基于PC104架構(gòu)的某系列計算機通用測試平臺的設計與實現(xiàn)

摘要：某系列計算機自投入使用以來，已裝備飛機上百架，形成十多個型號。由于型號多、數(shù)量大、裝各時間較長，其維護面臨很大壓力。基于PC104架構(gòu)的某系列計算機通用測試平臺，以PC104為處理單元，采用Windows XP操作系統(tǒng)，利用硬件和軟件資源對測試平臺進行綜合設計，實現(xiàn)了體系內(nèi)所有型號計算機的綜合檢測和故障診斷，提高了維護的效率。
關(guān)鍵詞：PC104；通用測試平臺

0 引言
    某系列計算機應用于飛機的綜合顯示系統(tǒng)，自投入使用以來，已形成十多個型號，裝備飛機上百架。由于型號多、數(shù)量大、且裝備時間較長，產(chǎn)品的故障率逐年上升，維護面臨很大壓力。同時由于該系列計算機的功能較為復雜，通用的檢測儀器無法對其進行全面的檢測，而現(xiàn)有的專用測試設備僅能對系列中的一種或幾種型號的計算機進行檢測，導致目前裝備的專用檢測設備也有多種型號，不利于產(chǎn)品的維護。因此設計一種通用的測試平臺，能夠?qū)ο盗兄兴行吞柕挠嬎銠C進行檢測，提高產(chǎn)品的維護效率顯得尤為重要。
    PC104總線是國際上最早的嵌入式計算機總線標準，是一種專門為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線，在硬件與軟件上與標準臺式PC／AT體系結(jié)構(gòu)完全兼容，是一種優(yōu)化的、小型、堆棧式結(jié)構(gòu)的嵌入式總線規(guī)范。按照該總線標準開發(fā)的PC104工控機為嵌入式應用提供了一種標準的系統(tǒng)平臺，該平臺的硬件體系結(jié)構(gòu)和軟件開發(fā)與IBM PC機完全兼容，開發(fā)、維護和擴展都非常方便。開發(fā)人員可以將主要精力放在軟件和接口的設計上，配以不同功能的模塊，可以靈活地搭配組合為功能不同的監(jiān)控裝置。
    某系列計算機通用檢測平臺(以下簡稱通用檢測平臺)，采用了以PC104構(gòu)架組成的處理單元，配置硬盤、電源、控制器、I／O等模塊，使用Windows XP操作系統(tǒng)，占用較少的系統(tǒng)資源，取得了較快的處理速度和較高的可靠性，能夠完成對系列內(nèi)所有型號計算機的檢測，同時具有人機交互簡單、顯示直觀等特點。

1 任務與功能需求
    通用檢測平臺通過對被測計算機的外部接口的檢測，驗證產(chǎn)品的功能是否正常，為產(chǎn)品的二線檢測提供支持。在綜合分析某系列計算機所有型號產(chǎn)品的外部接口，并考慮通用檢測平臺自身擴展和維護的情況下，對通用檢測平臺的功能提出如下需求：
    (1)能夠采集一路低電壓差分信號(LVDS視頻信號、18位、分辨率640×480)；
    (2)提供1路ARINC429輸出通道，波特率12．5～100kb／s可調(diào)；
    (3)提供1路RS422輸入／輸出通道，波特率19200bps／38400bps／460．8kbps可調(diào)；
    (4)通用檢測平臺應具有自檢測功能；
    (5)通用檢測平臺提供被測產(chǎn)品的供電電源，+28VDC，功率不超過100W。

2 硬件設計
    通用檢測平臺的硬件設計以功能模塊為基本組件，包括CPU模塊、硬盤模塊、ARINC429模塊、RS422模塊、控制模塊等。這些模塊通過PC104總線連接，并利用標準的固定孔進行固定，形成棧式的緊湊結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)模塊之間任意搭接和系統(tǒng)功能的擴充。這種棧接式結(jié)構(gòu)有利于設計較高密度、小體積、便攜式的測試平臺。通用檢測平臺的棧接式實物外型結(jié)構(gòu)如圖1所示，其硬件電路的邏輯框圖如圖2所示。

2．1 PC104嵌入式工控機
    本系統(tǒng)選用的PC104嵌入式工控機為威強科技的WAFER-945GSE2型，該型機按照ALL-IN-ONE技術(shù)設計，將CPU芯片、BIOS、內(nèi)存、USB接口、串口、VGA顯不接口、LVDS顯示接口、看門狗、實時時鐘及鍵盤／鼠標接口都集成在一塊標準的PC104總線板上，主要技術(shù)參數(shù)如下：a．主芯片：Intel Atom N270，1．6GHz；b．主板：Intel945GSE芯片組，集成533MHz／1GB內(nèi)存，集成1個VGA顯示接口和2個1 8位的LVDS顯示接口，支掙VGA接口和LVDS接口的同時顯示；c．BIOS：AMIBIOS；d．I／O：標準鍵盤、鼠標接口，1個RS 2 3 2接口，1個RS232／RS422／RS485接口，4個USB2．0接口，2個以太網(wǎng)接口；d．供電電源：+5VDC，3．1A。
2．2 標準模塊組件
    通用檢測平臺使用的標準模塊組件如下：a．顯示屏：15”和6．4”兩個液晶顯示屏，其中15”屏用來顯示W(wǎng)indowsXP操作系統(tǒng)，6.4”屏用來檢測被測產(chǎn)品輸出的LVDS信號；b．硬盤：容量80GB，用來存儲操作系統(tǒng)及檢測程序；c．ARINC429模塊：方圓明科技的ARINC429-PC10 4-42板卡，2路發(fā)送通道，4路接收通道，波特率12．5kbps／48kbps／50kbps／100kbps可調(diào)；d．RS422模塊：迅能電子的CNS-P1-UART-4板卡，4個串行接口RS232／RS422／RS485可選，波特率最大460．8kbps；e．電源模塊：輸入電壓220V／50Hz，輸出電壓+5VDC 350W，+28VDC 200W。
2．3 控制模塊
    為了滿足通用檢測平臺的自測試需求，通用檢測平臺設計了控制模塊，其主要功能是提供自檢測需要的硬件回繞電路。以RS422自檢測為例，CNS-P1-UART-4板卡具有4個全雙工的RS422通道，其中通道1作為檢測電路與被測件的RS422通道相連，通道2作為自檢測回路。當通用檢測平臺進行自檢測時，CPU通過RS232接口向控制模塊發(fā)送指令，控制模塊上的切換電路將RS422板卡的通道1和通道2相連，形成測試回路，控制模塊采用單片機AT89S32及外圍電路實現(xiàn)，模塊結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

3 軟件設計
    通用檢測平臺的軟件在Windows XP操作系統(tǒng)的基礎上采用Labview語言編程。Labview是一種業(yè)界領(lǐng)先的工業(yè)標準圖形化編程工具(G語言)，主要用于開發(fā)測試、測量與控制系統(tǒng)。它使用各種圖標、圖形符號、連線等編程，其圖形化人機界面(GUI)使用的都是測試工程師熟悉的旋鈕、開關(guān)、波形圖等，非常直觀形象。
    軟件總體結(jié)構(gòu)采用模塊化設計方案，按照設計目標要求，將軟件劃分為各個子模塊，并對各個子模塊優(yōu)化設計，節(jié)約了存儲空間。通用檢測平臺軟件結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

    系統(tǒng)自檢用于對測試的模塊電路的硬件進行自動檢測、診斷。通過對系統(tǒng)硬件各電路模塊進行測試，判明測試系統(tǒng)本身是否處于良好狀態(tài)。當系統(tǒng)檢測到某功能電路工作不正常時，系統(tǒng)將根據(jù)診斷結(jié)果直接指示故障模塊，以便排除故障。
    在檢測時，軟件根據(jù)輸入的待測機型對ARINC429模塊和RS422模塊進行配置，同時調(diào)用相應的測試程序及測試數(shù)據(jù)，完成對被測件的檢測。系統(tǒng)的測試流程如圖5所示。

4 結(jié)束語
    通用檢測平臺經(jīng)過近一年的使用表明，結(jié)果表明：整個系統(tǒng)設計合理，工作可靠，檢測精度高，操作維護方便，從功能上完全滿足了對某系列計算機進行全型號測試需要，實現(xiàn)了設計目標，極大地提高了故障檢測和診斷效率，減輕了用戶的工作強度，提高了維護和保障能力。同時由于擁有豐富的測試資源以及良好的系統(tǒng)擴展性，該通用測試平臺還具有廣泛的應用前景和較大的升級潛力。