航電系統(tǒng)自動化測試關(guān)鍵技術(shù)的研究與實現(xiàn)

袁廣玉

（江西洪都航空工業(yè)集團有限責任公司 江西省南昌市 330024）

航電系統(tǒng)本身具有模塊化、綜合化的特點，不斷提升航電系統(tǒng)的運行性能是保障飛機高效、可靠、安全運行的內(nèi)在需要?，F(xiàn)階段，飛機航電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，航電結(jié)構(gòu)集成化程度也在不斷提升，這對于航電系統(tǒng)的性能測試提出了較高要求，自動化測試已經(jīng)成為飛機航電系統(tǒng)性能測試的主要趨勢。

1 航電系統(tǒng)自動化測試的必要性

航電系統(tǒng)自動化測試的必要性表現(xiàn)在以下層面：一方面，在傳統(tǒng)檢測模式下，航電系統(tǒng)測試由人工操作，這種檢測方式的效率較為低下，而且測試的規(guī)范程度不夠、范圍有限，此外測試人員難以實現(xiàn)測試過程的復(fù)現(xiàn)；這些問題嚴重地影響了航電系統(tǒng)測試應(yīng)用的可靠性。另一方面，航電系統(tǒng)本身出現(xiàn)了高度集成化、模塊化和綜合化的特點，與此同時，人們對于飛機航電系統(tǒng)的性能也提出了較高要求，有必要進行航電系統(tǒng)自動化測試的深入研究?；诖?，在全新檢測模型下，對于航電系統(tǒng)的自動化測試需要將要高帶寬低延時的總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為基礎(chǔ)上支撐，然后設(shè)計較為高效穩(wěn)定的軟硬件框架，并以此來實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的實時采集、記憶和處理，繼而為測試系統(tǒng)自動規(guī)劃控制提供支撐。

2 航電系統(tǒng)自動化測試的原理框架

2.1 航電系統(tǒng)自動化測試的原理

航電系統(tǒng)測試包含較多內(nèi)容，除成品設(shè)備物理信號外，其還需要對航電系統(tǒng)設(shè)備間的通信接口和航電過程進行測試?；跍y試對象和目的的差異，航電系統(tǒng)各單元的測試原理也有所不同。一方面，對于鏈路層通信協(xié)議數(shù)據(jù)展開自動化測試，主要是通過與通信接口子卡相配套的數(shù)據(jù)采集卡和通信測試軟件來完成測試操作的，測試過程中，要求這些設(shè)備通信均滿足1553B、FC 等協(xié)議，確保通信節(jié)點之間協(xié)議數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)良好。另一方面，在航電接口控制文件（ICD）解析軟件的作用下，對ICD 本身展開測試，要求在協(xié)議相同的情況下，應(yīng)用層ICD 協(xié)議的應(yīng)用才能滿足航電系統(tǒng)通信需要，確保相關(guān)軟件的通用性。此外，航電系統(tǒng)自動化測試還需要面型航電過程實施測試，該測試過程不僅要對航電系統(tǒng)ICD 總線數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，而且需考慮機艙顯示屏數(shù)據(jù)，并系統(tǒng)分析各種數(shù)據(jù)之間的順序和邏輯關(guān)系，以此來為航電系統(tǒng)的高效運行創(chuàng)造有利條件。

2.2 航電系統(tǒng)自動化測試的框架結(jié)構(gòu)

航電系統(tǒng)自動化測試系統(tǒng)包含了較多的軟硬件單元系統(tǒng)，其中試驗管理、測試用例設(shè)計、測試用例運行、自動化執(zhí)行機構(gòu)等都是較為基礎(chǔ)的系統(tǒng)單元，除此之外，航電系統(tǒng)自動化測試還包含數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、測試數(shù)據(jù)對比判決、測試報告生成等諸多單元?；谶@些單元結(jié)構(gòu)，在航電系統(tǒng)自動化測試過程中，應(yīng)注重以下要點把控：其一，對于座艙顯控區(qū)的管理，應(yīng)確保其操作具有自動化的特點；其二，在航電系統(tǒng)消息預(yù)期值、結(jié)果值分析中，要能實現(xiàn)兩個數(shù)值的自動化對比和分析，POP 畫面中各個圖元預(yù)期、結(jié)果的信息值同樣需滿足此要求；其三，航電系統(tǒng)測試用例過程具有可復(fù)現(xiàn)的特點?；谶@些要求的實現(xiàn)管理，應(yīng)按如圖1 模式進行航電系統(tǒng)自動化測試系統(tǒng)的模塊建設(shè)。

圖1：航電系統(tǒng)自動化測試整體框架

圖2：總線監(jiān)控系統(tǒng)接口關(guān)系圖

完成航電系統(tǒng)自動化測試系統(tǒng)硬件框架建設(shè)后，需對其軟件系統(tǒng)的功能最進一步細化設(shè)計。航電自動化測試系統(tǒng)軟件組成大致可分為表示層、功能層和數(shù)據(jù)層三個層級。就表示層而言，其不僅要具有POP 畫面的實時顯示、用戶管理的功能，而且需實現(xiàn)用例管理、編輯、執(zhí)行的有機統(tǒng)一，此外在表示層還應(yīng)設(shè)計報告生成界面，方便檢測人員查閱分析。功能層是自動化測試系統(tǒng)高質(zhì)量運作的關(guān)鍵，其主要的作用表現(xiàn)在三個方面：一方面，功能層要為表示層提供各類接口，以此來保證用戶登錄、用例管理、編輯、執(zhí)行等功能的實現(xiàn)；另一方面，在功能層的作用下，還應(yīng)能實現(xiàn)抽象數(shù)據(jù)有效傳輸；此外，功能層應(yīng)能異常事件的有效管理。在整個測試過程中，數(shù)據(jù)層充當著軟件運行紀實的作用，其能將監(jiān)控器、視頻采集卡所捕獲的信息整合在一起，然后通過數(shù)據(jù)的緩存、解析和應(yīng)用，為功能層控制和表示層的管理提供有效支撐。

3 航電系統(tǒng)自動化測試的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 機載數(shù)據(jù)總線技術(shù)

1553B協(xié)議、FC協(xié)議是當前機載數(shù)據(jù)總線協(xié)議應(yīng)用的主要類型。其中，1553B 協(xié)議通過單總線和多總線兩種拓撲結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，使得航電系統(tǒng)改變了點對點的連接方式，同時其使得各模塊之間的信息按照狀態(tài)字、命令字和數(shù)據(jù)字的結(jié)構(gòu)進行格式布局，有效地保證了數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)囊?guī)范性和可識別性。FC 協(xié)議的物理拓撲結(jié)構(gòu)更加豐富，其不僅包含了點對點的N 端口結(jié)構(gòu)，而且涉及交換結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、環(huán)形拓撲兩種結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)的應(yīng)用使得FC 協(xié)議下的信息傳輸更加靈活，提升了信息傳輸?shù)男市浴⒈憬菪浴?/p>

3.2 綜合核心處理

航電系統(tǒng)本身具有信息高度共享的特點，并且各功能模塊之間相互協(xié)作的特點更加突出。綜合核心處理是航電系統(tǒng)的管理以及數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵，其處理過程主要是通過綜合核心處理機來完成的，在該設(shè)備的支撐下，航電系統(tǒng)的各個子模塊得以有效相連，這為數(shù)據(jù)資源的共享處理提供了有利條件，確保了航電系統(tǒng)測試、應(yīng)用的規(guī)范性。

3.3 通信協(xié)議

通信協(xié)議是實現(xiàn)自動化控制的基礎(chǔ)，要確保自動化測試功能的實現(xiàn)，就必須在相關(guān)協(xié)議的約束下，實現(xiàn)可編程邏輯控制器與自控系統(tǒng)中其他設(shè)備的有效關(guān)聯(lián)?，F(xiàn)階段，Modbus、Modbus/TCP是Modbus 通信標準的兩個主要版本，前者為串行鏈路，且取決于TIA/EIA 標準看，而后者受IETF 標準的影響。

3.4 Socket技術(shù)

Socket 又被稱為套接字，其在抽象TCP/IP 的操作中具有廣泛應(yīng)用。在Socket 技術(shù)應(yīng)用中，流式套接字、數(shù)據(jù)包套接字是兩種主要的應(yīng)用類型，在實際應(yīng)用中，還需要注重兩種套接字應(yīng)用形式地通信過程管理。

3.5 圖形界面模式

圖形界面層主要發(fā)揮著數(shù)據(jù)可視化轉(zhuǎn)變和邏輯交互操作的作用?，F(xiàn)階段，MVC 模式、MVVM 模式是圖形界面模式應(yīng)用的兩種基本類型。MVC 模式包含了View、Model 以及Controller 三個層級，而MVVM 模式在Model 層應(yīng)用的同時，還涉及View 和ViewModel 兩個層級的應(yīng)用。

4 航電系統(tǒng)自動化測試關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)

4.1 用例模塊實現(xiàn)

航電系統(tǒng)測試的核心在于測試用例，其主要是在考慮對某一條或者幾條相關(guān)的測試需求的基礎(chǔ)上，設(shè)計出與這些測試所匹配的驗證場景，這些測試場景的設(shè)計不僅包含了初始化條件，而且涉及輸入輸出條件和運行程序。

在用例模塊實現(xiàn)中，用例管理邏輯實現(xiàn)、用例數(shù)據(jù)存儲和加載、用例運行實現(xiàn)是三個較為重要的環(huán)節(jié)。用例管理邏輯實現(xiàn)不僅要考慮測試用例的實際情況，而且需要進行項目工程具體情況的有效分析，然后實現(xiàn)項目工程與項目子系統(tǒng)的有效嵌套。而在用例數(shù)據(jù)存儲和加載中，現(xiàn)需要對用例的數(shù)據(jù)進行分類，單元數(shù)據(jù)、各類操作數(shù)據(jù)是用例數(shù)據(jù)的兩種基本類型，讀寫文件、讀寫數(shù)據(jù)庫是用例數(shù)據(jù)加載和存儲的兩種基本類型。實際存儲于加載中，按照XML 格式進行數(shù)據(jù)存儲加載，并將其生成自定義的.case 文件，隨后進行各項目、子系統(tǒng)的層次疊加，完成用例數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫建設(shè)。最后，通過TestProject，TestSubsys 和TestCase 三種不同的列表，可實現(xiàn)用例數(shù)據(jù)與項目工程、子系統(tǒng)工程以及測試用例屬性數(shù)據(jù)的一一對應(yīng)，這對于航電系統(tǒng)自動化測試功能的實現(xiàn)具有積極作用。

4.2 總線技術(shù)實現(xiàn)

總線技術(shù)的應(yīng)用需關(guān)注總線數(shù)據(jù)采集和消息預(yù)設(shè)對比兩個環(huán)節(jié)的管理?？偩€數(shù)據(jù)采集主要是采用級聯(lián)交換機方式的交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)實際傳輸中，通過網(wǎng)絡(luò)拓展接口、交換機對外接口、外部設(shè)備鏈接接口、監(jiān)控端口的系統(tǒng)銜接，有效地滿足了機載光纖總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下的數(shù)據(jù)采集需要。在總線數(shù)據(jù)采集過程中，應(yīng)重視網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的有效運作，而在實際監(jiān)控中，不僅要注重系統(tǒng)消息列表的監(jiān)測，而且需對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、指定端口消息等要素進行全方位監(jiān)控（見圖2）。消息預(yù)設(shè)對比時航電系統(tǒng)自動化檢測的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其包含了消息信號預(yù)設(shè)、信號值對比兩個部分。在消息信號預(yù)設(shè)中，應(yīng)考慮航電信號的豐富性、差異性特征，實現(xiàn)整型信號、浮點信號、枚舉信號等多種類型信號的有效把控，而在信號值對比中，應(yīng)按照遞歸法的要求，逐層次的進行信號對比，以此來實現(xiàn)信號具體指代表內(nèi)涵的準確評價，為后期的航電控制提供有效指導(dǎo)。

4.3 機械臂控制

機械臂控制是航電系統(tǒng)自動化檢測功能實現(xiàn)的保障措施之一。在機械臂具體控制中，不僅要注重Modbus/TCP 標準通信協(xié)議的有效應(yīng)用，而且需實現(xiàn)用戶計算機、PLC、機械臂組網(wǎng)的有效銜接，這樣不僅能解決手動操作座艙開關(guān)的問題，而且能改進手動扣工資按鈕以及顯控畫面的弊端，大大提升了航電系統(tǒng)自動化檢測的效率與質(zhì)量。新時期，為進一步提升機械臂控制效果，在實際控制中，還需要重視機械臂控制網(wǎng)絡(luò)和編碼的有效設(shè)計。

4.4 GUI模塊實現(xiàn)

為進一步提升航電系統(tǒng)自動化測試的效率和質(zhì)量，還應(yīng)注重GUI 模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。在航電系統(tǒng)自動化測試中，圖形界面數(shù)據(jù)顯示與交互的邏輯較為復(fù)雜，對此應(yīng)注重設(shè)計模式和架構(gòu)的有效設(shè)計，這樣不僅能實現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)用程序的有效管理，而且能獲得較為良好的用戶體驗。新時期，在GUI 模塊設(shè)計實現(xiàn)中，可引入DataBinding 概念，然后紫安琪指導(dǎo)下，實現(xiàn)View 和Model 間數(shù)據(jù)的同步操作，同時應(yīng)注意建立Binding 模型，實現(xiàn)檢測系統(tǒng)消息變更的有效通知，這樣能確保源端數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)化的及時性、規(guī)范性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)源端與目標端的有效匹配。

5 結(jié)論

航電系統(tǒng)在現(xiàn)代化戰(zhàn)斗機中發(fā)揮著舉足輕重的作用，加大航電系統(tǒng)的主動檢測是其作用發(fā)揮和飛機高性能飛行的關(guān)鍵。新時期，人們只有充分認識到航電系統(tǒng)自動化測試的必要性，分析航電系統(tǒng)自動化測試原理，建設(shè)系統(tǒng)測試框架，并規(guī)范進行航電系統(tǒng)自動化測試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計和應(yīng)用，這樣才能有效地提升航電系統(tǒng)自動化測試效率與質(zhì)量，繼而為現(xiàn)代化戰(zhàn)斗機的高性能應(yīng)用提供保障。