基于“柔性測試”技術的CPCI模塊測試平臺

摘要： CPCI又稱緊湊型PCI，是PICMG協會于1994提出來的一種總線接口標準。它的開放性一方面有助于用戶基于自身需求實現特定的功能，另一方面也導致模塊種類繁多，加大了模塊調試與檢測的難度。PXI總線在CPCI基礎上加入同步時鐘、觸發等量測總線，在測量、控制領域正得到越來越多的應用。它與CPCI具有良好的兼容性與互操作性，在實現CPCI模塊平臺化測試上具有先天優勢。

關鍵字：CPCI模塊測試、PXI平臺、Test On Demand、可靠性設計

1引言

CPCI總線誕生于上世紀90年代，它繼承了PCI總線*的電性能，引入歐規卡的機械結構，具有抗振性能好、高可用性等優點，而且支持熱插拔、后走線，是目前比較常用的一種工業計算機總線。CPCI機箱及模塊目前在電信、、交通等領域均有廣泛的應用。

基于“柔性測試”技術的CPCI模塊測試平臺適用于多種型號CPCI模塊開發和批量生產任務中的調試和測試。模塊開發工程師和生產管理人員需要對多種型號的CPCI模塊進行全面測試，快速定位模塊故障位置并調試，以及通過局域網實現生產數據的管理等，要求有一套平臺化的測試設備幫助實現測試功能，并有效提高測試效率。

2系統設計

    平臺由CPCI模塊調試測試所需的測試硬件及軟件組成，硬件平臺設計采用標準與定制產品結合的方式，其中測試機箱包括機箱、風扇、背板、電源板，采用6U CPCI標準總線，PICMIG 2.0規范，具備CPCI模塊通訊和測試信號傳輸轉接功能；調試臺包括PXI機箱和零槽控制器，DIO/多功能數采卡/通訊卡等多款PXI模塊、信號連接、路由電路，以及定制化的CPCI機箱、CPCI控制器，220V轉28V電源，電流和電壓數字顯示表，液晶顯示屏，鍵盤等組成，具有良好的兼容性與擴展性；軟件平臺采用成熟架構開發設計，主要由運行于VxWorks實時操作系統的下位機測試程序和運行于PXI控制器Windows系統的上位機程序兩部分組成，功能可靈活配置。

    測試系統可提供多達600個測試通道，包括數字IO通道，非同步模擬采集通道、同步模擬采集通道、模擬電壓/電流輸出通道、CAN通信、RS422通信和1553B通信等資源；結合前端調理電路可實現模塊的固態繼電器漏電流測試、開關量輸入測試、開關量輸出測試、繼電器觸點測試、電阻值測試、二極管測試、電阻模擬、差分信號測試、RS422通信測試、CAN通信測試、以太網通信測試、1553B通信測試、故障模擬等功能。

圖1 系統框圖

    在測試過程中，調試臺輸出的開關量信號和模擬量信號都需要通過開關量輸入通道和模擬量采集通道實時檢測是否正確；每一路輸出在調試臺內部都有對應的輸入通道資源來實時檢測。

3 關鍵技術 

3.1系統標定

系統中對模擬量采集與輸出通道進行標定。模擬量采集通道的標定采用外部輸入一個標準的信號源，通過相應的模擬采集通道進行數據采集，將采集到的數據與標準信號源輸出數據對比，然后根據多項式y=a₀+a₁x¹+a₂x²+…+a_19X¹⁹計算出多項式系數。對于模擬量輸入通道來說，x為模擬量采集通道當前采集的數值，y為標準信號源當前輸出的數值，任意設置20個電壓值，可以根據多項式求得多項式系數，此多項式的系數為模擬量采集通道的標定系數。

    模擬電壓輸出通道標定，從外部接一個標準的電壓采集設備（比如高精度萬用表），通過模擬電壓輸出通道輸出一個電壓值，同時標準設備采集相應的電壓值，zui后根據多項式y=a₀+a₁x¹+a₂x²+…+a_19X¹⁹計算出多項式系數。對于模擬量輸出通道來說，x為軟件中設置模擬通道要輸出的值，y為模擬通道實際輸出的電壓值，任意設置20個電壓值，可以根據多項式求得多項式系數，此多項式的系數為模擬量輸出通道的標定系數。

3.2 電氣連接與可靠性設計

    系統精心的電磁兼容性設計，提高設備的抗電磁*力；同時兼顧電路板、機箱的散熱設計和隔離屏蔽設計。

• 對于來自電源干擾的抑制

在每個設備的入口端配接匹配的低通濾波器，并將重負荷供電線及回線與信號電路供電線及回線分開，減少耦合；對敏感電路如模擬輸入電路單獨供電；盡量使交流電源供電線及其回線絞合、直流電源供電線及其回線分別絞合在一起，并且不與其他電路回線共用一根導線。

• 設計良好接地以抑制干擾

信號回線、電源回線及機殼設置獨立的接地回線并在同一參考點接地；低頻設備采用單點接地，高頻設備則采用多點接地；連接衛星或特殊要求可采用浮地，其電路與公共地回路隔離，為消除靜電的積累，在浮地設備與大地之間接入一個足夠大的泄放電阻。

    除以上幾點，信號傳輸中的干擾抑制與硬件冗余和備份在系統設計中均有考慮。 

3.3 半自動化與緊湊型結構設計

該系統調試臺部分采用PXI平臺，它與CPCI具備良好的互操作性，PXI中增加了專門的觸發總線、參考時鐘及主要軟件特性，適用于測量和自動化系統。PXI作為一種系統級規范，使本系統易于集成與使用，充分利用計算機資源運行測試軟件，半自動化的操作方式靈活，幫助降低zui終用戶的開發費用 。

平臺采用航空運輸箱作為設備儀器結構框架，具有19英寸標準框架，適用于各種標準儀器上架安裝，適用于電子設備實驗室、內場近距離的搬運及設備在外場使用適用于鹽霧、濕熱等惡劣環境，在公路運輸情況下，振動能量衰減1/2。

通過GJB150-86中的振動試驗、淋雨試驗、高低溫試驗、鹽霧試驗、霉菌試驗、濕熱試驗和運輸跌落試驗等。

主要性能特點包括：

• 19英寸標準框架結構，適用于各種標準儀器安裝；
• 玻璃鋼箱體整體成型，承重性能好，可適用于車載方艙的安裝；
• 適用于電子設備在實驗室，內場近距離的搬運及設備在外場使用的快速組合。

圖2 設備外觀

系統內部布局如圖3所示，充分考慮設備內部散熱，同時成束電纜到接口PCB的直接連接保證了設備的穩定性。

圖3 設備內部布局 

3.4 環境適應性設計

    系統設計過程中，充分考慮實際使用中對環境的適應性，主要包括以下幾點：

• 應使電路和結構的設計對機械環境的響應程度zui小，以保證產品工作的可靠性；
• 元器件和原材料的特性應滿足產品機械環境的要求；
• 細長和較重的元器件應加以固定以防止因振動而引起的疲勞和斷裂；
• 機載設備應進行減振設計，減振器的選用應考慮支承力和諧振頻率，以滿足使用要求；
• 接插件等可移動的電接觸部分應加以固定和鎖緊，以免振動時接觸不良；
• 零部件應避免懸式安裝以防振動疲勞而斷裂；
• 供導線通過的金屬隔板孔，必須設置絕緣套，導線不得沿銳邊、棱邊敷設，以防磨破。 

4測試軟件功能

本系統中軟件基于Test On Demand 平臺設計，它是面向測試系統設計需求，快速搭建流程測試系統的測試流程控制管理軟件平臺。Test On Demand 為現有測試項提供管理功能和工作平臺，能夠集成現有的測試代碼并安排執行順序以支持循環與復雜決策。采用基于測試隊列的編輯環境，能夠在每個步驟配置包括硬件設備、采集方式、校驗方法、限定條件等相關信息，并且實現對結果判定后的狀態跳轉。智能優化設備調度，為并行測試中的設備沖突問題掃清障礙。

本系統軟件功能及描述如下：

4結論

針對目前CPCI模塊功能種類多樣，定制型號較多的特點，本系統采用半自動化操設計方式，方便更換不同待測模塊，基于PXI的測試資源豐富并且方便更換配置，軟件功能基于平臺化的測試流程控制管理軟件平臺，執行效率高，并提供系統自檢、設備校檢等生產維護工具，為故障溯源提供zui原始數據支撐。十分適用于多品種小批量的CPCI模塊測試需求，具備一定的行業推廣意義。