摘 要：面對(duì)現(xiàn)代高技術(shù)武器裝備對(duì)測(cè)試領(lǐng)域提出的嚴(yán)峻考驗(yàn)，分析了當(dāng)今主流軍用測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不足，以LXI為基礎(chǔ)提出了一種多總線融合的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)論述了不同總線儀器融合的實(shí)現(xiàn)途徑、不同接口模塊同步觸發(fā)的技術(shù)方案。為實(shí)現(xiàn)不同總線而功能相近模塊的可互換，按照IVI規(guī)范，給出了系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)框架。 關(guān)鍵詞：LXI; 多總線融合; 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng); IEEE1588; IVI-COM [b][align=center]Building a Multiple Bus Fusion Automatic Test System Based on LXI Cheng Jin-jun, Xiao Ming-qing[/align][/b] Abstract: The high technology weaponry has brought forward critical requirement to test systems now. The shortage of the dominant test system is analyzed; the multiple bus fusion test system is designed base on LXI. The implement mechanism of the multiple bus fusion is expressed, the project of various instruments synchronizing and triggering is given in this paper. The system software framework is shown based on IVI specification, thus the system is interchangeable. Key words：LXI; multiple bus fusion; automatic test system; IEEE1588; IVI-COM 1 引言 　　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 。 [align=center] 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)[/align] 　　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。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、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。 [align=center] 圖2 多總線融合的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)觸發(fā)結(jié)構(gòu)[/align] 　　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。 [align=center] 圖3 多總線融合的測(cè)試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)[/align] 　　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。 本文作者創(chuàng)新點(diǎn)： 　　1） 以現(xiàn)代武器裝備的測(cè)試需求為牽引，提出了一種自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的新型結(jié)構(gòu)形態(tài)—多總線融合的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，給出了多總線融合的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的定義。 　　2） 將測(cè)試領(lǐng)域最新推出的LXI總線應(yīng)用到多總線融合的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，給出了系統(tǒng)融合的實(shí)現(xiàn)途徑。 參考文獻(xiàn) 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