1 引言
隨著我軍戰(zhàn)略指導方針向信息化方向轉變，高新技術在武器裝備全壽命周期內得到廣泛應用，導致武器裝備的復雜程度與日劇增。傳統(tǒng)基于單總線的測試系統(tǒng)結構變得難以滿足武器裝備的維護保障需求，主要表現(xiàn)在以下方面。
1） 測試系統(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)代計算機技術、電子技術、通信技術的最新研究成果應用到其中，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試需求。
2） 單總線測量儀器功能覆蓋范圍有限。由于武器裝備的測試項目繁多，測試參數(shù)復雜，測試資源需求比較廣泛，測量裝置的頻率覆蓋范圍需要從低頻、射頻到微波。而目前軍用主流測試儀器總線（如VXI總線）限于結構和儀器模塊因素，對射頻和微波測量儀器的支持程度有限，而在此領域，GPIB總線儀器呈現(xiàn)出優(yōu)異性能。
3） 測試系統(tǒng)結構受限。由于測量模塊數(shù)據(jù)采集能力與測試環(huán)境的限制，測試系統(tǒng)通常需要觸發(fā)不同總線的儀器模塊同時啟動某項測試才能完成測量任務，測試系統(tǒng)往往不具備滿足上述需求的統(tǒng)一觸發(fā)結構。
4） 測試系統(tǒng)可移植性差、更新升級困難。當前，不同軍種、不同維護級別的測試系統(tǒng)間缺乏互操作性。這種情形嚴重影響著測試資源的分配、測試序列的產生和測試結果的調用。而影響測試設備互操作性的主要因素是測試設備的總線種類繁多且相互之間不兼容。
在采用單一總線構建測試系統(tǒng)難以滿足武器裝備測試需要的情況下，綜合多種儀器總線的優(yōu)點，構建基于多數(shù)字接口總線的多總線融合的自動測試系統(tǒng)成為軍用測試領域的發(fā)展趨勢之一。
定義 多總線融合的自動測試系統(tǒng)：測試系統(tǒng)包含兩種或兩種以上的數(shù)字接口總線，不同總線間可實現(xiàn)機械相容、電氣相容、功能相容和運行相容。不同總線之間通過接口轉接裝置，實現(xiàn)機械和電氣相容;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，實現(xiàn)“資源功能透明”，最終實現(xiàn)運行和功能相容，滿足測試系統(tǒng)對不同總線測量儀器的互操作與互換要求。
2 測試系統(tǒng)的總體框架
2.1 多總線融合的測試系統(tǒng)架構
以LXI為基礎組建的測試系統(tǒng)能夠較好地滿足多總線融合的自動測試系統(tǒng)構建需求，系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。LXI（LAN eXtension for Instrument）是LAN局域網技術在儀器領域的擴展，LXI儀器是嚴格基于IEEE802.3、TCP/IP、網絡總線、網絡瀏覽器、IVI-COM驅動程序、時鐘同步協(xié)議（IEEE1588）和標準模塊尺寸的新型儀器。LXI模塊借助于標準網絡瀏覽器實現(xiàn)信息瀏覽與程序控制，并以IVI-COM格式進行通信，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測試系統(tǒng)總體結構
圖1中，系統(tǒng)以LXI連接各儀器總線模塊，VXI、PXI和GPIB等總線模塊通過接口轉接器成為系統(tǒng)的組成部分。計算機控制器在操作系統(tǒng)的控制下作為整個測試系統(tǒng)的指令執(zhí)行器。操作系統(tǒng)為多總線融合的自動測試系統(tǒng)提供文件管理、內存管理、用戶界面消息響應、測試結果輸出與打印、系統(tǒng)I/O請求處理等服務。
在系統(tǒng)I/O層，多總線機械、電氣相容轉接器與系統(tǒng)I/O接口交聯(lián)，提供多種測試總線接口。系統(tǒng)I/O接口還控制著“同步觸發(fā)控制邏輯”，實現(xiàn)不同總線測試資源的同步觸發(fā)，在軟件資源的配合下，滿足系統(tǒng)對多路信號同時測量的需求。
多總線融合的運行相容和功能相容層主要包含：系統(tǒng)I/O總線驅動層、多總線測試資源互換驅動層、信號的虛擬資源需求到物理資源配置映射層、面向信號的虛擬儀器層。
系統(tǒng)I/O接口通過儀器連接總線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量儀器。測試接口適配器與測量儀器連接。測試接口適配器完成測量儀器與被測單元的信號交聯(lián)，對輸入、輸出信號進行阻抗匹配變換，完成信號衰減與電平轉換等任務。
多總線融合的測試系統(tǒng)應用軟件在多總線測試資源融合層上運行，該層不含具體物理資源信息，按照面向信號、面向測試需求的模式進行程序代碼編寫。虛擬測試資源到具體物理設備的映射在多總線測試資源融合層實現(xiàn)。
為使多總線融合的武器裝備測試系統(tǒng)具有良好的人機環(huán)境，系統(tǒng)配置顯示器、鍵盤、鼠標等人機接口以及打印機等輸出設備。
2.2 多總線機械與電氣相容實現(xiàn)方案
為將不同測試總線模塊集成到LXI測試系統(tǒng)中，有兩種技術方案可供選擇：開發(fā)橋轉接器和接口適配器 。
橋轉接器由LXI接口和特定總線接口組成。LXI接口端實現(xiàn)LXI接口的所有要求，包括：網絡協(xié)議支持，Web頁瀏覽與儀器控制，LAN配置初始化和IVI驅動器。在橋轉接器的特定總線接口端，實現(xiàn)特定的硬件和軟件接口要求。例如，如果LXI橋轉接器連接GPIB儀器，橋轉接器不僅要支持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總線接口完全轉化為LXI接口。和橋轉接器不同，通過接口適配器，主機可以利用儀器驅動器和Web頁直接訪問和控制非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制的映射和VISA資源的映射。
在多總線融合的測試系統(tǒng)中，為不使原有VXI、PXI、GPIB系統(tǒng)結構產生較大幅度的變動，基于LXI的多總線融合的測試系統(tǒng)采用橋轉接器機制將現(xiàn)存總線儀器無縫融入到其中。例如，對于VXI總線模塊，選用EX2500 LXI-VXI Slot 0 Interface可將基于TCP/IP協(xié)議的LXI儀器操作命令轉換為VXI儀器背板上的信號驅動邏輯。通過這種結構，原有的VXI測試系統(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)的硬件和測試軟件不需作任何變動就可繼續(xù)使用。
2.3 系統(tǒng)的同步觸發(fā)結構
不同總線儀器間的同步與觸發(fā)是多總線融合的自動測試系統(tǒng)必須考慮的關鍵環(huán)節(jié)。由于不同測試總線的同步與觸發(fā)機制差別較大，多總線融合的自動測試系統(tǒng)的同步與觸發(fā)實現(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的精密時鐘觸發(fā)IEEE1588和LXI硬件觸發(fā)相結合的觸發(fā)結構，系統(tǒng)觸發(fā)結構如圖2所示。IEEE1588為系統(tǒng)提供高精度的同步時鐘，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 多總線融合的自動測試系統(tǒng)觸發(fā)結構
在本文研究的多總線融合的自動測試系統(tǒng)中，由于VXI、PXI、GPIB模塊的觸發(fā)信號電平與LXI 的LVDS（Low Voltage Different Signal低電壓差分信號）的觸發(fā)電平不相匹配，系統(tǒng)采用不同總線觸發(fā)信號適配器，將LXI TRIGGERING的LVDS信號轉換成與VXI、PXI、GPIB等模塊觸發(fā)相適應的電平信號。
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時間觸發(fā)映射到系統(tǒng)的事件觸發(fā)邏輯上，驅動總線背板上的TTL或ECL觸發(fā)信號線實現(xiàn)系統(tǒng)的同步。
3 測試系統(tǒng)的軟件結構
為實現(xiàn)不同總線儀器的多總線融合，測試軟件應具備下列功能：
1） 不同總線儀器的I/O差別對上一層的應用程序實現(xiàn)透明。系統(tǒng)對不同總線儀器的操作應顯現(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)，不同總線資源的測試數(shù)據(jù)、總線信息無需轉換，實現(xiàn)“總線I/O透明”，這是多總線融合的第一個層次。
2） 不同總線接口而功能相近的同類總線可實現(xiàn)互換，實現(xiàn)“資源功能透明”，這是多總線儀器融合的第二個層次。
按照上述功能需求，多總線融合的測試系統(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驅動層，應用軟件層。系統(tǒng)軟件層次結構圖 如圖3所示，圖3是圖1軟件部分的細化。
圖3 多總線融合的測試系統(tǒng)軟件結構
VXI聯(lián)盟制定的VXI-11規(guī)范定義了網絡儀器通過TCP/IP與控制器進行通信的標準，目前VXI-11規(guī)范已發(fā)展成為以太網基儀器的通信標準?，F(xiàn)有的I/O接口軟件VISA庫將VXI-11標準進行了封裝，作為其一個子集。VISA結構屏蔽了不同總線儀器操作的I/O差別，為儀器驅動器的開發(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，驅動程序設計時可以通過封裝把每類儀器封裝成一個COM組件。通過COM組件的隔離，測試應用程序不用關心底層儀器驅動程序的實現(xiàn)，直接調用COM組件的接口實現(xiàn)對儀器的控制。IVI配置服務器實現(xiàn)對COM組件的配置管理，存儲配置信息。驅動程序的COM組件是標準的，對同類儀器的驅動程序來說是完全一致的，只需在配置服務器中更改驅動程序的配置信息，就可實現(xiàn)儀器互換 。除IVI-COM驅動器外，IVI-C也是適用于LXI結構的儀器驅動器模型。系統(tǒng)在IVI層實現(xiàn)不同總線同類儀器的“資源功能相容”。
系統(tǒng)的應用程序開發(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)的調用和編譯。
4 結束語
隨著計算機技術、電子技術、通信技術的快速發(fā)展，為滿足武器裝備對測試領域提出的需求，本文以LXI為基礎構建了一種多總線融合的自動測試系統(tǒng)。系統(tǒng)能較好地滿足當前武器裝備維護保障領域的需求，適用于組建測試資源需求復雜的測試系統(tǒng)。多總線融合的測試系統(tǒng)具有易于組建、互換性強、開放性好的特點，能有效地將過時的測試設備融入到其中。在測試系統(tǒng)開發(fā)實踐中，僅對接口配置作少許更改，基于VXI總線的某型導彈通用測試系統(tǒng)就能方便集成到本文構建的多總線融合的測試系統(tǒng)中，在不增加軍事經費投入的情況下，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。