航空電子設備自動測試系統(tǒng)的軟件架構(gòu)設計

段海軍，趙根學，陳 福，成 博

(中國航空計算技術(shù)研究所，西安 710119)

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航空電子設備自動測試系統(tǒng)的軟件架構(gòu)設計

段海軍，趙根學，陳 福，成 博

(中國航空計算技術(shù)研究所，西安 710119)

為檢測和定位航空電子設備的故障，研究并設計了一種自動測試系統(tǒng)的軟件架構(gòu)；該架構(gòu)包含了測試軟件和測試數(shù)據(jù)庫，測試數(shù)據(jù)庫存儲有測試被測設備的相關數(shù)據(jù)，測試軟件將其作為輸入，通過自動測試設備輸送給被測設備，最終測試軟件接收被測設備的輸出并將其與測試數(shù)據(jù)庫的預期數(shù)據(jù)相比較得出測試的結(jié)果；測試軟件由手動測試模塊、自動測試模塊、系統(tǒng)自檢測模塊、測試記錄讀取和測試結(jié)果記錄模塊4個功能模塊組成，自動測試和手動測試可以自由切換；該系統(tǒng)不僅能使用自動測試功能仿真被測設備的飛行環(huán)境，還可以使用手動測試功能具體定位分析故障，降低了設備的維護成本，縮短了維修時間。

自動測試；故障；測試

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)斗機作戰(zhàn)任務和作戰(zhàn)環(huán)境越來越復雜，航空電子設備可靠性的要求隨之提高。對電子設備的測試需要從最初的設計到生產(chǎn)貫穿到最后的維護[1-4]。支持測試電子設備的硬件狀態(tài)和軟件設計，以及模擬最終的飛行狀態(tài)測試電子設備的軟件架構(gòu)是急需解決的問題。

針對航空電子系統(tǒng)的特點，設計了一種能夠測試電子設備硬件和軟件設備的軟件架構(gòu)，該架構(gòu)能夠模擬設備最終的飛行狀態(tài)，完成對飛行狀態(tài)的設備的測試。該架構(gòu)包含測試軟件和測試數(shù)據(jù)庫，測試軟件將測試數(shù)據(jù)庫中記錄飛行數(shù)據(jù)通過自動測試設備輸入給被測系統(tǒng)，仿真系統(tǒng)的飛行狀態(tài)，有利于故障的復現(xiàn)，降低了系統(tǒng)的故障率。

1 測試數(shù)據(jù)庫

測試數(shù)據(jù)庫包括五部分：測試輸入數(shù)據(jù)庫、預測輸出數(shù)據(jù)庫、實測輸出數(shù)據(jù)庫、測試診斷數(shù)據(jù)庫和測試指令集數(shù)據(jù)庫[5-6]。測試軟件將測試輸入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)輸入到被測設備中，并從被測設備中獲取輸出數(shù)據(jù)記錄在實測輸出數(shù)據(jù)庫中，最終由測試軟件根據(jù)實測輸出數(shù)據(jù)庫、預測輸出數(shù)據(jù)庫和測試診斷數(shù)據(jù)庫得出最終的測試結(jié)果，如圖1所示。

1.1 測試輸入數(shù)據(jù)庫

測試輸入數(shù)據(jù)庫存儲著被測設備的輸入數(shù)據(jù)以及輸入規(guī)則，測試軟件依據(jù)輸入規(guī)格將輸入數(shù)據(jù)一條一條的輸入給被測設備。一般輸入規(guī)則表達式為：

Do{

If(發(fā)送條件滿足)

{

從端口N向發(fā)送一包數(shù)據(jù)

}

}while(還有數(shù)據(jù)未發(fā)送)

比如發(fā)送條件是20 Hz，端口N是第一路422串口設備，則表示每50 ms自動測試設備由第一路422串口設備向被測設備發(fā)送一條測試輸入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)發(fā)送完為止。

圖1 測試框圖

1.2 實測輸出數(shù)據(jù)庫

實測輸出數(shù)據(jù)庫存儲被測設備的輸出給自動測試設備數(shù)據(jù)以及輸出規(guī)則，測試軟件依據(jù)輸出規(guī)格將從被測設備中獲取輸出數(shù)據(jù)，并將其一條一條記錄在實測輸出數(shù)據(jù)庫中。一般的輸出規(guī)則表達式為：

Do{

If(接收條件滿足)

{

從端口M向接收一包數(shù)據(jù)

If(接收成功)

{

存儲在實測輸出數(shù)據(jù)庫中

}

}

}while(繼續(xù)接收)

比如發(fā)送條件是50 Hz，端口M是第二路422串口設備，則表示每20 ms自動測試設備從第二路422串口設備接收一條被測設備的輸出數(shù)據(jù)，并將其記錄在實測輸出數(shù)據(jù)庫，直到不需要接收為止。

1.3 預測輸出數(shù)據(jù)庫

預測輸出數(shù)據(jù)庫為測試診斷提供依據(jù)，根據(jù)對被測設備的輸入和被測系統(tǒng)的正常功能，預測出被測設備返回給測試設備的輸出。測試軟件的測試診斷部件根據(jù)預測輸出、實測輸出以及測試診斷數(shù)據(jù)庫中的診斷規(guī)則，對最終的測試結(jié)果做出判斷。一個預測輸出數(shù)據(jù)庫對應一個實測輸出數(shù)據(jù)庫。

1.4 測試診斷數(shù)據(jù)庫

測試診斷數(shù)據(jù)庫中存儲著輸入和輸出對應的測試結(jié)果，測試軟件根據(jù)相應的輸入數(shù)據(jù)庫和輸出庫中的數(shù)據(jù)，依據(jù)診斷數(shù)據(jù)庫中存儲的診斷規(guī)則，得出最終的測試結(jié)果并分析故障信息。診斷的規(guī)格如下：

If(輸入1 &&輸入2)

{

If(實測結(jié)果1與預測結(jié)果1相比在有效范圍內(nèi))

{

返回測試正常；

}else

{

列出預測結(jié)果和實測結(jié)果；

}

}

比如在輸入1和輸入2下，預測結(jié)果為1，實測結(jié)果為1，比較預測結(jié)果1和實測結(jié)果1，如果在有效范圍內(nèi)，則認為系統(tǒng)的軟硬件運行正常滿足要求；如果超過有效的范圍，則列出超過有效值的部分預測結(jié)果和實測結(jié)果，供開發(fā)人員分析。

1.5 測試指令集數(shù)據(jù)庫

測試指令集是一組測試指令的集合，包含多條測試指令，如表1示，測試軟件根據(jù)測試指令集中的指令從1到W順序執(zhí)行，按照“執(zhí)行完一條測試指令后，在執(zhí)行下一條測試指令，以此類推直到最后一條測試指令執(zhí)行完成”的原則，完成測試指令集中的所有測試指令。一條測試命令對應多個輸入數(shù)據(jù)庫和預測輸出數(shù)據(jù)庫，一個預測輸出數(shù)據(jù)庫對應一個實測輸出數(shù)據(jù)庫和一個診斷數(shù)據(jù)庫，完成一條測試指令后，由測試軟件將預測數(shù)據(jù)庫和實測數(shù)據(jù)庫做比較，依據(jù)對應的診斷規(guī)格數(shù)據(jù)庫得出該條測試指令的測試結(jié)果，并列出差別較大的數(shù)據(jù)，分析其原因。

表1 測試指令集的數(shù)據(jù)格式

2 測試軟件

測試控制著被測設備的輸入，并根據(jù)被測設備的輸出判斷被測設備的功能和性能。測試軟件提供圖形化的界面，根據(jù)用戶的選擇以及測試數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)或者測試指令集，測試被測設備的功能和性能。整個測試過程，根據(jù)用戶的選擇，可以進行手動測試，也可以進行全自動測試[7]。測試軟件依據(jù)數(shù)據(jù)庫中提供的輸入數(shù)據(jù)依據(jù)相應的輸出判斷依據(jù)得出測試的結(jié)果，將測試結(jié)果顯示在測試界面上，并將測試結(jié)果存儲記錄；根據(jù)測試指令集中的指令依次完成每一條指令的測試，并得出測試結(jié)果并分析故障原因。

測試軟件一般包含4個部分：手動測試模塊、自動測試模塊、系統(tǒng)自檢測模塊、測試記錄讀取和測試結(jié)果記錄模塊。如圖2所示。

圖2 測試軟件模塊組成圖

手動測試模塊：由用戶從測試界面中給被測設備輸入，并將被測設備的輸出顯示在用戶界面，由用戶判斷測試的結(jié)果。手動測試模塊可以很好測試系統(tǒng)的某一個部件，準確的得出該部件對輸入的反饋，不適合做系統(tǒng)的集成測試。

自動測試模塊：根據(jù)用戶指定的測試指令集，將測試指令集中的所有測試，在做測試過程中不需要用戶的交互，便可以完成全部測試，并最終得出測試結(jié)果。航空電子系統(tǒng)在飛行過程中將外部設備給航電設備的輸入存儲在數(shù)據(jù)庫中，將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)作為自動測試模塊的輸入，自動測試設備可以完整的模擬飛機在飛行過程中航電設備的狀態(tài)，有助于飛行過程中的航空電子系統(tǒng)軟硬件故障的復現(xiàn)，自動測試系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)庫可以為開發(fā)人員提供更多的信息，有助于排查故障，并在故障解決后，驗證航空電子系統(tǒng)。

系統(tǒng)自檢測模塊：由測試設備發(fā)出自檢測命令，被測設備對自身的軟硬件做自檢測，并將檢測的結(jié)果返回給用戶。該模塊可以獲取航電系統(tǒng)的上電PBIT、周期BIT和維護BIT的結(jié)果，判斷系統(tǒng)硬件是否健康，軟件是否正常運行。可以向航空電子系統(tǒng)設備注入故障，測試系統(tǒng)的故障處理機制，比如測試熱備份的主從模塊切換、系統(tǒng)重構(gòu)等。該模塊依賴于航空電子系統(tǒng)的自檢測系統(tǒng)。

測試記錄的讀取和存儲：測試軟件應具備記錄存儲測試結(jié)果，并根據(jù)用戶的需求，將測試記錄以條目的形式顯示在測試界面的功能。

3 實驗與驗證

對某電子設備的12路422串口的測試結(jié)果如圖3所示，測試結(jié)果顯示在右下角的位置，其中包含了測試值、期望值、輸出結(jié)果及測試結(jié)果，保存測試結(jié)果按鈕可以將顯示出的測試結(jié)果保存文件中，導入測試結(jié)果可以將以前保存的測試數(shù)據(jù)顯示在右邊的顯示框中。

圖3 電子設備的硬件測試圖

測試系統(tǒng)模擬飛機運行狀態(tài)測試電子設備的導航功能，測試結(jié)果如圖4所示，圖左側(cè)顯示的飛機的飛行軌跡，右側(cè)顯示當前飛機的經(jīng)緯度、高度和速度。

4 小結(jié)

自動測試系統(tǒng)軟件架構(gòu)由測試軟件和測試數(shù)據(jù)庫組成，測試軟件包含了手動測試模塊、自動測試模塊、系統(tǒng)自檢測模塊、測試記錄讀取和測試結(jié)果記錄模塊，該系統(tǒng)不僅能夠手動的測試被測系統(tǒng)的基本的硬件資源，還可以將被測系統(tǒng)飛行狀態(tài)時記錄的輸入作為測試系統(tǒng)的輸入，仿真被測系統(tǒng)的飛行環(huán)境，有助于飛行故障的復現(xiàn)，降低了維護成本。

圖4 電子設備的導航功能測試圖

[1] 史彥斌, 段哲民. 航空電子綜合測試系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].計測技術(shù)，2005，25(4)：1-2.

[2] 杜 里，張其善. 電子裝備自動測試系統(tǒng)發(fā)展綜述[J].計算機測量與控制，2009，17( 6)：1019-1021.

[3] 楊艾兵，張錫恩，郭 利. 某型導彈控制系統(tǒng)的自動測試研究[J].微計算機信息，2007，23(31)：77-78.

[4] 連光耀，黃考利，張曉龍. 基于專家系統(tǒng)的導彈自動測試與故障診斷系統(tǒng)研究[J].計算機測量與控制，2004，12(4)：449-450.

[5] 夏 銳,肖明清，王承孝，并行測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設計與應用[J].微計算機信息，2008，24(12)：139-141.

[6] 楊艾兵，任衛(wèi)武，彭 偉.基于數(shù)據(jù)庫的導彈自動測試系統(tǒng)軟件設計[J].儀表技術(shù)，2011，30(2)：8-10.

[7] 董勤鵬, 熊華鋼. 基于某航空電子設備的自動測試系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008，31(21):146-149.

Software Architecture Design of Automatic Test System for Avionics

Duan Haijun，Zhao Genxue，Chen Fu，Cheng Bo

(Aeronautical Computing Technique Research Institute, Xi’an 710119, China)

To detect and locate fault of Aviation Electronic System, research and design a kind of software architecture of automatic test system. Software architecture includes test software and test database. Related data is stored in the test databases, will be putted into the tested equipment by test software. Test software receives the output of the test device and compares it with the expected results of the test database. Eventually it will get the test results. Test software is composed of four functional modules: manual testing module, automatic test module, system self checking module, test record reading and test result record module. Automatic test and manual test can be free to switch. This system not only can use the automatic test function to simulate the flight environment of the equipment, but also can use the manual test function to analyze the fault, reduce the maintenance cost and shorten the maintenance time.

automatic-test;fault;test

2016-04-06；

2016-04-18。

國家重大專項資助項目(2012ZX01041-002，2012ZX01041-003，2012ZX01041-006)；國家航空科學基金資助項目(2013ZC31003，2013ZC31005)。

段海軍(1986-)，男，陜西富縣人，工程師，主要從事計算機軟件與理論方向的研究。

1671-4598(2016)09-0167-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.09.046

TM319

A