多总线融合测试系统的架构和实现方案研究

随着信息化转变，高新技术在武器装备全寿命周期内得到广泛应用，导致武器装备的复杂程度与日剧增。传统基于单总线的测试系统结构变得难以满足武器装备的维护保障需求，主要表现在以下方面。

1） 测试系统单通信接口难以满足武器装备多数字接口通信的需要。为使武器装备具备高性能的作战能力，人们常将现代计算机技术、电子技术、通信技术的最新研究成果应用到其中，武器装备与外界接口通常包含1553B、RS422和RS232等多种，接口形态呈现多样化，测试系统需配置多种通信总线接口才能满足武器装备的测试需求。

2） 单总线测量仪器功能覆盖范围有限。由于武器装备的测试项目繁多，测试参数复杂，测试资源需求比较广泛，测量装置的频率覆盖范围需要从低频、射频到微波。而目前军用主流测试仪器总线（如VXI总线）限于结构和仪器模块因素，对射频和微波测量仪器的支持程度有限，而在此领域，GPIB总线仪器呈现出优异性能。

3） 测试系统结构受限。由于测量模块数据采集能力与测试环境的限制，测试系统通常需要触发不同总线的仪器模块同时启动某项测试才能完成测量任务，测试系统往往不具备满足上述需求的统一触发结构。

4） 测试系统可移植性差、更新升级困难。当前，不同军种、不同维护级别的测试系统间缺乏互操作性。这种情形严重影响着测试资源的分配、测试序列的产生和测试结果的调用。而影响测试设备互操作性的主要因素是测试设备的总线种类繁多且相互之间不兼容。

在采用单一总线构建测试系统难以满足武器装备测试需要的情况下，综合多种仪器总线的优点，构建基于多数字接口总线的多总线融合的自动测试系统成为军用测试领域的发展趋势之一。

1 定义

多总线融合的自动测试系统：测试系统包含两种或两种以上的数字接口总线，不同总线间可实现机械相容、电气相容、功能相容和运行相容。不同总线之间通过接口转接装置，实现机械和电气相容;不同总线不同类仪器之间通信可屏蔽I/O接口的差异，实现“总线I/O透明”;不同总线同类仪器之间可屏蔽功能上的差异，实现“资源功能透明”，最终实现运行和功能相容，满足测试系统对不同总线测量仪器的互操作与互换要求。

2 测试系统的总体框架

2.1 多总线融合的测试系统架构

以LXI为基础组建的测试系统能够较好地满足多总线融合的自动测试系统构建需求，系统结构框图如图1所示。LXI（LANeXtension for Instrument）是LAN局域网技术在仪器领域的扩展，LXI仪器是严格基于IEEE802.3、TCP/IP、网络总线、网络浏览器、IVI-COM驱动程序、时钟同步协议（IEEE1588）和标准模块尺寸的新型仪器。LXI模块借助于标准网络浏览器实现信息浏览与程序控制，并以IVI-COM格式进行通信，便于系统集成和同类型仪器的互换。

图1 基于LXI的多总线融合的自动测试系统总体结构

图1中，系统以LXI连接各仪器总线模块，VXI、PXI和GPIB等总线模块通过接口转接器成为系统的组成部分。计算机控制器在操作系统的控制下作为整个测试系统的指令执行器。操作系统为多总线融合的自动测试系统提供文件管理、内存管理、用户界面消息响应、测试结果输出与打印、系统I/O请求处理等服务。

在系统I/O层，多总线机械、电气相容转接器与系统I/O接口交联，提供多种测试总线接口。系统I/O接口还控制着“同步触发控制逻辑”，实现不同总线测试资源的同步触发，在软件资源的配合下，满足系统对多路信号同时测量的需求。

多总线融合的运行相容和功能相容层主要包含：系统I/O总线驱动层、多总线测试资源互换驱动层、信号的虚拟资源需求到物理资源配置映射层、面向信号的虚拟仪器层。

系统I/O接口通过仪器连接总线LXI与多种仪器背板总线（VXI、PXI、GPIB等）相连，仪器背板总线上装入测量仪器。测试接口适配器与测量仪器连接。测试接口适配器完成测量仪器与被测单元的信号交联，对输入、输出信号进行阻抗匹配变换，完成信号衰减与电平转换等任务。

多总线融合的测试系统应用软件在多总线测试资源融合层上运行，该层不含具体物理资源信息，按照面向信号、面向测试需求的模式进行程序代码编写。虚拟测试资源到具体物理设备的映射在多总线测试资源融合层实现。

为使多总线融合的武器装备测试系统具有良好的人机环境，系统配置显示器、键盘、鼠标等人机接口以及打印机等输出设备。

2.2 多总线机械与电气相容实现方案

为将不同测试总线模块集成到LXI测试系统中，有两种技术方案可供选择：开发桥转接器和接口适配器 。

桥转接器由LXI接口和特定总线接口组成。LXI接口端实现LXI接口的所有要求，包括：网络协议支持，Web页浏览与仪器控制，LAN配置初始化和IVI驱动器。在桥转接器的特定总线接口端，实现特定的硬件和软件接口要求。例如，如果LXI桥转接器连接GPIB仪器，桥转接器不仅要支持LXI接口和GPIB接口，还需具备将软件命令从LXI端映射到GPIB端的能力。

接口适配器将非LXI总线接口完全转化为LXI接口。和桥转接器不同，通过接口适配器，主机可以利用仪器驱动器和Web页直接访问和控制非LXI仪器，在接口适配器和非LXI仪器之间不需要控制与通信机制的映射和VISA资源的映射。

在多总线融合的测试系统中，为不使原有VXI、PXI、GPIB系统结构产生较大幅度的变动，基于LXI的多总线融合的测试系统采用桥转接器机制将现存总线仪器无缝融入到其中。例如，对于VXI总线模块，选用EX2500 LXI-VXI Slot 0 InteRFace可将基于TCP/IP协议的LXI仪器操作命令转换为VXI仪器背板上的信号驱动逻辑。通过这种结构，原有的VXI测试系统作为系统的一子系统，只需在Agilent IO Library接口配置处作少量更改，而系统的硬件和测试软件不需作任何变动就可继续使用。

2.3 系统的同步触发结构

不同总线仪器间的同步与触发是多总线融合的自动测试系统必须考虑的关键环节。由于不同测试总线的同步与触发机制差别较大，多总线融合的自动测试系统的同步与触发实现较为困难。

为满足系统高精度触发误差的需求，系统采用LXI的精密时钟触发IEEE1588和LXI硬件触发相结合的触发结构，系统触发结构如图2所示。IEEE1588为系统提供高精度的同步时钟，LXI triggerING为各总线模块提供相位差极小的统一事件触发。系统的触发HUB选用EX2100。

图2 多总线融合的自动测试系统触发结构

在本文研究的多总线融合的自动测试系统中，由于VXI、PXI、GPIB模块的触发信号电平与LXI 的LVDS（LowVoltage Different Signal低电压差分信号）的触发电平不相匹配，系统采用不同总线触发信号适配器，将LXI TRIGGERING的LVDS信号转换成与VXI、PXI、GPIB等模块触发相适应的电平信号。

由于现存的VXI、PXI模块前面板并非全部具备与LXITRIGGERING适配的触发端子，在触发精度要求不高的情况下，用VXI和PXI子系统零槽控制器将LXI系统IEEE1588时间触发映射到系统的事件触发逻辑上，驱动总线背板上的TTL或ECL触发信号线实现系统的同步。

3 测试系统的软件结构

为实现不同总线仪器的多总线融合，测试软件应具备下列功能：

1） 不同总线仪器的I/O差别对上一层的应用程序实现透明。系统对不同总线仪器的操作应显现不出I/O差别，仪器的配置与控制、数据的读取共用同一函数，不同总线资源的测试数据、总线信息无需转换，实现“总线I/O透明”，这是多总线融合的第一个层次。

2） 不同总线接口而功能相近的同类总线可实现互换，实现“资源功能透明”，这是多总线仪器融合的第二个层次。

按照上述功能需求，多总线融合的测试系统软件由四部分组成：通信协议传输层的软件VXI-11，底层I/O软件VISA 层，IVI驱动层，应用软件层。系统软件层次结构图 如图3所示，图3是图1软件部分的细化。

图3 多总线融合的测试系统软件结构

VXI联盟制定的VXI-11规范定义了网络仪器通过TCP/IP与控制器进行通信的标准，目前VXI-11规范已发展成为以太网基仪器的通信标准。现有的I/O接口软件VISA库将VXI-11标准进行了封装，作为其一个子集。VISA结构屏蔽了不同总线仪器操作的I/O差别，为仪器驱动器的开发提供了统一的I/O控制底层函数集。系统在VISA层实现多总线的“总线I/O透明”。

考虑到同类仪器的功能大体相同，驱动程序设计时可以通过封装把每类仪器封装成一个COM组件。通过COM组件的隔离，测试应用程序不用关心底层仪器驱动程序的实现，直接调用COM组件的接口实现对仪器的控制。IVI配置服务器实现对COM组件的配置管理，存储配置信息。驱动程序的COM组件是标准的，对同类仪器的驱动程序来说是完全一致的，只需在配置服务器中更改驱动程序的配置信息，就可实现仪器互换。除IVI-COM驱动器外，IVI-C也是适用于LXI结构的仪器驱动器模型。系统在IVI层实现不同总线同类仪器的“资源功能相容”。

系统的应用程序开发环境可有VB，VC++，Lab VIEW等多种选择，它们均提供IVI-COM API函数的调用和编译。

4 结束语

随着计算机技术、电子技术、通信技术的快速发展，为满足武器装备对测试领域提出的需求，Namisoft（纳米软件）以LXI为基础构建了一种多总线融合的自动测试系统。系统能较好地满足当前武器装备维护保障领域的需求，适用于组建测试资源需求复杂的测试系统。多总线融合的测试系统具有易于组建、互换性强、开放性好的特点，能有效地将过时的测试设备融入到其中。在测试系统开发实践中，仅对接口配置作少许更改，基于VXI总线的某型导弹通用测试系统就能方便集成到本文构建的多总线融合的测试系统中，在不增加军事经费投入的情况下，系统的整体性能因多种总线资源的融合而得到了较大幅度的提升。