摘要：針對目前導彈測試系統(tǒng)重復配置、測試資源無法得到充分利用的現(xiàn)狀，以LXI總線為基礎，綜合各種儀器總線的優(yōu)勢，構建了一種多總線融合的分布式導彈測試系統(tǒng)，在ATML(自動測試標記語言)基礎上進行了系統(tǒng)軟件的設計和實現(xiàn)，達到測試資源共享、分散操作、集中管理的目的。深入研究了不同總線儀器融合、不同接口模塊同步觸發(fā)的解決途徑，為實現(xiàn)儀器可互換性和可移植性奠定了基礎。系統(tǒng)較好地滿足了當前導彈保障領域的需求，具有一定的工程應用價值。
關鍵詞：LXI總線；導彈測試系統(tǒng)；ATML；同步

0 引言
    隨著現(xiàn)代武器裝備復雜性、綜合化、智能化程度的不斷提高，導彈測試設備的升級換代不斷加快。而現(xiàn)有型號的導彈測試設備大多是自成一體的封閉式結構體系，而且每型導彈都要配備各自的導彈測試設備，使得目前部隊導彈測試設備型號多、數(shù)量大、分布地點分散，測試資源沒有得到充分利用，許多儀器、設備、模塊、系統(tǒng)平臺等重復配置，造成很大浪費。存在的不足主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
    (1)隨著儀器總線經(jīng)歷了由GPIB、CAMAC到VX1、PXI總線的發(fā)展過程，導彈測試設備同樣經(jīng)歷了這樣的發(fā)展階段，因此目前部隊配備的導彈測試設備中各種儀器總線并存，結構復雜多樣，相互之間不兼容，分布地點分散。
    (2)不同型號、不同維護級別的導彈測試設備間缺乏互操作性，系統(tǒng)可移植性差，更新升級困難，無法有效地與外部環(huán)境實現(xiàn)測試診斷信息的交互，阻礙了診斷信息的共享和重用，使得診斷效率和準確性低下，無法適應現(xiàn)代多兵種聯(lián)合作戰(zhàn)對多武器系統(tǒng)、多級維護的需要。
    (3)現(xiàn)有導彈測試設備廣泛采用商業(yè)貨架產(chǎn)品(COTS)，商業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代快(典型周期為5年)，而導彈武器系統(tǒng)的使用壽命往往超過10年，隨著測試設備硬件的過時，系統(tǒng)的維護費用將不斷攀升。
    (4)導彈測試設備型號多，裝備技術支援保障所需操作人員也相應增加，不利于部隊裝備保障力量體系的優(yōu)化。
    分布式測試系統(tǒng)可以通過局域網(wǎng)把分布于各測點、獨立完成特定功能的測試設備和測試用計算機連接起來，以達到測試資源共享、分散操作、集中管理、協(xié)同工作、負載均衡、測試過程監(jiān)控和設備故障診斷等目的。因此綜合各種儀器總線的優(yōu)勢，以LXI總線為基礎，構建多總線融合的分布式導彈測試系統(tǒng)成為軍用測試領域的發(fā)展趨勢之一。

1 分布式導彈測試系統(tǒng)總體結構
    由于不同型號導彈測試地點分散，測試流程復雜，測試手段多樣，因此適合采用分布式導彈測試系統(tǒng)的體系結構，能夠滿足測試系統(tǒng)內(nèi)部各組件間、不同測試系統(tǒng)之間、測試系統(tǒng)與外部環(huán)境間信息的共享與無縫交互能力。如果采用目前常用的VXI或者PXI總線結構組成分布式導彈測試系統(tǒng)，系統(tǒng)中每個節(jié)點都需要單獨組建一套獨立的測試系統(tǒng)，然后通過網(wǎng)絡相互連接，每個節(jié)點都由計算機來控制，系統(tǒng)結構復雜，重復建設，造成資源浪費。
    采用LXI總線結構為主體組成分布式導彈測試系統(tǒng)，則可以簡化系統(tǒng)配置，節(jié)約系統(tǒng)資源，增加系統(tǒng)的靈活性。系統(tǒng)以LXI總線連接各測量儀器模塊，LXI設備或模塊可以直接通過LXI總線實現(xiàn)對目標的測量與控制，每個LXI設備自帶處理器、LAN連接、電源和觸發(fā)端口，控制計算機與設備之間的通信通過網(wǎng)線傳輸，不需要重復配置終端計算機；原有的VXI，PXI，CAMAC和GPIB等總線結構的導彈測試設備作為系統(tǒng)的組成部分，通過接口轉換器或零槽控制器與LXI總線網(wǎng)絡相連接；計算機控制器在操作系統(tǒng)的控制下作為整個測試系統(tǒng)的指令執(zhí)行器，操作系統(tǒng)為整個測試系統(tǒng)提供文件管理、內(nèi)存管理、用戶界面消息響應、測試結果輸出與打印、系統(tǒng)I／O請求處理等服務。系統(tǒng)總體結構如圖1所示。

    LXI總線結構平臺將各種類型的現(xiàn)場儀器(包括GPIB，VXI，PXI，LXI等儀器)掛接在LAN上，打破了傳統(tǒng)儀器平臺中的測試儀器機箱和零槽控制器的限制，形成一種真正意義上的分布式開放的網(wǎng)絡體系結構。

2 測試系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)
    為解決導彈測試系統(tǒng)通用性差、開發(fā)和維護成本高、系統(tǒng)間缺乏互操作性、應用范圍有限等諸多不足，實現(xiàn)儀器可互換性和TPS(測試程序集)重用性、可移植性就成為了通用自動測試系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。研究開發(fā)面向信號的測試軟件，實現(xiàn)TPS重用性、可移植性和儀器可互換性，具有較大的意義。
    以XML標準為基礎開發(fā)的信息數(shù)據(jù)交換語言ATML(Automated Test Markup Language)是一種專用數(shù)據(jù)交換標準，滿足了共享ATE(自動測試設備)和測試信息的需求，使系統(tǒng)之間信息交換更容易，包括測試結果、程序、儀器及測試工作站的功能、技術指標及規(guī)范、待測件的規(guī)格、需求、診斷及維護信息等一些有價值的信息能夠共享、交換、互相操作。采用ATML表達測試診斷信息，將實現(xiàn)分布開放環(huán)境中測試診斷信息的無縫交互。ATML繼承了XML適用于多種運行環(huán)境、便于與各種編程語言交互的優(yōu)點，將實現(xiàn)測試診斷知識與測試過程的分離，便于測試診斷知識的共享和可移植。而在測試執(zhí)行過程中，還可以根據(jù)測試診斷知識來動態(tài)地調(diào)度測試運行步驟，實現(xiàn)更有效的故障定位，從而縮短診斷排故時間。
    IEEE P1671就是能交換測試設備和測試信息的ATML標準，以XML的格式定義了自動測試系統(tǒng)軟件接口，以提高通用自動測試系統(tǒng)軟件組件的開放性，定義了在自動測試系統(tǒng)中廣泛使用的9種接口，并為每種接口定義了XML格式的語法，以提高用戶在特定的需求和應用中擴展ATML接口的靈活性，使測試結果的報告、測試的描述、儀器的描述、測試的結構布局、測試工作站以及待測件的數(shù)據(jù)等信息標準化。由于在文本文件中含有描述符，它可以在任何平臺上操作，計算機程序可以根據(jù)模式很容易地解釋和分析這些標記，也很容易讀懂?；贏TML的應用軟件具有靈活性和擴展性，能在系統(tǒng)間互相兼容。
    圖2所示系統(tǒng)中所有具有測試功能的儀器信息、矩陣開關的連接信息、適配器在被測單元和矩陣開關之間的轉換信息均由測試系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)，生成XML格式的測試策略。組件庫實現(xiàn)了IEEE P1641對信號的描述，可以為基于COM的編程語言使用。實時引擎能夠自動分配資源，計算開關路徑，通過IVI信號驅(qū)動去控制儀器。XML TPS和IVI信號接口組件由COTS(商品貨架產(chǎn)品)產(chǎn)品開發(fā)。IVI信號接口組件由系統(tǒng)方案設計時給出。

    XML TPS根據(jù)對被測單元的測試需求的描述，從實時引擎請求相應的信號對象。若系統(tǒng)測試能力允許，實時引擎開始查詢從被測單元到儀器端口的連接信息，并對其進行驗證。完成后實時引擎開始實例化IVI信號接口組件和XML描述的TPS信號組件，執(zhí)行測試操作。IVI信號組件和矩陣開關驅(qū)動器通過IVI-COM驅(qū)動控制底層儀器，在TPS執(zhí)行期間，實時引擎應自動完成測試資源的分配和信號路徑的切換，最后將測試結果以XML文件的格式保存起來。
    綜上所述，基于信號接口的導彈測試系統(tǒng)軟件設計可描述為：通過XML語言將被測單元的測試需求標定為對激勵／測量信號的需求，這個虛擬資源需求通過設備驅(qū)動器接口內(nèi)部服務機制的解釋和定位轉換成真資源，再驅(qū)動儀器完成測試任務。

3 關鍵技術
3．1 多總線機械與電氣相容實現(xiàn)方案
    為將不同測試總線模塊集成到LXI測試系統(tǒng)中，有兩種技術方案可供選擇：開發(fā)橋轉接器和接口適配器。
    橋轉接器由LXI接口和特定總線接口組成。LXI接口端實現(xiàn)LXI接口的所有要求，包括網(wǎng)絡協(xié)議支持、Web頁瀏覽與儀器控制、LAN配置初始化和IVI驅(qū)動器。在橋轉接器的特定總線接口端，實現(xiàn)特定的硬件和軟件接口要求。例如，如果LXI橋轉接器連接GPIB儀器，橋轉接器不僅要支持LXI接口和GPIB接口，還需具備將軟件命令從LXI端映射到GPIB端的能力。
    接口適配器將非LXI總線接口完全轉化為LXI接口。通過接口適配器，主機可以利用儀器驅(qū)動器和Web頁直接訪問和控制非LXI儀器，在接口適配器和非LXI儀器之間不需要控制與通信機制的映射和VISA資源的映射。
    在多總線融合的測試系統(tǒng)中，為不使原有VXI，PXI，GPIB系統(tǒng)結構產(chǎn)生較大幅度的變動，基于LXI的多總線融合的測試系統(tǒng)采用橋轉接器機制將現(xiàn)存總線儀器無縫融入到其中。通過這種結構，原有的VXI測試系統(tǒng)作為系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，只需在接口配置處做少量更改，而系統(tǒng)的硬件和測試軟件不需做任何變動就可繼續(xù)使用。
3．2 同步測試的實現(xiàn)策略
    在多激勵多目標的分布式導彈測試系統(tǒng)中，不同總線儀器問的同步與觸發(fā)是其基本要求。VXI儀器可以通過背板總線觸發(fā)實現(xiàn)同步測試，但只限于同一機箱內(nèi)的模塊之間可行，對于不同機箱之間就難以實現(xiàn)同步。LXI儀器提供了三種同步觸發(fā)機制：網(wǎng)絡消息觸發(fā)、IEEE-1588時鐘同步觸發(fā)和觸發(fā)總線。三種同步精度依次遞增，網(wǎng)絡消息觸發(fā)由于受到網(wǎng)絡傳輸延遲的影響，同步誤差在毫秒級，IEEK-1588同步精度小于100 ns，觸發(fā)總線則為3 ns／m。下面將分析這三種機制的實現(xiàn)機理并提出分布式導彈測試系統(tǒng)的同步實現(xiàn)策略。
3．2．1 網(wǎng)絡消息觸發(fā)
    實現(xiàn)網(wǎng)絡消息觸發(fā)的系統(tǒng)結構是多個LXI設備之間通過交換機或集線器連接在一起，網(wǎng)絡觸發(fā)消息可以由計算機發(fā)給所有設備，或者由其中一個設備發(fā)給其他所有設備，這樣就可以實現(xiàn)一點對多點的觸發(fā)應用，因為觸發(fā)消息在網(wǎng)絡間的傳遞是采用標準UDP網(wǎng)絡協(xié)議，不需要網(wǎng)絡握手，所以網(wǎng)絡延時比采用TCP／IP協(xié)議小得多；另外，觸發(fā)消息也可以由其中一個設備發(fā)給同一網(wǎng)段中的另一個設備，這是點對點的觸發(fā)方式。采用網(wǎng)絡消息觸發(fā)的優(yōu)點如下：
    (1)比通過軟件觸發(fā)有更大的靈活性；
    (2)不需要專門的觸發(fā)線；
    (3)沒有距離的限制；
    (4)LXI模塊之間可以相互協(xié)調(diào)，排除了計算機處理速度的瓶頸影響，從而減小了網(wǎng)絡延時。
3．2．2 IEEE-1588時鐘同步觸發(fā)
    IEEE-1588的時鐘同步網(wǎng)絡拓撲結構是在網(wǎng)絡中選擇其中一個LXI儀器作為主時鐘儀器，其他儀器為從時鐘儀器。主時鐘向所有從時鐘發(fā)出一個同步信息包，而且這個信息包中包含有信息發(fā)出的精確時間，從時鐘接收同步信息包；然后從時鐘發(fā)出延時請求信息包，主時鐘收到這個信息包。主時鐘最后給從時鐘發(fā)送一個延時響應信息包。假設主、從時鐘之間的網(wǎng)絡延時是對等的，可以計算出從時鐘與主時鐘之間的偏差，從而每個從時鐘校準自己的時間。
    測試利用1588時鐘同步時，觸發(fā)信號是告訴各個器件何時啟動輸出它的信號，因為每個器件根據(jù)指定的時間啟動，而不是根據(jù)何時接收到以太網(wǎng)發(fā)出的命令來啟動，所以以太網(wǎng)的開銷或延遲時間對被觸發(fā)器件沒有影響。IEEE-1588時鐘同步觸發(fā)方式特別適用于分布式遠距離同步數(shù)據(jù)采集等測試任務，不用單獨連接觸發(fā)電纜，且不受距離的限制。
3．2．3 LXI觸發(fā)總線
    LXI觸發(fā)總線配置在A級模塊，可將LXI模塊配置成為觸發(fā)信號源或接收器，觸發(fā)總線接口亦可設置成“線或”邏輯。每個LXI模塊都裝有輸入輸出連接器，可供模塊作菊形鏈接。LXI觸發(fā)總線與VXI和PXI的背板總線十分相似，可配置成串行總線或星形總線，這種觸發(fā)同步方法充分利用了VXI和PXI觸發(fā)總線的優(yōu)點，同步精度很高，主要取決于觸發(fā)總線的長度，適用于測試相互靠得很近的應用系統(tǒng)。
3．3 測試軟件的互操作性
    實現(xiàn)測試軟件可移植與互操作的兩個基本條件是：
    (1)測試系統(tǒng)信號接口的標準化；
    (2)測試程序與具體測試資源硬件無關。
    測試軟件從結構上可分為面向儀器、面向應用和面向信號三種形式，而面向信號的開發(fā)是測試軟件互操作的前提。面向信號的開發(fā)使測試需求反映為針對UUT端口的測量／激勵信號要求，TPS中不包含任何針對真實物理資源的控制操作。當測試資源模型也是圍繞“信號”而建立時，則只要通過建立虛擬信號資源向真實信號資源的映射機制，就可以實現(xiàn)TPS在不同配置的測試系統(tǒng)上運行。
3．4 測試儀器的可互換性
    采用動態(tài)鏈接庫的動態(tài)加載技術和顯示鏈接技術可以實現(xiàn)平臺儀器的可互換性，軟件平臺中類驅(qū)動程序與物理儀器驅(qū)動程序都是DLL，TPS與類儀器驅(qū)動程序的鏈接為隱含鏈接方式，而類儀器驅(qū)動程序?qū)ξ锢韮x器驅(qū)動程序?qū)С龊瘮?shù)的調(diào)用方式為顯式鏈接。類驅(qū)動程序及物理驅(qū)動程序以注冊的方式記錄在資源控制器模型中，實現(xiàn)了內(nèi)核儀器可更換特性的開放性。類驅(qū)動程序及物理驅(qū)動程序?qū)С龅暮瘮?shù)分為公共函數(shù)和功能函數(shù)兩類，其中公共函數(shù)為各類儀器所共有的，如儀器初始化、關閉等，功能函數(shù)是與各類儀器有關的。

4 結語
    本文針對目前導彈測試系統(tǒng)存在的結構封閉、通用性差、開發(fā)和維護成本高、系統(tǒng)間缺乏互操作性、應用范圍有限等諸多不足，以LXI總線為基礎，構建了一種多總線融合的分布式導彈測試系統(tǒng)，為實現(xiàn)儀器可互換性和TPS的重用性、可移植性奠定了基礎，能夠較好地滿足當前導彈維護保障領域的需求，降低維修保障費用，優(yōu)化裝備保障力量體系，具有顯著的軍事、經(jīng)濟效益。