卡采用了自主研發(fā)的通用工業(yè)高精度I/O板，保證了技術(shù)的成熟性，提高了板卡的可靠性，滿足了整個測試機通用化、模塊化、低成本的要求。測試機配備有專用調(diào)理箱，內(nèi)部有各種專用調(diào)理板卡，負責連接各種星上信號，完成了星上非標準信號與標準信號的轉(zhuǎn)換。調(diào)理箱和調(diào)理板具有極好的隔離特性，使測試設(shè)備與星上設(shè)備完全隔離開，從而保證了星上設(shè)備的絕對安全。
????????????????????????????????????? 測試主機的軟件結(jié)構(gòu)
??? 在航天產(chǎn)品的測試過程中，測試主機首先要保證實時性和可靠性。使用德國科維公司的KW軟件可以很好地滿足系統(tǒng)實時性和快速開發(fā)的要求。KW軟件的核心軟件包括編程系統(tǒng)（MultiProg）和控制引擎（ProConOS）。ProConOS在保證實時性的前提下，提供了最小為1 ms的時間顆粒度。作為核心測試單元的測試機軟件結(jié)構(gòu)如圖2。
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?? ?在測試機上運行ProConOS調(diào)度內(nèi)核，在任務(wù)開發(fā)計算機上，通過MultiProg編程環(huán)境可以快速開發(fā)出測試任務(wù)，并通過以太網(wǎng)下載到核心測試機上，依托ProConOS進行調(diào)試和運行。
???????????????????????????????????????? 測試任務(wù)的開發(fā)
??? MultiProg是符合IEC-61131的編程環(huán)境，支持所有5種IEC-61131-3的編程語言。通過功能塊圖的方式可以方便地將仿真算法進行封裝。MultiProg的開發(fā)環(huán)境如圖3。
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圖3 MultiProg的開發(fā)環(huán)境
????????????????????????????????????????? 測試任務(wù)的調(diào)試
??? MultiProg支持全面的調(diào)試功能，例如：變量狀態(tài)、用能量流表示的地址狀態(tài)、聯(lián)機修改、強制/覆蓋變量、斷點、單步、跟蹤，以及用邏輯分析器記錄變量值。這種方式保證了任何時候都可以得到控制過程的一個清楚的總覽。變量可以通過其上下文菜單方便地插入到邏輯分析器和監(jiān)視窗口，因此可直接用于進一步的處理，如：導入或?qū)С雠浞揭约斑壿嫹治銎髦械臄?shù)據(jù)。由系統(tǒng)自動啟動一個PLC仿真程序，即可測試所產(chǎn)生的程序。
??????????????????????????????????????測試任務(wù)的運行環(huán)境
?? ?通過MultiProg編寫的測試任務(wù)在編譯后，下裝到測試機的ProConOS上運行。ProConOS IEC-61131 PLC控制引擎基于一個標準的多任務(wù)操作系統(tǒng)，支持搶占式多任務(wù)調(diào)度。它通過內(nèi)置的專用于不同CPU平臺的代碼生成模塊，保證了最短的執(zhí)行時間。經(jīng)過優(yōu)化編譯的本地代碼，使得IEC應(yīng)用程序可以具有納秒級的運行效率。而且，16個優(yōu)先級結(jié)構(gòu)能夠保證搶占式多任務(wù)調(diào)度的框架里總有足夠的時間來處理控制系統(tǒng)與編程系統(tǒng)、OPC服務(wù)器以及調(diào)試等方面的通信。
??????????????????????????????????? KT8000其他的測試單元
??? 在測試過程中，測試的數(shù)據(jù)要能夠及時地進行存儲，測試人員所關(guān)心的數(shù)據(jù)要能夠?qū)崟r進行顯示，在必要情況下，測試人員還需要及時控制測試的流程。為了滿足這兩個重要的功能，需要劃分出調(diào)度模塊、數(shù)據(jù)服務(wù)模塊和客戶端顯示模塊。
???????????????????????????????????????? 調(diào)度計算機
??? 在測試過程中，為了準確地控制測試流程，需要提供一個對在線運行任務(wù)進行控制的接口。測試機上運行的ProConOS對任務(wù)變量提供了OPC Server接口，可以通過這個接口來進行任務(wù)變量的讀寫，從而實現(xiàn)測試流程的控制。
?? ?調(diào)度計算機解決了在運行過程中使用MultiProg進行任務(wù)控制所存在的不直觀的問題。通過將任務(wù)變量轉(zhuǎn)譯成實際的控制名稱，測試人員可以直觀地進行測試任務(wù)的控制。
????????????????????????????????????????? 數(shù)據(jù)服務(wù)器
?? ?數(shù)據(jù)服務(wù)器介于測試網(wǎng)和管理網(wǎng)之間，使用雙網(wǎng)卡。主要滿足大量數(shù)據(jù)快速存儲和查詢的要求。測試設(shè)備的數(shù)據(jù)量的特點是每包數(shù)據(jù)大小不會很大，但是由于測試周期很小，最小會達到幾毫秒，所以測試數(shù)據(jù)的存儲會非常頻繁。一般的商業(yè)數(shù)據(jù)庫在頻繁入庫上的性能都差強人意。
?? ?為了解決這個問題，就需要在數(shù)據(jù)服務(wù)器上進行數(shù)據(jù)的緩存，以一定周期或一定數(shù)據(jù)量分批次地進行入庫保存。這樣就能夠極大地提高數(shù)據(jù)存儲的性能，避免因為數(shù)據(jù)存儲造成測試系統(tǒng)的瓶頸。
????????????????????????????????????????? 客戶端顯示計算機
?? ?客戶端顯示計算機要能夠及時地以表格或圖像形式顯示測試過程中產(chǎn)生的重要數(shù)據(jù)。一般是以數(shù)據(jù)表格或動態(tài)曲線的方式進行顯示。在滿足實時數(shù)據(jù)顯示的同時，也要能夠?qū)σ呀?jīng)存儲的歷史數(shù)據(jù)進行回放顯示。
??? KT8000系列測試平臺是為了滿足高可靠性、高實時性和高擴展性而設(shè)計的，在航天測控領(lǐng)域得到很好的應(yīng)用。測試主機以工控機為核心，配套使用符合IEC-61131的編程開發(fā)環(huán)境，在保證實時性和可靠性的同時兼顧了編程環(huán)境的標準化。整個系統(tǒng)通過以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)的高速傳輸，保證了數(shù)據(jù)的吞吐量和可擴展性。通過測試流程的人機控制界面，可以方便地進行測試流程的控制。在滿足數(shù)據(jù)高速存儲的同時，可以實時地以表格、圖表等方式查看在線和離線數(shù)據(jù)。
?? ?KT8000系列測試平臺在航天測控領(lǐng)域的應(yīng)用，只是其廣闊應(yīng)用的一部分。隨著KT8000系統(tǒng)測試平臺的進一步完善和推廣，該平臺在其他工業(yè)生產(chǎn)的測控領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景，并將發(fā)揮越來越大的作用。