雷達仿真系統研究

1.設備組成

ETst_USB系統主要由硬件部分與軟件部分組成。硬件部分包括1553B板卡、RS232/422/485板卡、CAN總線板卡、AD採集板卡、DA轉換板卡、DI/DO板卡等。所有硬件板卡均採用USB的接口形式,從而靈活便攜,能適應多種測試環境搭建的需要,同時也有利於充分利用現有的測試資源。軟件部分由測試設計軟件模塊、測試執行服務軟件模塊、測試執行客戶端軟件模塊、設備資源管理軟件模塊等主要軟件模塊以及曲線數據生成、CRC插件生成與診斷、測試數據記錄與查看、應用協議生成工具、應用協議模板管理、測試報告生成等系列工具組成。系統架構如下圖所示。
ETest_USB系統組成
使用ETest_USB平臺進行裝備嵌入式系統軟件測試的步驟如下圖所示:
在這裏插入圖片描述
首先使用測試設計軟件建立待測系統模型、設計測試用例及數據、生成測試目標文件。
然後利用CAN、RS232等各類通信板卡形成適合於待測單配置嵌入式設備或待測嵌入式系統的適配接口,連接到待測系統。
接下來使用測試執行服務軟件讀取測試目標文件;測試執行服務軟件驅動測試執行客戶端軟件,測試執行客戶端軟件將測試數據轉換爲各類板卡的輸出數據輸出到被測對象,從而驅動被測對象的軟件運行。
同時,被測對象運行所產生的輸出數據發送到通信板卡接口,通過測試執行客戶端軟件進入測試執行服務軟件中。在測試過程中可以通過測試數據記錄與查看軟件和測試監控軟件對測試數據進行監控、分析與評估。
ETest_USB採用構件化分層的軟件開發框架,軟件使用Visual Studio 2010開發環境,底層代碼採用VC++語言開發,集成框架基於Micosoft .Net 4.0,集成開發語言使用C#,形成如下圖所示的分層結構。
ETest_USB軟件由服務器軟件與客戶端軟件形成C/S結構的軟件,客戶端軟件負責運行與通信板卡的交互,服務器軟件負責實現測試設計與測試執行調度,一個服務器與多個客戶端可以形成不同規模層次的測試系統,以確保滿足不同規模的測試需求。
軟件架構共分爲5層,分別爲設備驅動服務層、通信服務層、協議服務層、應用服務層和應用層,通過這5層結構,實現了軟件的構件化與模塊化,確保能夠適應快速變化的測試需求。
在這裏插入圖片描述
驅動層服務層用於在操作系統中安裝板卡所帶的各種驅動,包括RS232、RS422、RS485、CAN、AD/DA等設備的驅動,實現系統對所有硬件設備的統一管理,通過驅動服務層,測試平臺將複雜的硬件設備管理進行封裝與統一。
通信服務層用於在驅動層的基礎上,封裝成程序編程接口,以屏蔽不同的硬件設備通信編程接口的不同,通信服務層包括CAN通信、RS232通信、RS422通信、RS485通信等,通過通信服務層可以確保上層應用軟件進行調用通信時能夠統一實現。
協議服務層用於對通信協議進行描述與解析,包括DPD語言編譯服務、協議模型抽象、通道模型抽象、數據類型抽象、條件邏輯抽象、計算模型抽象、數組模型抽象、校驗模型抽象、校驗算法接口模型等,通過協議服務層,實現了應用服務層的通信協議編解碼。
應用服務層通過系列應用構件爲實現測試平臺的主體應用奠定了基礎,包括了測試方案、測試項目、仿真模型繪製、通道管理、協議管理、外圍設備、監控設計、監控運行時、I/O中心、元數據服務器、腳本解析、客戶端管理、時序處理、多線程服務、數據對象編碼/解碼等。
應用層是ETest_USB測試平臺的主體應用部分,包括測試設計軟件、測試執行服務軟件、測試執行客戶進程與數據監控軟件、設備資源管理軟件以及一些工具輔助軟件。

2.各模塊主要功能

(1)硬件部分

ETest_USB硬件部分採用USB形式的便攜式接口板卡,直接通過USB連接到測試主機中,構成可滿足多種類型接口要求的測試環境。主要硬件部分的指標如下:

① ARINC429模塊

通道配置:2發2收
支持100K/50K/48K/12.5KBPS及用戶自定義波特率
支持FIFO和Schedule兩種發送模式
支持SDI和Label兩種接收過濾模式
支持Time Stamping
支持中斷、外觸發

② 1553B模塊

完全遵守MIL-STD-1553B協議
單通道多功能
支持1M波特率
通道爲雙冗餘的A、B通道
幀間隔和消息間隔時間可軟件設置
支持時間戳,分辨率1μs
支持自測試、錯誤注入
支持中斷、支持外觸發

③ RS232/422/485串口模塊

通訊協議:異步RS232/422/485可軟件設置
通道數:RS232/422/485各2路
波特率,125kbps

④ CAN模塊

兼容CAN2.0A和CAN2.0B協議,支持標準幀和擴展幀;
通道數:2
支持雙向傳輸,CAN發送、CAN接收
DC2500V電氣隔離保護
支持數據幀,遠程幀格式;
CAN控制器波特率在5Kbps-1Mbps之間可選,可配置;

⑤ AD模塊

32路單端/16路差分輸入
單通道採樣率最高1MSPS
ADC分辨率:16bit
外觸發功能

⑥ DA模塊

4通道輸出
DAC分辨率:16bit

⑦ 光隔離離散量I/O模塊

16通道DIDO
每通道光電隔離

⑧ 測試主機

CPU: 雙核 i5-6200U 2.3GHz
內存:DDR4 2133MHz,8GB
固態硬盤:256GB
顯示屏幕:14英寸,分辨率1920*1080
獨立顯存:2GB

(2)測試設計軟件模塊

測試設計軟件模塊對待測系統及其對外接口進行建模,進行協議編輯及分析、創建測試監控、建立硬件規劃、創建及管理測試用例,確定測試要準備的接口設備數量。其主要功能包括:
 進行測試方案管理,針對測試方案的操作有:新建方案、打開方案、保存方案。
 每個測試方案中,可以包含一個到多個測試項目,多個測試項目的存在使得每個測試方案可以完成多個測試項目的設計,便於開展多個配置項到系統的集成測試。
 測試項目有新建、重命名、刪除和查看屬性的操作。
 用圖形化的方式對被測系統、外圍系統及被測系統對外接口進行描述,包括接口數量和接口類型,包括RS422、1553B、CAN、AD、DA、DI、DO、CT、Freq-CT、TCP等類型;能夠設定接口參數。
 創建接口協議,並使用協議描述語言進行協議描述,包括報文包頭、包尾、校驗等,描述各個字段類型及編碼方式,以及分支、循環等結構。
 爲了適應各種數據通信的需要,協議字段具有豐富的類型,包括:整形(無符號和有符號,8位/16位/32位/自定義長度)、浮點型、布爾類型、條件語句類型、分支語句類型、計算字段、校驗字段、數組字段。
 創建測試監控,描述實時數據監控的監控內容和顯示形式,並可設定報警條件。
 用戶可以在測試監控模塊添加測試監控並在監控面板上添加數據監控儀器,通過不同的類型監控儀器綁定協議字段或者字段按照某種公式運算的結果,從而在運行時通過監控儀器指針或數值的改變直觀地顯示出測試通訊時數據的變化。
 測試監控工具欄管理所有的測試監控儀表,包括數字表儀器,圓盤儀表,曲線圖,枚舉類型等。選擇合適的監控儀表,將其拖拽到監控面板的合適的位置,即可添加該監控儀表到監控面板上。用鼠標拖拽監控儀表的邊緣,即可調整其大小。
 打開“屬性”標籤頁,可以修改測試儀表的屬性。其中最重要的屬性是“協議段”屬性,表明了該監控儀表的數據來源。
 通過“協議段”屬性右側的展開按鈕,可以打開“綁定數據協議”對話框,其中顯示當前項目中的仿真模型中的所有的協議和協議段。
 測試儀表的數據源,既可以是一個協議字段,也可以是若干個協議字段組成的公式。
 在“綁定數據協議”對話框下部的輸入框中輸入協議字段,或協議字段組成的公式。雙擊需要的字段名稱,可以添加該字段名稱到自定義公式的光標所在位置。
 創建測試硬件規劃,確定測試需要使用的接口板卡設備,以及接口板卡設備對應的資源。
 創建測試用例,並提供測試用例的管理方式,包括分組、刪除、重命名等。
 創建測試用例的內容,包括使用測試腳本描述測試的過程,包括變量定義、條件語句、循環語句、輸出語句、數學運算、函數定義等。
 提供測試腳本的擴展接口,能夠實現向待測件的數據交互和數據自動解析,將比特流解析成具有意義的應用層數據。
 提供時序控制的方式,能夠按照一定的時序進行規定的操作。
 提供運行環境設置方式,設置測試運行期間的仿真模型服務器、數據中心服務器、測試執行服務器和客戶端的IP地址和端口號。
 提供對標準輸入輸出監控進行配置的功能,確定標準輸入輸出監控的類別配置。
 提供測試腳本執行方式,能夠運行用戶選擇的測試腳本;用戶能夠選擇終止腳本運行。
 能夠查看輸出信息及錯誤信息。

(3)測試執行服務軟件模塊

測試執行軟件模塊爲自動化測試執行軟件的主要部分,與客戶端軟件相配合,驅動測試數據,進行自動化測試執行。主要實現以下功能:
 提供進程調度服務後臺運行程序,在進程調度代理的幫助下,根據測試設計軟件的設計,在測試主機上啓動測試執行、客戶端、服務器等進程,並通過進程調度服務協調各個軟件的運行邏輯。
 提供仿真模型服務器後臺運行程序,通過仿真模型服務器解析測試設計所建立的仿真模型,實現測試執行時數據收發的仿真解析服務。
 提供數據中心服務器後臺運行程序,在測試用例執行過程中,在數據中心服務器中集中統一處理通道中的收發收據,確保數據監控的分佈式實現。
 提供用例服務器後臺運行程序,解析處理測試設計中所編寫測試用例的執行過程。
 提供標準輸入輸出監控窗口程序,可以顯示仿真模型服務器、數據中心服務器、客戶進程以及用例服務器運行過程中的調試信息。
 解析測試腳本中的變量定義、條件語句、循環語句、輸出語句、數學運算、函數定義等語句,進行相應的操作。
 解析測試腳本擴展接口,實現向待測系統進行數據發送/接受和數據解析。
 解析測試腳本,按照時序控制要求進行操作。
 向客戶端軟件發送的測試數據注入包;接收客戶端軟件所發送的測試數據輸出包。
 按照用戶要求即時停止測試用例的執行。
 記錄並顯示測試用例的執行結果。

(4)測試執行客戶進程及數據監控模塊

測試執行客戶進程及數據監控模塊運行在測試主機。主要實現以下功能:
 提供設備驅動功能,實現1553B、CAN、RS422、RS232、AD/DA/DI/DO等接口板卡的驅動能力。
 測試執行客戶軟件同測試執行軟件均運行在測試主機,採用內存機制交換數據。
 同被測件通信使用測試設計軟件中配置好的通信參數。
 提供方便的硬件板卡擴展方式,方便新的硬件板卡的集成。
 接收來自測試執行軟件發送的測試數據注入包,進行數據格式的轉換,並通過通信板卡發送到待測件。
 接收來自被測件發送的測試數據輸出包,並轉發到測試執行軟件。
 登錄測試服務軟件後,顯示測試設計軟件設計的全部測試監控界面,可選擇一個或多個測試監控面板進行測試監控。
 運行指定的測試監控,在測試執行過程中實時顯示指定的測試數據,提供數字儀器、儀表盤、枚舉項、曲線圖等數據監控方式。
 可以實時顯示測試執行中的測試數據;
 可以以解析後的協議數據格式顯示測試數據,也可以以二進制、八進制、十六進制顯示測試數據。
 可以設置數據過濾條件,實現界面顯示特定數據的功能。
 可以設置數據報警條件,當出現某種特性數據時,軟件以醒目的形式顯示出滿足報警條件的數據。
 可以進行數據查詢,可以查詢某個時間段的報文,也可以查詢某個協議字段的數據。
 可以對指定的數據進行統計,也可以查看數據曲線圖。

(5)設備資源管理軟件模塊

設備資源管理軟件模塊提供了系統支持的測試設備及通道的管理功能,提供了系統設備擴展的接口。其主要實現以下功能:
 添加、刪除系統設備。
 修改系統設備的數量。
 添加、刪除設備包含的通道。
 修改設備包含的通道的數量及類型。
 保存設備信息到設備資源文件中,在測試設計軟件中使用。

(6)輔助工具

工具軟件提供了嵌入式系統測試時部分常用的軟件工具,主要包括以下軟件模塊:
 曲線數據生成工具;
具有曲線數據編輯、座標選擇、曲線數據讀取、曲線數據存儲等功能,配合測試執行軟件,提供一種測試數據生成手段。
 測試數據記錄與查看工具;
在測試執行時,可記錄測試執行中的數據,供測試執行結束後查看與分析,包括協議選擇、數據過濾、報警條件設置功能。
 應用協議生成工具;
提供應用協議的表格化編輯功能,可以設置協議的字段組成、字段類型、字段默認取值等。
 CRC插件診斷器與CRC插件生成器
提供CRC校驗算法的設計功能,可設計自定義的CRC算法,診斷其算法正確性,並最終形成協議描述語言中的CRC字段算法插件。

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