??? 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(yán)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(dá)到預(yù)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(jìn)，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(jī)產(chǎn)品性能的增強(qiáng)，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(jī)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(jī)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(jī)、調(diào)度計算機(jī)、客戶端顯示計算機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器等。測試計算機(jī)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(jī)完成對測試計算機(jī)上運行任務(wù)的控制功能；客戶端顯示計算機(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)、調(diào)度機(jī)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(jìn)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(jìn)行聯(lián)試。
???????????????????????????????????? KT8000系統(tǒng)的測試主機(jī)
????????????????????????????????????? 測試主機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)
?? ?測試機(jī)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(jī)采用自主研發(fā)的工業(yè)控制機(jī)，工控機(jī)采用后插針結(jié)構(gòu)，保證了在搬運、振動后，測試機(jī)各板卡信號仍能與母板可靠連接。測試機(jī)采用具有X86架構(gòu)的CPU板，并具有低功耗，無風(fēng)扇的特點，使測試機(jī)滿足了熱設(shè)計要求，保證了整個系統(tǒng)可以長期、滿負(fù)荷、可靠運行。
?? ?測試機(jī)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(jī)通用化、模塊化、低成本的要求。測試機(jī)配備有專用調(diào)理箱，內(nèi)部有各種專用調(diào)理板卡，負(fù)責(zé)連接各種星上信號，完成了星上非標(biāo)準(zhǔn)信號與標(biāo)準(zhǔn)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(jī)的軟件結(jié)構(gòu)
??? 在航天產(chǎn)品的測試過程中，測試主機(jī)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(jī)軟件結(jié)構(gòu)如圖2。
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?? ?在測試機(jī)上運行ProConOS調(diào)度內(nèi)核，在任務(wù)開發(fā)計算機(jī)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(jī)上，依托ProConOS進(jìn)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(jìn)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(jī)修改、強(qiáng)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(jìn)一步的處理，如：導(dǎo)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(jī)的ProConOS上運行。ProConOS IEC-61131 PLC控制引擎基于一個標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行存儲，測試人員所關(guān)心的數(shù)據(jù)要能夠?qū)崟r進(jìn)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(jī)
??? 在測試過程中，為了準(zhǔn)確地控制測試流程，需要提供一個對在線運行任務(wù)進(jìn)行控制的接口。測試機(jī)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(jìn)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(jī)解決了在運行過程中使用MultiProg進(jìn)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(jìn)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(dá)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(qiáng)人意。
?? ?為了解決這個問題，就需要在數(shù)據(jù)服務(wù)器上進(jìn)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(jìn)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(jī)
?? ?客戶端顯示計算機(jī)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(jìn)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(jìn)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(kuò)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(jī)以工控機(jī)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(biāo)準(zhǔn)化。整個系統(tǒng)通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的高速傳輸，保證了數(shù)據(jù)的吞吐量和可擴(kuò)展性。通過測試流程的人機(jī)控制界面，可以方便地進(jìn)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(jìn)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。