摘要： CPCI又稱(chēng)緊湊型PCI，是PICMG協(xié)會(huì)于1994提出來(lái)的一種總線接口標(biāo)準(zhǔn)。它的開(kāi)放性一方面有助于用戶基于自身需求實(shí)現(xiàn)特定的功能，另一方面也導(dǎo)致模塊種類(lèi)繁多，加大了模塊調(diào)試與檢測(cè)的難度。PXI總線在CPCI基礎(chǔ)上加入同步時(shí)鐘、觸發(fā)等量測(cè)總線，在測(cè)量、控制領(lǐng)域正得到越來(lái)越多的應(yīng)用。它與CPCI具有良好的兼容性與互操作性，在實(shí)現(xiàn)CPCI模塊平臺(tái)化測(cè)試上具有先天優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵字：CPCI模塊測(cè)試、PXI平臺(tái)、Test On Demand、可靠性設(shè)計(jì)

1引言

CPCI總線誕生于上世紀(jì)90年代，它繼承了PCI總線*的電性能，引入歐規(guī)卡的機(jī)械結(jié)構(gòu)，具有抗振性能好、高可用性等優(yōu)點(diǎn)，而且支持熱插拔、后走線，是目前比較常用的一種工業(yè)計(jì)算機(jī)總線。CPCI機(jī)箱及模塊目前在電信、、交通等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。

基于“柔性測(cè)試”技術(shù)的CPCI模塊測(cè)試平臺(tái)適用于多種型號(hào)CPCI模塊開(kāi)發(fā)和批量生產(chǎn)任務(wù)中的調(diào)試和測(cè)試。模塊開(kāi)發(fā)工程師和生產(chǎn)管理人員需要對(duì)多種型號(hào)的CPCI模塊進(jìn)行全面測(cè)試，快速定位模塊故障位置并調(diào)試，以及通過(guò)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理等，要求有一套平臺(tái)化的測(cè)試設(shè)備幫助實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能，并有效提高測(cè)試效率。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    平臺(tái)由CPCI模塊調(diào)試測(cè)試所需的測(cè)試硬件及軟件組成，硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)與定制產(chǎn)品結(jié)合的方式，其中測(cè)試機(jī)箱包括機(jī)箱、風(fēng)扇、背板、電源板，采用6U CPCI標(biāo)準(zhǔn)總線，PICMIG 2.0規(guī)范，具備CPCI模塊通訊和測(cè)試信號(hào)傳輸轉(zhuǎn)接功能；調(diào)試臺(tái)包括PXI機(jī)箱和零槽控制器，DIO/多功能數(shù)采卡/通訊卡等多款PXI模塊、信號(hào)連接、路由電路，以及定制化的CPCI機(jī)箱、CPCI控制器，220V轉(zhuǎn)28V電源，電流和電壓數(shù)字顯示表，液晶顯示屏，鍵盤(pán)等組成，具有良好的兼容性與擴(kuò)展性；軟件平臺(tái)采用成熟架構(gòu)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，主要由運(yùn)行于VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的下位機(jī)測(cè)試程序和運(yùn)行于PXI控制器Windows系統(tǒng)的上位機(jī)程序兩部分組成，功能可靈活配置。

    測(cè)試系統(tǒng)可提供多達(dá)600個(gè)測(cè)試通道，包括數(shù)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(jié)合前端調(diào)理電路可實(shí)現(xiàn)模塊的固態(tài)繼電器漏電流測(cè)試、開(kāi)關(guān)量輸入測(cè)試、開(kāi)關(guān)量輸出測(cè)試、繼電器觸點(diǎn)測(cè)試、電阻值測(cè)試、二極管測(cè)試、電阻模擬、差分信號(hào)測(cè)試、RS422通信測(cè)試、CAN通信測(cè)試、以太網(wǎng)通信測(cè)試、1553B通信測(cè)試、故障模擬等功能。

圖1 系統(tǒng)框圖

    在測(cè)試過(guò)程中，調(diào)試臺(tái)輸出的開(kāi)關(guān)量信號(hào)和模擬量信號(hào)都需要通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入通道和模擬量采集通道實(shí)時(shí)檢測(cè)是否正確；每一路輸出在調(diào)試臺(tái)內(nèi)部都有對(duì)應(yīng)的輸入通道資源來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)。

3 關(guān)鍵技術(shù) 

3.1系統(tǒng)標(biāo)定

系統(tǒng)中對(duì)模擬量采集與輸出通道進(jìn)行標(biāo)定。模擬量采集通道的標(biāo)定采用外部輸入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)源，通過(guò)相應(yīng)的模擬采集通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將采集到的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源輸出數(shù)據(jù)對(duì)比，然后根據(jù)多項(xiàng)式y(tǒng)=a₀+a₁x¹+a₂x²+…+a_19X¹⁹計(jì)算出多項(xiàng)式系數(shù)。對(duì)于模擬量輸入通道來(lái)說(shuō)，x為模擬量采集通道當(dāng)前采集的數(shù)值，y為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源當(dāng)前輸出的數(shù)值，任意設(shè)置20個(gè)電壓值，可以根據(jù)多項(xiàng)式求得多項(xiàng)式系數(shù)，此多項(xiàng)式的系數(shù)為模擬量采集通道的標(biāo)定系數(shù)。

    模擬電壓輸出通道標(biāo)定，從外部接一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電壓采集設(shè)備（比如高精度萬(wàn)用表），通過(guò)模擬電壓輸出通道輸出一個(gè)電壓值，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備采集相應(yīng)的電壓值，zui后根據(jù)多項(xiàng)式y(tǒng)=a₀+a₁x¹+a₂x²+…+a_19X¹⁹計(jì)算出多項(xiàng)式系數(shù)。對(duì)于模擬量輸出通道來(lái)說(shuō)，x為軟件中設(shè)置模擬通道要輸出的值，y為模擬通道實(shí)際輸出的電壓值，任意設(shè)置20個(gè)電壓值，可以根據(jù)多項(xiàng)式求得多項(xiàng)式系數(shù)，此多項(xiàng)式的系數(shù)為模擬量輸出通道的標(biāo)定系數(shù)。

3.2 電氣連接與可靠性設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)精心的電磁兼容性設(shè)計(jì)，提高設(shè)備的抗電磁*力；同時(shí)兼顧電路板、機(jī)箱的散熱設(shè)計(jì)和隔離屏蔽設(shè)計(jì)。

• 對(duì)于來(lái)自電源干擾的抑制

在每個(gè)設(shè)備的入口端配接匹配的低通濾波器，并將重負(fù)荷供電線及回線與信號(hào)電路供電線及回線分開(kāi)，減少耦合；對(duì)敏感電路如模擬輸入電路單獨(dú)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(dǎo)線。

• 設(shè)計(jì)良好接地以抑制干擾

信號(hào)回線、電源回線及機(jī)殼設(shè)置獨(dú)立的接地回線并在同一參考點(diǎn)接地；低頻設(shè)備采用單點(diǎn)接地，高頻設(shè)備則采用多點(diǎn)接地；連接衛(wèi)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(shè)備與大地之間接入一個(gè)足夠大的泄放電阻。

    除以上幾點(diǎn)，信號(hào)傳輸中的干擾抑制與硬件冗余和備份在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中均有考慮。 

3.3 半自動(dòng)化與緊湊型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)調(diào)試臺(tái)部分采用PXI平臺(tái)，它與CPCI具備良好的互操作性，PXI中增加了專(zhuān)門(mén)的觸發(fā)總線、參考時(shí)鐘及主要軟件特性，適用于測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)。PXI作為一種系統(tǒng)級(jí)規(guī)范，使本系統(tǒng)易于集成與使用，充分利用計(jì)算機(jī)資源運(yùn)行測(cè)試軟件，半自動(dòng)化的操作方式靈活，幫助降低zui終用戶的開(kāi)發(fā)費(fèi)用 。

平臺(tái)采用航空運(yùn)輸箱作為設(shè)備儀器結(jié)構(gòu)框架，具有19英寸標(biāo)準(zhǔn)框架，適用于各種標(biāo)準(zhǔn)儀器上架安裝，適用于電子設(shè)備實(shí)驗(yàn)室、內(nèi)場(chǎng)近距離的搬運(yùn)及設(shè)備在外場(chǎng)使用適用于鹽霧、濕熱等惡劣環(huán)境，在公路運(yùn)輸情況下，振動(dòng)能量衰減1/2。

通過(guò)GJB150-86中的振動(dòng)試驗(yàn)、淋雨試驗(yàn)、高低溫試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)、霉菌試驗(yàn)、濕熱試驗(yàn)和運(yùn)輸?shù)湓囼?yàn)等。

主要性能特點(diǎn)包括：

• 19英寸標(biāo)準(zhǔn)框架結(jié)構(gòu)，適用于各種標(biāo)準(zhǔn)儀器安裝；
• 玻璃鋼箱體整體成型，承重性能好，可適用于車(chē)載方艙的安裝；
• 適用于電子設(shè)備在實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)場(chǎng)近距離的搬運(yùn)及設(shè)備在外場(chǎng)使用的快速組合。

圖2 設(shè)備外觀

系統(tǒng)內(nèi)部布局如圖3所示，充分考慮設(shè)備內(nèi)部散熱，同時(shí)成束電纜到接口PCB的直接連接保證了設(shè)備的穩(wěn)定性。

圖3 設(shè)備內(nèi)部布局 

3.4 環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮實(shí)際使用中對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，主要包括以下幾點(diǎn)：

• 應(yīng)使電路和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)械環(huán)境的響應(yīng)程度zui小，以保證產(chǎn)品工作的可靠性；
• 元器件和原材料的特性應(yīng)滿足產(chǎn)品機(jī)械環(huán)境的要求；
• 細(xì)長(zhǎng)和較重的元器件應(yīng)加以固定以防止因振動(dòng)而引起的疲勞和斷裂；
• 機(jī)載設(shè)備應(yīng)進(jìn)行減振設(shè)計(jì)，減振器的選用應(yīng)考慮支承力和諧振頻率，以滿足使用要求；
• 接插件等可移動(dòng)的電接觸部分應(yīng)加以固定和鎖緊，以免振動(dòng)時(shí)接觸不良；
• 零部件應(yīng)避免懸式安裝以防振動(dòng)疲勞而斷裂；
• 供導(dǎo)線通過(guò)的金屬隔板孔，必須設(shè)置絕緣套，導(dǎo)線不得沿銳邊、棱邊敷設(shè)，以防磨破。 

4測(cè)試軟件功能

本系統(tǒng)中軟件基于Test On Demand 平臺(tái)設(shè)計(jì)，它是面向測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，快速搭建流程測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試流程控制管理軟件平臺(tái)。Test On Demand 為現(xiàn)有測(cè)試項(xiàng)提供管理功能和工作平臺(tái)，能夠集成現(xiàn)有的測(cè)試代碼并安排執(zhí)行順序以支持循環(huán)與復(fù)雜決策。采用基于測(cè)試隊(duì)列的編輯環(huán)境，能夠在每個(gè)步驟配置包括硬件設(shè)備、采集方式、校驗(yàn)方法、限定條件等相關(guān)信息，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)果判定后的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)。智能優(yōu)化設(shè)備調(diào)度，為并行測(cè)試中的設(shè)備沖突問(wèn)題掃清障礙。

本系統(tǒng)軟件功能及描述如下：

4結(jié)論

針對(duì)目前CPCI模塊功能種類(lèi)多樣，定制型號(hào)較多的特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用半自動(dòng)化操設(shè)計(jì)方式，方便更換不同待測(cè)模塊，基于PXI的測(cè)試資源豐富并且方便更換配置，軟件功能基于平臺(tái)化的測(cè)試流程控制管理軟件平臺(tái)，執(zhí)行效率高，并提供系統(tǒng)自檢、設(shè)備校檢等生產(chǎn)維護(hù)工具，為故障溯源提供zui原始數(shù)據(jù)支撐。十分適用于多品種小批量的CPCI模塊測(cè)試需求，具備一定的行業(yè)推廣意義。