基于PC104架构的某系列计算机通用测试平台的设计与实现

摘要：某系列计算机自投入使用以来，已装备飞机上百架，形成十多个型号。由于型号多、数量大、装各时间较长，其维护面临很大压力。基于PC104架构的某系列计算机通用测试平台，以PC104为处理单元，采用Windows XP操作系统，利用硬件和软件资源对测试平台进行综合设计，实现了体系内所有型号计算机的综合检测和故障诊断，提高了维护的效率。
关键词：PC104；通用测试平台

0 引言
    某系列计算机应用于飞机的综合显示系统，自投入使用以来，已形成十多个型号，装备飞机上百架。由于型号多、数量大、且装备时间较长，产品的故障率逐年上升，维护面临很大压力。同时由于该系列计算机的功能较为复杂，通用的检测仪器无法对其进行全面的检测，而现有的专用测试设备仅能对系列中的一种或几种型号的计算机进行检测，导致目前装备的专用检测设备也有多种型号，不利于产品的维护。因此设计一种通用的测试平台，能够对系列中所有型号的计算机进行检测，提高产品的维护效率显得尤为重要。
    PC104总线是国际上最早的嵌入式计算机总线标准，是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，在硬件与软件上与标准台式PC／AT体系结构完全兼容，是一种优化的、小型、堆栈式结构的嵌入式总线规范。按照该总线标准开发的PC104工控机为嵌入式应用提供了一种标准的系统平台，该平台的硬件体系结构和软件开发与IBM PC机完全兼容，开发、维护和扩展都非常方便。开发人员可以将主要精力放在软件和接口的设计上，配以不同功能的模块，可以灵活地搭配组合为功能不同的监控装置。
    某系列计算机通用检测平台(以下简称通用检测平台)，采用了以PC104构架组成的处理单元，配置硬盘、电源、控制器、I／O等模块，使用Windows XP操作系统，占用较少的系统资源，取得了较快的处理速度和较高的可靠性，能够完成对系列内所有型号计算机的检测，同时具有人机交互简单、显示直观等特点。

1 任务与功能需求
    通用检测平台通过对被测计算机的外部接口的检测，验证产品的功能是否正常，为产品的二线检测提供支持。在综合分析某系列计算机所有型号产品的外部接口，并考虑通用检测平台自身扩展和维护的情况下，对通用检测平台的功能提出如下需求：
    (1)能够采集一路低电压差分信号(LVDS视频信号、18位、分辨率640×480)；
    (2)提供1路ARINC429输出通道，波特率12．5～100kb／s可调；
    (3)提供1路RS422输入／输出通道，波特率19200bps／38400bps／460．8kbps可调；
    (4)通用检测平台应具有自检测功能；
    (5)通用检测平台提供被测产品的供电电源，+28VDC，功率不超过100W。

2 硬件设计
    通用检测平台的硬件设计以功能模块为基本组件，包括CPU模块、硬盘模块、ARINC429模块、RS422模块、控制模块等。这些模块通过PC104总线连接，并利用标准的固定孔进行固定，形成栈式的紧凑结构，从而实现模块之间任意搭接和系统功能的扩充。这种栈接式结构有利于设计较高密度、小体积、便携式的测试平台。通用检测平台的栈接式实物外型结构如图1所示，其硬件电路的逻辑框图如图2所示。

2．1 PC104嵌入式工控机
    本系统选用的PC104嵌入式工控机为威强科技的WAFER-945GSE2型，该型机按照ALL-IN-ONE技术设计，将CPU芯片、BIOS、内存、USB接口、串口、VGA显不接口、LVDS显示接口、看门狗、实时时钟及键盘／鼠标接口都集成在一块标准的PC104总线板上，主要技术参数如下：a．主芯片：Intel Atom N270，1．6GHz；b．主板：Intel945GSE芯片组，集成533MHz／1GB内存，集成1个VGA显示接口和2个1 8位的LVDS显示接口，支挣VGA接口和LVDS接口的同时显示；c．BIOS：AMIBIOS；d．I／O：标准键盘、鼠标接口，1个RS 2 3 2接口，1个RS232／RS422／RS485接口，4个USB2．0接口，2个以太网接口；d．供电电源：+5VDC，3．1A。
2．2 标准模块组件
    通用检测平台使用的标准模块组件如下：a．显示屏：15”和6．4”两个液晶显示屏，其中15”屏用来显示WindowsXP操作系统，6.4”屏用来检测被测产品输出的LVDS信号；b．硬盘：容量80GB，用来存储操作系统及检测程序；c．ARINC429模块：方圆明科技的ARINC429-PC10 4-42板卡，2路发送通道，4路接收通道，波特率12．5kbps／48kbps／50kbps／100kbps可调；d．RS422模块：迅能电子的CNS-P1-UART-4板卡，4个串行接口RS232／RS422／RS485可选，波特率最大460．8kbps；e．电源模块：输入电压220V／50Hz，输出电压+5VDC 350W，+28VDC 200W。
2．3 控制模块
    为了满足通用检测平台的自测试需求，通用检测平台设计了控制模块，其主要功能是提供自检测需要的硬件回绕电路。以RS422自检测为例，CNS-P1-UART-4板卡具有4个全双工的RS422通道，其中通道1作为检测电路与被测件的RS422通道相连，通道2作为自检测回路。当通用检测平台进行自检测时，CPU通过RS232接口向控制模块发送指令，控制模块上的切换电路将RS422板卡的通道1和通道2相连，形成测试回路，控制模块采用单片机AT89S32及外围电路实现，模块结构图如图3所示。

3 软件设计
    通用检测平台的软件在Windows XP操作系统的基础上采用Labview语言编程。Labview是一种业界领先的工业标准图形化编程工具(G语言)，主要用于开发测试、测量与控制系统。它使用各种图标、图形符号、连线等编程，其图形化人机界面(GUI)使用的都是测试工程师熟悉的旋钮、开关、波形图等，非常直观形象。
    软件总体结构采用模块化设计方案，按照设计目标要求，将软件划分为各个子模块，并对各个子模块优化设计，节约了存储空间。通用检测平台软件结构图如图4所示。

    系统自检用于对测试的模块电路的硬件进行自动检测、诊断。通过对系统硬件各电路模块进行测试，判明测试系统本身是否处于良好状态。当系统检测到某功能电路工作不正常时，系统将根据诊断结果直接指示故障模块，以便排除故障。
    在检测时，软件根据输入的待测机型对ARINC429模块和RS422模块进行配置，同时调用相应的测试程序及测试数据，完成对被测件的检测。系统的测试流程如图5所示。

4 结束语
    通用检测平台经过近一年的使用表明，结果表明：整个系统设计合理，工作可靠，检测精度高，操作维护方便，从功能上完全满足了对某系列计算机进行全型号测试需要，实现了设计目标，极大地提高了故障检测和诊断效率，减轻了用户的工作强度，提高了维护和保障能力。同时由于拥有丰富的测试资源以及良好的系统扩展性，该通用测试平台还具有广泛的应用前景和较大的升级潜力。