傳統(tǒng)的裝備檢測是：一套測試設(shè)備只測試一個(gè)型號，測試軟件也是專門定制。當(dāng)型號越來越多，最后發(fā)現(xiàn)需要很多不同種類的測試設(shè)備，同時(shí)也需要很多開發(fā)人員開發(fā)測試軟件。測試人員很難熟練掌握各種測試設(shè)備和各種測試軟件，另外對測試設(shè)備的維護(hù)管理也相當(dāng)復(fù)雜繁瑣。

研制和生產(chǎn)可適用于不同型號裝備的通用性檢測設(shè)備，是解決問題的有效途徑之一。

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什么是檢測設(shè)備

檢測設(shè)備是指對裝備進(jìn)行技術(shù)狀態(tài)檢查、功能測試和故障診斷的一類設(shè)備，主要用于支撐對裝備中各類電子電氣設(shè)備的檢測維修等應(yīng)急保障任務(wù)。

檢測設(shè)備屬于專用性測試設(shè)備，為了使得檢測設(shè)備具有用戶使用簡單、各組成部分互換性強(qiáng)、測試邏輯可移植、擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，需要從硬件組成、軟件架構(gòu)、基礎(chǔ)支撐構(gòu)件等多方面進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，確保檢測設(shè)備的通用化。

?圖1：檢測設(shè)備基本原理

檢測設(shè)備通過向被檢測對象發(fā)送激勵(lì)信號，從被檢測對象接收檢測信號，通過測試邏輯實(shí)現(xiàn)對被檢測對象的技術(shù)狀態(tài)檢查、功能測試和故障診斷等功能。

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檢測設(shè)備通用化需求

1、硬件的互換性

實(shí)現(xiàn)檢測設(shè)備中各組成單元的互換性，包括核心處理板、信號采集板、信號調(diào)理板、操作終端、電源控制板等單元的互換性。

互換性意味著具有不同檢測功能的檢測設(shè)備中的組成單元可以互換，會(huì)大幅減輕部隊(duì)的零部件供應(yīng)保障的品種。

2、硬件架構(gòu)的可擴(kuò)展性

硬件的體系架構(gòu)可擴(kuò)展性要求在當(dāng)前檢測設(shè)備無法滿足被檢測設(shè)備檢測信號通道數(shù)的情況下，可以通過插件板擴(kuò)展的方式，在當(dāng)前檢測設(shè)備基礎(chǔ)上快速實(shí)現(xiàn)出改型的檢測設(shè)備。

3、軟件模塊的可移植性

檢測設(shè)備的軟件需進(jìn)行良好的架構(gòu)設(shè)計(jì)，通過模塊劃分、架構(gòu)分層實(shí)現(xiàn)接口明確、模塊間耦合性低、模塊內(nèi)可靠性高的軟件系統(tǒng)。

軟件模塊的可移植性意味著在新研發(fā)檢測設(shè)備時(shí)各軟件模塊能夠最大限度地實(shí)現(xiàn)移植和復(fù)用，也意味著軟件開發(fā)的工作量會(huì)大幅降低。

4、軟硬件配合的完整性

軟件是運(yùn)行在硬件板卡之上的，當(dāng)某塊板卡上的軟硬件作為一體具有互換性時(shí)，會(huì)更大程度地增強(qiáng)該板卡的整體互換性，從而實(shí)現(xiàn)該板卡的軟硬件一體化保障，減輕換件維修的工作量。

5、測試邏輯描述的可編程性

雖然就面向某一檢測對象的檢測設(shè)備而言，其測試邏輯是通常是固定，該型檢測設(shè)備一旦研制成功，其測試邏輯就不需要改動(dòng)了。

但對于面向不同對象的檢測設(shè)備，其測試邏輯顯然很難保持一致，而我們期望對于不同的檢測對象，我們能用測試邏輯編程的方法研制出檢測設(shè)備。

將測試邏輯描述與測試邏輯的運(yùn)行支撐分離，測試邏輯的運(yùn)行支撐就可保持不變，只需要改動(dòng)測試邏輯描述部分就可以實(shí)現(xiàn)針對不同檢測對象的檢測設(shè)備。

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通用化設(shè)計(jì)的基本思路

實(shí)現(xiàn)檢測設(shè)備通用化的基本思路有以下幾點(diǎn)：

1、對激勵(lì)信號和檢測信號進(jìn)行抽象，將需要產(chǎn)生的激勵(lì)信號和檢測信號進(jìn)行抽象化的分類，所有的測試邏輯都基于抽象的信號為操作對象，這樣就可以實(shí)現(xiàn)測試邏輯描述與硬件板卡的無關(guān)性。

2、采用操作終端與測試單元的分離方案，操作終端為上位機(jī)、測試單元為下位機(jī)，操作終端與測試單元之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，一個(gè)操作終端可以通過帶多個(gè)測試單元，通過測試單元的組合可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)通用性，主控單元的硬件則是完全通用性的產(chǎn)品，測試單元可以在內(nèi)部板卡分解上繼續(xù)進(jìn)行通用化的設(shè)計(jì)。

3、采用測試邏輯描述與測試邏輯運(yùn)行支撐分離的方案，測試邏輯描述與測試邏輯運(yùn)行支撐為相互分離的軟件模塊，測試邏輯運(yùn)行支撐運(yùn)行于測試單元的核心控制板中，測試邏輯描述則可在操作終端上完成。

4、測試單元采用信號采集處理板卡與核心控制板分離的方案，核心控制板運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)及測試邏輯運(yùn)行支撐模塊，核心控制板具有通用性，信號采集處理板卡可根據(jù)被檢測對象的不同而有所不同。

5、測試單元信號采集處理板卡采用硬件電路設(shè)計(jì)+驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的方案，可以實(shí)現(xiàn)信號采集處理板卡的系列化。

6、采用信號采集處理板卡與信號調(diào)理板卡分離的方案，信號采集處理板卡使用標(biāo)準(zhǔn)電平形式與信號調(diào)理板卡相連，由信號調(diào)理板卡實(shí)現(xiàn)與被檢測對象的信號連接，實(shí)現(xiàn)對檢測信號的轉(zhuǎn)換和激勵(lì)信號的轉(zhuǎn)換，這樣可進(jìn)一步確保信號采集處理板卡在一定程度上的通用性。

7、構(gòu)建面向檢測設(shè)備開發(fā)的測試系統(tǒng)集成開發(fā)支撐平臺，支撐平臺提供一個(gè)檢測設(shè)備開發(fā)的框架和標(biāo)準(zhǔn)化可復(fù)用的軟件模塊，由支撐平臺提供一系列支撐檢測設(shè)備開發(fā)的工具和組件，實(shí)現(xiàn)對測試邏輯靈活性描述的支撐。

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硬件通用化設(shè)計(jì)

4.1原理設(shè)計(jì)

檢測設(shè)備通用化的硬件原理框圖如下圖2所示。

圖2：通用檢測設(shè)備硬件原理框圖

圖2為通用檢測設(shè)備的硬件原理框圖，操作終端與測試單元之間通過高速以太網(wǎng)進(jìn)行連接。操作終端采用桌面操作系統(tǒng)，其上運(yùn)行檢測軟件，實(shí)現(xiàn)檢測邏輯的人機(jī)交互界面部分。測試單元核心主控制板采用嵌入式操作系統(tǒng)，其上主要運(yùn)行測試邏輯運(yùn)行支撐軟件。信號采集處理板負(fù)責(zé)非總線類信號的采集與處理，為保證信號采集處理板盡可能實(shí)現(xiàn)通用與互換，信號采集處理板的模擬量輸入輸出信號只限定在標(biāo)準(zhǔn)的電平范圍內(nèi)（0-5V），數(shù)字量以及脈沖量輸入輸出信號也采用標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平形式。信號調(diào)理板負(fù)責(zé)對DA、AD、DI、DO、PI、PO信號進(jìn)行調(diào)理轉(zhuǎn)換，形成標(biāo)準(zhǔn)電平形式的信號。對于需要使用RS232/422/485以及CAN、1553B等總線通信與被測件相連的，增加總線通信板。測試單元的總線通信板、信號采集處理板、核心控制板通過PXIe總線相連，這樣總線通信板、信號采集處理板與核心控制板構(gòu)成PXI架構(gòu)的測控計(jì)算機(jī)體系。

被測設(shè)備通過信號線束同信號調(diào)理板相連，通過通信線束同總線控制板相連。

4.2通用化分析

通過原理設(shè)計(jì)，檢測設(shè)備的構(gòu)成如下圖3所示的分解結(jié)構(gòu)。

圖3：通用檢測設(shè)備通用化分析

由上圖可以看出，硬件設(shè)備操作終端可以完全通用，測試單元中的核心控制板可以完全通用，總線通信板、信號采集處理板根據(jù)信號路數(shù)與總線通信通道數(shù)的不同，實(shí)現(xiàn)系列通用。

4.3操作終端的設(shè)計(jì)

操作終端為完全通用化的操作終端，CPU采用飛騰D2000_8_0803_I處理器芯片，工作主頻可達(dá)2GHz，采用14nmCMOS工藝制造，設(shè)計(jì)典型功耗25W。并且具有一定的IO接口擴(kuò)展，如LPC，UART，SPI，GPIO等。

操作終端系統(tǒng)連接圖如下圖4所示。

圖4：操作終端連接關(guān)系圖

操作終端采用觸摸屏外形設(shè)計(jì)，如下圖5所示。

?圖5：操作終端外形設(shè)計(jì)

操作終端的系統(tǒng)框圖如下圖6所示，采用功能載板+核心處理模塊+固態(tài)存儲(chǔ)模塊的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，功能載板集成通訊單元、電源管理單元、以及其他處理電路，核心處理模塊、固態(tài)存儲(chǔ)模塊均可方便拆卸更換，便于快速維護(hù)。

圖6：操作終端系統(tǒng)框圖

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ETest開發(fā)檢測設(shè)備的方法

5.1ETest的使用步驟

利用硬件集成加基于ETest開發(fā)的方式，可搭建出由單機(jī)到多機(jī)的分布式仿真測試環(huán)境，如圖下圖7所示。

圖7：半實(shí)物仿真測試系統(tǒng)的部署

系統(tǒng)的使用分為測試設(shè)計(jì)和測試執(zhí)行兩個(gè)階段，在測試設(shè)計(jì)階段，測試分析員分析UUT的接口類型、信號特征，在軟件上使用可視化圖形的方式繪制出UUT交聯(lián)環(huán)境圖，對信號與協(xié)議進(jìn)行描述與檢查，進(jìn)行測試設(shè)備與測試主機(jī)的規(guī)劃，最后通過測試腳本設(shè)計(jì)、監(jiān)控窗體設(shè)計(jì)，保存后測試設(shè)計(jì)方案，見圖8所示。

圖8：測試設(shè)計(jì)階段的使用流程

測試執(zhí)行時(shí)，測試人員打開測試設(shè)計(jì)方案，選擇設(shè)計(jì)好的測試腳本執(zhí)行，測試腳本執(zhí)行過程中，通過測試監(jiān)控設(shè)計(jì)好的監(jiān)控窗體，實(shí)時(shí)監(jiān)控測試腳本的執(zhí)行情況，測試結(jié)束后可得到測試結(jié)果報(bào)告，見圖9所示。

圖9：測試執(zhí)行階段的使用流程

5.2ETest開發(fā)通用檢測設(shè)備軟件

利用ETest開發(fā)檢測設(shè)備軟件時(shí)，下位機(jī)部分只需要開發(fā)信號采集處理板驅(qū)動(dòng)程序、總線通信驅(qū)動(dòng)程序，上位機(jī)部分開發(fā)可直接利用ETest集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)操作終端的檢測應(yīng)用軟件。如下圖10所示。

圖10：ETest開發(fā)通用檢測設(shè)備的過程

在下位機(jī)軟件開發(fā)過程中，ETest定義了驅(qū)動(dòng)開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)ET-VISA，提供了驅(qū)動(dòng)開發(fā)的規(guī)范，這使得所開發(fā)出來的板卡驅(qū)動(dòng)具有一定的標(biāo)準(zhǔn)互換性。ETestD API服務(wù)、ETestX執(zhí)行器直接二進(jìn)制復(fù)用，它們與板卡驅(qū)動(dòng)以及嵌入式操作系統(tǒng)一起構(gòu)成了測試單元可執(zhí)行包，這個(gè)測試單元可執(zhí)行包是可以完全通用的，不會(huì)因被檢測對象的不同而不同。在上位機(jī)軟件開發(fā)過程中，利用測試環(huán)境編輯器開發(fā)測試環(huán)境描述，利用監(jiān)控面板設(shè)計(jì)器開發(fā)檢測應(yīng)用軟件的人機(jī)交互界面，利用測試程序編輯器開發(fā)測試程序邏輯。開發(fā)完成后，通過將這些內(nèi)容與ETest提供的ETL語言引擎、UI渲染器、測試數(shù)據(jù)記錄、測試執(zhí)行調(diào)度、ETestD遠(yuǎn)程代理等二進(jìn)制包打包發(fā)布為檢測應(yīng)用軟件。雖然針對不同的檢測對象，所打包發(fā)布的檢測應(yīng)用軟件整體上會(huì)有所不同，看似不具有通用性，但ETL語言引擎、UI渲染器、測試執(zhí)行調(diào)度、測試數(shù)據(jù)記錄、測試報(bào)告生成、ETestD遠(yuǎn)程代理等模塊都不需要修改，改動(dòng)部分只需要包括ETL描述數(shù)包即可。針對每種不同檢測對象，只需要做簡單的配置和腳本化的測試程序邏輯開發(fā)，就可以快速形成檢測應(yīng)用軟件，這大幅度的提高了開發(fā)的效率，在新檢測裝備研發(fā)中也會(huì)大幅減少研發(fā)經(jīng)費(fèi)。根據(jù)圖6所示，在最終形成的操作終端可執(zhí)行包和測試單元可執(zhí)行包，按照包模塊劃分，共有11個(gè)模塊。其中，針對不同的被檢測對象，軟件模塊需要編寫的部分只有信號采集處理板驅(qū)動(dòng)、總線通信板驅(qū)動(dòng)、ETL語言描述包3個(gè)部分，通用率達(dá)到了72%。由于信號采集板驅(qū)動(dòng)、總線通信板驅(qū)動(dòng)可以作為系列化驅(qū)動(dòng)，其也可以作為通用部分看待，那么在所有的軟件模塊中針對不同的被檢測對象，只需要更改ETL語言描述包部分就可以實(shí)現(xiàn)，這個(gè)意義上來講，軟件通用性達(dá)到了90.9%。

經(jīng)過架構(gòu)設(shè)計(jì)和測試領(lǐng)域的組件化開發(fā)，可以將檢測設(shè)備研發(fā)的工作量降低為10%。

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結(jié)論

檢測設(shè)備研發(fā)中，采用操作終端作為上位機(jī)，測試單元作為下位機(jī)。硬件方面，操作終端和測試單元的核心控制板可完全是通用的，不會(huì)因被檢測對象的不同而不同。信號采集處理板、總線通信板可以保持相對的通用性，如果不考慮造價(jià)成本，完全可以制作出滿足資源最大需求的信號采集處理板和總線通信板，實(shí)現(xiàn)這兩塊板子的通用。若基于資源恰好合適不浪費(fèi)的考慮，信號采集處理板、總線通信板也可以實(shí)現(xiàn)系列化。針對不同的被檢測對象，硬件只需要研發(fā)信號調(diào)理板就可以實(shí)現(xiàn)檢測設(shè)備。
軟件方面，測試單元中運(yùn)行的軟件完全不需要針對被檢測設(shè)備而發(fā)生變化。只要信號采集處理板與總線通信板硬件選型一致，針對不同檢測對象的測試單元軟硬件除信號調(diào)理板不能通用外，測試單元軟硬件基本都達(dá)到了通用性。操作終端中的檢測應(yīng)用軟件，只需要修改ETL描述數(shù)據(jù)包，就可以適應(yīng)不同被檢測對象的測試需要。檢測設(shè)備通用化設(shè)計(jì)后，設(shè)計(jì)開發(fā)工作就變?yōu)椋盒盘栒{(diào)理板的開發(fā)、ETL描述數(shù)據(jù)包的開發(fā)兩部分，即使信號采集處理板、總線通信板需要開發(fā)，也只是增加了兩塊板子及其驅(qū)動(dòng)的開發(fā)工作量。若將硬件板卡的通用化程度和軟件模塊的通用化程序進(jìn)行建模，硬件通用性可達(dá)80%，軟件通用性可達(dá)90.9%。采用ETest開發(fā)檢測設(shè)備，可大幅提高檢測設(shè)備的開發(fā)效率。保守估計(jì)，開發(fā)的時(shí)間成本和經(jīng)費(fèi)成本可降低70%以上。