基于PC104架構(gòu)的某系列計(jì)算機(jī)通用測試平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：某系列計(jì)算機(jī)自投入使用以來，已裝備飛機(jī)上百架，形成十多個(gè)型號(hào)。由于型號(hào)多、數(shù)量大、裝各時(shí)間較長，其維護(hù)面臨很大壓力?；?strong>PC104架構(gòu)的某系列計(jì)算機(jī)通用測試平臺(tái)，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(tái)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了體系內(nèi)所有型號(hào)計(jì)算機(jī)的綜合檢測和故障診斷，提高了維護(hù)的效率。
關(guān)鍵詞：PC104；通用測試平臺(tái)

0 引言
    某系列計(jì)算機(jī)應(yīng)用于飛機(jī)的綜合顯示系統(tǒng)，自投入使用以來，已形成十多個(gè)型號(hào)，裝備飛機(jī)上百架。由于型號(hào)多、數(shù)量大、且裝備時(shí)間較長，產(chǎn)品的故障率逐年上升，維護(hù)面臨很大壓力。同時(shí)由于該系列計(jì)算機(jī)的功能較為復(fù)雜，通用的檢測儀器無法對其進(jìn)行全面的檢測，而現(xiàn)有的專用測試設(shè)備僅能對系列中的一種或幾種型號(hào)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢測，導(dǎo)致目前裝備的專用檢測設(shè)備也有多種型號(hào)，不利于產(chǎn)品的維護(hù)。因此設(shè)計(jì)一種通用的測試平臺(tái)，能夠?qū)ο盗兄兴行吞?hào)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢測，提高產(chǎn)品的維護(hù)效率顯得尤為重要。
    PC104總線是國際上最早的嵌入式計(jì)算機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的PC104工控機(jī)為嵌入式應(yīng)用提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)平臺(tái)，該平臺(tái)的硬件體系結(jié)構(gòu)和軟件開發(fā)與IBM PC機(jī)完全兼容，開發(fā)、維護(hù)和擴(kuò)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(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)通用檢測平臺(tái)(以下簡稱通用檢測平臺(tái))，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(hào)計(jì)算機(jī)的檢測，同時(shí)具有人機(jī)交互簡單、顯示直觀等特點(diǎn)。

1 任務(wù)與功能需求
    通用檢測平臺(tái)通過對被測計(jì)算機(jī)的外部接口的檢測，驗(yàn)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(jì)算機(jī)所有型號(hào)產(chǎn)品的外部接口，并考慮通用檢測平臺(tái)自身擴(kuò)展和維護(hù)的情況下，對通用檢測平臺(tái)的功能提出如下需求：
    (1)能夠采集一路低電壓差分信號(hào)(LVDS視頻信號(hào)、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(tái)應(yīng)具有自檢測功能；
    (5)通用檢測平臺(tái)提供被測產(chǎn)品的供電電源，+28VDC，功率不超過100W。

2 硬件設(shè)計(jì)
    通用檢測平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)的固定孔進(jìn)行固定，形成棧式的緊湊結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)模塊之間任意搭接和系統(tǒng)功能的擴(kuò)充。這種棧接式結(jié)構(gòu)有利于設(shè)計(jì)較高密度、小體積、便攜式的測試平臺(tái)。通用檢測平臺(tái)的棧接式實(shí)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。

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2．1 PC104嵌入式工控機(jī)
    本系統(tǒng)選用的PC104嵌入式工控機(jī)為威強(qiáng)科技的WAFER-945GSE2型，該型機(jī)按照ALL-IN-ONE技術(shù)設(shè)計(jì)，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(shí)時(shí)時(shí)鐘及鍵盤／鼠標(biāo)接口都集成在一塊標(biāo)準(zhǔn)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(gè)VGA顯示接口和2個(gè)1 8位的LVDS顯示接口，支掙VGA接口和LVDS接口的同時(shí)顯示；c．BIOS：AMIBIOS；d．I／O：標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、鼠標(biāo)接口，1個(gè)RS 2 3 2接口，1個(gè)RS232／RS422／RS485接口，4個(gè)USB2．0接口，2個(gè)以太網(wǎng)接口；d．供電電源：+5VDC，3．1A。
2．2 標(biāo)準(zhǔn)模塊組件
    通用檢測平臺(tái)使用的標(biāo)準(zhǔn)模塊組件如下：a．顯示屏：15”和6．4”兩個(gè)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(hào)；b．硬盤：容量80GB，用來存儲(chǔ)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(gè)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(tái)的自測試需求，通用檢測平臺(tái)設(shè)計(jì)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(gè)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(dāng)通用檢測平臺(tái)進(jìn)行自檢測時(shí)，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(jī)AT89S32及外圍電路實(shí)現(xiàn)，模塊結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

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3 軟件設(shè)計(jì)
    通用檢測平臺(tái)的軟件在Windows XP操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用Labview語言編程。Labview是一種業(yè)界領(lǐng)先的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)、圖形符號(hào)、連線等編程，其圖形化人機(jī)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(shè)計(jì)方案，按照設(shè)計(jì)目標(biāo)要求，將軟件劃分為各個(gè)子模塊，并對各個(gè)子模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)約了存儲(chǔ)空間。通用檢測平臺(tái)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(jìn)行自動(dòng)檢測、診斷。通過對系統(tǒng)硬件各電路模塊進(jìn)行測試，判明測試系統(tǒng)本身是否處于良好狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)檢測到某功能電路工作不正常時(shí)，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(shí)，軟件根據(jù)輸入的待測機(jī)型對ARINC429模塊和RS422模塊進(jìn)行配置，同時(shí)調(diào)用相應(yīng)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(tái)經(jīng)過近一年的使用表明，結(jié)果表明：整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，工作可靠，檢測精度高，操作維護(hù)方便，從功能上完全滿足了對某系列計(jì)算機(jī)進(jìn)行全型號(hào)測試需要，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)，極大地提高了故障檢測和診斷效率，減輕了用戶的工作強(qiáng)度，提高了維護(hù)和保障能力。同時(shí)由于擁有豐富的測試資源以及良好的系統(tǒng)擴(kuò)展性，該通用測試平臺(tái)還具有廣泛的應(yīng)用前景和較大的升級潛力。