计算机测试系统发展综述

(神华准能通信段，内蒙古 鄂尔多斯 017100)
摘 要： 文章通过分析和比较VXI总线和PXI总线特点,给出了计算机测试系统的发展方向，归纳出了 计算机测试系统应具备的9个方面功能，提出了设计和研制计算机测试系统应遵循的基本原 则。
关键词：测试系统;VXI总线; PXI总线
中图分类号：TP274  文献标识码：A  文章编 号：1007—6921(2008)24—0081—02

测试技术涉及众多学科专业领域,如传感器、数据采集、信息处理、标准总线、计算机 硬件和软件、通信等等。测试技术与科学研究、工程实践密切相关,两者相辅相成,科学技术 的发展促进了测试技术的发展,测试技术的发展反过来又促进了科学技术的进步。

测试仪器和系统在国民经济和国防建设中起着把关和指导者的作用,它们广泛应用于炼油、 化工、冶金、电力、电子、轻工和国防科研等行业。测试仪器和系统从生产现场各个环节获 得各种数据,进行处理、分析和综合,通过各种手段或控制装置使生产环节得到优化,进而保 证和提高产品质量。在武器系统科研试验现场,测试仪器和系统可获得试验中各个阶段和最 终试验数据,用于及时发现试验中出现的问题和给出试验结论,并为后续相关试验提供依据。 因此,测试仪器与系统对于提高科研和试验效率,加快武器试验进程和保证试验安全至关重要 。以雷达、综合电子战为代表的军事电子领域,以预警机、战斗机、卫星通信、载人航天和 探月工程为代表的航空、航天领域及以导弹武器系统为代表的兵器领域等都离不开测试设备 ,它是这些装备和系统正常使用和日常维护及维修所必备的。
1 系统类型

现代的测试系统主要是计算机化系统,它是计算机技术与测量技术深层次结合的产物。 随着计算机技术的发展,构成测试系统的可选择性不断加大,按照测试功能要求,可构成多种 类型的计算机测试系统。在计算机测试系统分类问题上并没有严格的统一规范,以硬件组合 形式划分,测试系统可分为基于标准总线的测试系统、专用计算机测试系统、混合型计算机 测试系统和网络化测试系统等4种类型。
1.1 基于标准总线的测试系统

基于标准总线的测试系统种类非常多,如ISA总线、PCI总线、STD 总线、GPIB 总线、CP CI总线、VXI总线和PXI总线等。这类系统采用各种标准总线,在PC计算机主板的扩展槽或者 扩展机箱插槽上、工控机底板插槽上、VXI和PXI机箱背板总线上,插入各种A /D, I/O等功能 和仪器模块,构成测试系统。

目前各类标准总线功能模块和模块化仪器品种齐全且商品化程度高,因此系统集成容易 。此类系统具有标准化、模块化、可靠性高、可重构等特点。
1.2 专用计算机测试系统

专用计算机测试系统是将具有一定功能的模块相互连接而成。专用计算机测试系统又可 分为2大类,一类是专业生产厂商设计生产的大型、高精度的专用测试系统;另一类是专业生 产厂商生产的小型智能测试仪器和系统。

专用计算机测试系统最重要的特征是系统的全部硬软件规模完全根据系统的要求配置, 系统的硬软件应用/配置比高。因此,系统具有最好的性能/价格比,在大批量定型产品中采用 这种类型比较合适。根据所采用微处理器的不同,专用计算机测试系统又可分为标准总线计 算机系统和单片机系统。
1.3 混合型计算机测试系统

这是一种随着8位、16位、32位单片机出现而在计算机测试领域中迅速发展的结构形式 。它由标准总线系统与由单片机构成的专用计算机测试系统组成,并通过各种总线(串行或并 行)将2部分连接起来。标准总线系统的计算机一般称为主机,主机承担测试系统的人机对话 、计算、存储和处理、图形显示等任务。专用机部分是为完成系统的特定功能要求而配置的 ,如各种数据的现场采集,通常称为子系统。
1.4 网络化测试系统

利用计算机网络技术、总线技术将分散在不同地理位置、不同功能的测试设备集成在一 起,加上服务器、客户端以及数据库,组成测试局域网系统,通过网络化的虚拟仪器软件,共同 实现复杂、相互组合的多种测试功能。网络型计算机测试系统的灵活性较大,可用多种方式 及时地索取现场数据。
2 发展现状

测试系统采用标准总线硬软规范使得测试系统向开放性、集成化发展,推动了测试系统 标准化、模块化、虚拟化等进程。目前测试系统可选用的、主流的标准总线包括ISA总线、P C I总线、VXI总线、CP2C I总线和PXI总线及工业现场总线等,其中VXI总线和PXI总线最具有 代表性。

VXI总线是上世纪80年代末期在VME总线的基础上扩展而成的仪器系统总线。VXI总线由 于采用模块化开放式结构,易于扩展、重构和系统集成。它依靠有效的标准化,采用模块化的 方式,实现仪器模块间的互换性和互操作性,使得不同厂商生产的测量模块能容易地组建一个 高性能的测试系统。其开放的体系结构和即插即用方式符合信息产品的要求。缩短了测试系 统的研制周期,降低了成本,减小了风险。因此,VXI总线一经问世便受到了测试界的认可并迅 速得到推广。

VXI总线测试系统不仅涉及电子测量领域,而且已延伸到微波、毫米波和通信领域。在数 字域、频率域和时间域的测试得到了较广泛的应用,譬如通信卫星、雷达和电子对抗测试中 的任意波形发生器、频谱仪、逻辑分析仪、网络分析仪、微波/射频模块等。VXI总线不仅在 军事上获得了应用,而且还在通信、铁路、电力、石化、冶金等行业得到了广泛应用。

PXI总线规范能把不同平台的仪器集成到PXI测试系统中。如为了兼顾已有的VXI总线系 统和保护用户投资,已开发了跨接VXI总线系统和PXI总线系统的转接卡。

近几年, PXI总线产品种类和数量增长迅速。PXI总线系统联盟(PXISA)就有60多家公司 参与,这些公司生产或集成基于PXI总线的测试模块和测试系统。现在已有数百种不同的3U或 6U PXI模块供用户选用。随着其应用范围和领域的不断扩大,市场份额也将迅速增大。
3 基本功能特点

传统的测试系统主要由“测试电路”组成,所具备的功能较少,也比较弱。随着计算机技术 的迅速发展,使得传统测试系统发生了根本性和革命性变革。测试系统采用计算机代替常规 电子线路作为主体和核心,从而产生了计算机测试系统。将计算机引入测试系统中,不仅可以 解决传统测试系统不能解决的问题,而且还能简化电路、增加或增强功能、降低成本、易于 升级换代。计算机测试系统具有高精度、高性能、多功能的特点。

计算机测试系统应用专业领域很广,不同的应用领域使用的测试系统或仪器在名称、型 号、指标等方面有所区别,组成计算机测试系统的类型也不尽相同。但一般都应具备以下功 能特点。
3.1 自动校零

可在每次采样前对传感器的输出值自动校零,从而降低因测试系统漂移变化造成的误差, 提高测试精度。
3.2 自动修正误差

许多传感器的特性是非线性的,且受环境参数变化的影响比较严重,从而给仪器带来误差 。可用软件进行在线或离线修正;也可把系统误差存贮起来,便于以后从测试结果中扣除,提 高测试精度。
3.3 量程自动切换

可根据被测量值的大小自动改变测量范围,从而提高分辨率。
3.4 多参数实时测量

可同时对多种不同参数进行快速测量,对一些参数还可多次重复测量或者连续测量,多次 重复测量有利于误差的统计,以更真实地反映参数变化规律。
3.5 强大的数据处理、分析和评估

对测量的数据进行各种数学运算、误差修正、量纲换算,以及时域和频域分析等工作。 对参数测量的结果具有分析和评估能力。
3.6 虚拟仪器功能

通过软件编程设计实现仪器的测试功能,而且可以通过不同测试功能的软件模块的组合 来实现多种测试功能。
3.7 模拟仿真

通过软件可实现对被测试信号的模拟,以用于系统调试和自检,也可将采集的信息进行回 放,用于模拟或仿真被测设备的输出。
3.8 资源共享

利用计算机的网络口和串并口,可完成测试系统与外部设备之间的数据传输,实现远距离 测量控制和资源共享,便于分布式测量、集中控制等。
3.9 在线监测和故障诊断

可对测试系统自身进行实时监测,判断测试结果的正确性,并能自动记录和显示;一旦发 现故障则立即进行报警,显示故障部位或可能的故障原因,可利用专家系统对故障排除方法进 行提示。对于采用硬件热备份的系统,还可进行热切换,保证测试工作不中断。
4 设计原则

计算机测试系统设计时,一般应遵循和参照以下原则:
4.1 高性能原则

测试系统可容纳接口种类要多;通道容量要大;采样频率要高;采集精度要高;仿真模拟/ 信号发生器要具备;数据存储器容量要大;实时采集与处理能力要强;综合分析和评估要强;具 备远程诊断能力。
4.2 软件设计原则

软件设计应遵循标准化、模块化和可移植性强、代码效率高等原则。
4.3 小型化与自动化原则

系统硬件结构要小型化和标准化,以便于运输和安装;自检功能要完备;智能化水平要高, 便于操作。
4.4 电磁兼容性原则

依据有关国军标,确保系统自身的电磁兼容性;系统在实际工作环境下能可靠地正常地运 行;不对其他设备有影响或造成干扰。
4.5 可重构原则

能对测试系统硬件和软件进行重新组合和配置,以适应不同测试对象的需求,从而提高投 资效益。

计算机测试系统在众多行业的科研、生产和设备使用过程中起着举足轻重的作用,其重 视程度显著提高。伴随着信息技术的迅速发展,计算机测试系统将进一步向着开放性、标准 化、模块化、重构性强、虚拟化和网络化等方向发展,其在工程技术的各个领域将得到更广 泛地应用。
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