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(1.軍械工程學(xué)院導(dǎo)彈工程系，河北石家莊 050003；
2.南京軍區(qū)導(dǎo)彈站，江蘇南京 210028)
摘 要：提出了基于開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)-連接器-適配器結(jié)構(gòu)的測(cè)試接口設(shè)計(jì)方案，分析了各組成部分的結(jié)構(gòu)和功能，給出了硬件和軟件的具體實(shí)現(xiàn)方法。
關(guān)鍵詞：測(cè)試接口；連接器；適配器；USB
Design and Realization of Generic Test Interface of Automatic Test System
LIU Jinning1, MENG Chen1, CUI Shaohui1, CHEN Dexiang2
(1.Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China；
2.Missile Station of Nanjing Military Area, Nanjing 210028, China)
Abstract: This paper brings forward design scheme of TUA based on switch networkreceiveradapter architecture, analyses the structure and function of each composing part and gives the concrete ways of hardware and software design.
Key words: test interface; receiver; adapter; USB
GPIB、VXI、PXI等總線標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)大大簡(jiǎn)化了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(ATS)的集成，系統(tǒng)構(gòu)建變成了各種儀器模塊的功能組態(tài)。然而，由于UUT復(fù)雜多樣，接口類型千變?nèi)f化，因此，設(shè)計(jì)連接UUT和測(cè)試資源的通用測(cè)試接口(TUA)則是簡(jiǎn)化ATS集成開(kāi)發(fā)，提高儀器互換性、軟件移植性和系統(tǒng)性價(jià)比的有效手段。
本文探討通用TUA的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。
1通用TUA設(shè)計(jì)方案
通用TUA采用開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)-連接器-適配器結(jié)構(gòu)。
1.1連接器-適配器
通用TUA的連接器-適配器結(jié)構(gòu)如圖1所示。
連接器是測(cè)試資源連接被測(cè)信號(hào)和向UUT輸出激勵(lì)的統(tǒng)一接口，是為了實(shí)現(xiàn)接口的通用性而設(shè)計(jì)的。它一面連接適配器，另一面連接測(cè)試資源，UUT測(cè)試信號(hào)和測(cè)試資源信號(hào)在這里實(shí)現(xiàn)對(duì)接。
適配器實(shí)現(xiàn)對(duì)UUT信號(hào)和測(cè)試資源信號(hào)的連接、變換、分配等功能。在適配器結(jié)構(gòu)中，UUT接口連接UUT測(cè)試端口，通過(guò)連接電纜、針床等接口結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)與適配器信號(hào)調(diào)理電路的連接，最后這些經(jīng)調(diào)理的信號(hào)通過(guò)統(tǒng)一的接口與連接器相連。
在連接器-適配器結(jié)構(gòu)中，連接器是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的，連接部件采用商業(yè)貨架產(chǎn)品(COTS)，可以根據(jù)系統(tǒng)的需求選購(gòu)、組態(tài)；適配器針對(duì)具體的UUT，是非標(biāo)準(zhǔn)的、專用的。適配器采用“黑匣子”結(jié)構(gòu)，可由設(shè)計(jì)人員根據(jù)自己的特長(zhǎng)、愛(ài)好進(jìn)行設(shè)計(jì)，只要提供的接口與連接器保持兼容就可以。
1.2開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)
連接器-適配器結(jié)構(gòu)與測(cè)試資源的連接有直接電纜連接、專用屏蔽線連接、矩陣開(kāi)關(guān)連接和專用開(kāi)關(guān)連接等多種方式。前兩種方式適用于小型系統(tǒng)和專用系統(tǒng)，后兩種方式適用于大型系統(tǒng)，通用性較強(qiáng)。本文設(shè)計(jì)的TUA采用了直接電纜連接和開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)連接相結(jié)合的混合連接方式。測(cè)試資源是否連入開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)由資源的種類和數(shù)量決定，目的在于最大限度地?cái)U(kuò)充信號(hào)連接通道，實(shí)現(xiàn)測(cè)試資源的動(dòng)態(tài)分配，節(jié)省費(fèi)用，提高性價(jià)比。
開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。該結(jié)構(gòu)中采用矩陣開(kāi)關(guān)對(duì)接的方式形成了環(huán)形虛線包圍的邏輯意義上的總線，進(jìn)而形成開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如把4*16、4*32和4*64型矩陣開(kāi)關(guān)各自的4路信號(hào)連接在一起，就形成了任意兩路可互達(dá)的總線型開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)�？偩�的數(shù)量由系統(tǒng)測(cè)試時(shí)需要同時(shí)加載的最大信號(hào)通道數(shù)決定；總線的連接能力由矩陣開(kāi)關(guān)模塊的數(shù)目決定。圖中的兩個(gè)雙向箭頭表示測(cè)試資源與連接器直接相連。
1.3基于通用TUA的ATS結(jié)構(gòu)
在通用TUA結(jié)構(gòu)中，UUT連接電纜實(shí)現(xiàn)信號(hào)的第一次分配；適配器調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的第二次分配；而連接器到測(cè)試資源通過(guò)開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的第三次分配�；谕ㄓ肨UA的ATS結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中虛線框部分是由開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)、連接器和適配器構(gòu)成的通用TUA部分，它實(shí)現(xiàn)了測(cè)試資源和UUT的無(wú)縫集成。
2TUA硬件設(shè)計(jì)
TUA的硬件設(shè)計(jì)包括連接器設(shè)計(jì)和適配器信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)兩部分。
2.1連接器設(shè)計(jì)
為了提高TUA的通用性和可靠性，選用COTS產(chǎn)品進(jìn)行連接器設(shè)計(jì)，比如可以選用歐式DIN41612C系列、DIN41612F系列和RF18GHz系列插針和插座作為連接器中低頻信號(hào)、電源信號(hào)和同軸信號(hào)的可選連接部件。圖4給出了連接部件示意圖。
連接器與適配器的機(jī)械接口采用類似于VXI、PXI模塊的齒輪-球鎖結(jié)構(gòu)，減小插拔力，提高可靠性，延長(zhǎng)使用壽命。
連接器采用可裁減結(jié)構(gòu)。根據(jù)具體的ATS和UUT測(cè)試需求，選用連接模塊的種類和數(shù)量；連接模塊可以以單個(gè)或組的形式遞增。連接器提供給UUT標(biāo)準(zhǔn)接口，被測(cè)信號(hào)可以在上面任意分配。
2.2適配器信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)
本文給出基于USB總線微控制器的設(shè)計(jì)方法。
2.2.1器件和開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的選擇
考慮到芯片結(jié)構(gòu)、編程語(yǔ)言、開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、設(shè)計(jì)靈活性和功能擴(kuò)展性等因素，選用Cypress公司的EZ-USB 2100系列單片機(jī)作為微控制器芯片，選用Keil C51作為固件開(kāi)發(fā)工具。
EZ-USB 2100單片機(jī)采用51系列內(nèi)核，兼容性較好；內(nèi)嵌USB接口引擎，縮小了設(shè)計(jì)規(guī)模；支持軟配置，省去了燒片子的麻煩；通用編程接口擴(kuò)展了芯片的功能。Keil C51針對(duì)51內(nèi)核，代碼效率很高。
2.2.2基于USB總線的信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)
在選定芯片和開(kāi)發(fā)工具的基礎(chǔ)上，基于USB總線微控制器芯片的適配器信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)流程如圖5。
硬件電路設(shè)計(jì)指在EZ-USB 2100芯片的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)外圍電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的硬件功能框架。固件設(shè)計(jì)面向USB設(shè)備，按USB協(xié)議實(shí)現(xiàn)硬件電路的具體功能，它使用Keil C51進(jìn)行編寫；設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序面向USB主機(jī)，提供測(cè)控軟件控制USB設(shè)備的接口，采用DDK進(jìn)行編寫。
信號(hào)調(diào)理電路的供電問(wèn)題可由具體的設(shè)計(jì)需求決定。若電路規(guī)模較小，可采用USB自供電方式；若規(guī)模較大，采用總線供電。
3TUA軟件設(shè)計(jì)
TUA軟件設(shè)計(jì)指采用軟件的方法實(shí)現(xiàn)TUA的程控管理，包括信號(hào)轉(zhuǎn)接通道的自動(dòng)管理和適配器調(diào)理電路的軟件控制兩部分。
3.1信號(hào)轉(zhuǎn)接通道的自動(dòng)管理
信號(hào)轉(zhuǎn)接通道的自動(dòng)管理是TUA完成信號(hào)轉(zhuǎn)接功能，進(jìn)行測(cè)試資源動(dòng)態(tài)分配的具體執(zhí)行機(jī)制。同時(shí)也是提高TUA的自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化水平，簡(jiǎn)化測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的有效手段。為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)接通道的自動(dòng)管理，測(cè)控程序?qū)D(zhuǎn)接通道的控制要以控制系統(tǒng)信號(hào)端口的電氣互連關(guān)系為基本出發(fā)點(diǎn)。而要實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，必須使轉(zhuǎn)接通道的控制函數(shù)與各轉(zhuǎn)接通道的電氣互連關(guān)系成為相互獨(dú)立的兩個(gè)部分。系統(tǒng)轉(zhuǎn)接通道的電氣互連信息以控制模型的形式存儲(chǔ)在一個(gè)文件中，通道控制函數(shù)在這個(gè)模型的基礎(chǔ)上來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)接通道的控制。基于信號(hào)轉(zhuǎn)接通道自動(dòng)管理的ATS軟件結(jié)構(gòu)如圖6所示。
與普通測(cè)試軟件相比，該軟件結(jié)構(gòu)增加了三部分內(nèi)容：信號(hào)轉(zhuǎn)接通道控制模型、信號(hào)轉(zhuǎn)接通道通用控制函數(shù)和配置工具。
3.1.1信號(hào)轉(zhuǎn)接通道控制模型
采用.ini配置文件的形式建立信號(hào)轉(zhuǎn)接通道控制模型，采用字段的形式建立控制模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，控制模型對(duì)外提供測(cè)試資源和UUT信號(hào)端口索引。
該控制模型文件記錄了實(shí)現(xiàn)信號(hào)端口電氣連接(及撤銷連接)操作所需要的全部控制信息，實(shí)際上是對(duì)系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)接通道物理結(jié)構(gòu)的充分描述。另外在該文件中，還要定義接口的信號(hào)特征，以便提供錯(cuò)誤信息和安全檢查。另外，該文件還要提供矩陣開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序信息，方便控制函數(shù)調(diào)用。以下是控制模型配置文件簡(jiǎn)要示例：
3.1.2信號(hào)轉(zhuǎn)接通道通用控制函數(shù)
信號(hào)轉(zhuǎn)接通道通用控制函數(shù)是在通道控制模型的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)通道控制及管理的執(zhí)行函數(shù)。為了簡(jiǎn)化程序調(diào)用，控制函數(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，按功能被封裝成三個(gè)，如下所示：
(1)Matrix-ArrayInit(Char ATEName)：初始化信號(hào)轉(zhuǎn)接通道控制模型。調(diào)用參數(shù)為當(dāng)前ATE系統(tǒng)的注冊(cè)名，該注冊(cè)名同時(shí)也是記錄系統(tǒng)轉(zhuǎn)接通道控制模型信息的配置文件名；
(2)Matrix-ArrayClose(char Port1Name，char Port2Name,)：連接兩個(gè)信號(hào)端口，調(diào)用參數(shù)分別為需要連接的兩個(gè)信號(hào)端口的注冊(cè)名；
(3)Matrix-ArrayOpen(char Port1Name，char Port2Name,)：撤銷兩個(gè)信號(hào)端口的電氣連接，調(diào)用參數(shù)分別為需要撤銷連接的兩個(gè)信號(hào)端口的注冊(cè)名�？刂坪瘮�(shù)被封裝在一個(gè)DLL文件中供測(cè)控程序直接調(diào)用。
3.1.3配置工具
配置工具完成控制模型的可視化管理和具體UUT通道的可視化配置，是系統(tǒng)的重要工具組件。
3.2適配器調(diào)理電路的軟件控制
適配器調(diào)理電路的軟件控制由具體的硬件設(shè)計(jì)方法決定，如前面基于USB總線微控制器的硬件設(shè)計(jì)方法，可采用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序控制USB總線的方法實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)理電路的軟件設(shè)計(jì)。篇幅關(guān)系，不再贅述。
4結(jié)論
基于開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)-連接器-適配器結(jié)構(gòu)的TUA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了測(cè)試資源與UUT的無(wú)縫對(duì)接，最大限度地增強(qiáng)了系統(tǒng)的連接能力，通用，擴(kuò)展能力強(qiáng)，安全性好。
參考文獻(xiàn)
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摘自 儀表技術(shù)
