航天測(cè)控VXI通用測(cè)試軟件框架結(jié)構(gòu)
航天測(cè)控VXI通用測(cè)試軟件框架結(jié)構(gòu)
于功敬（北京航天測(cè)控技術(shù)開發(fā)公司，北京 100037）
隨著測(cè)試儀器從模擬化到數(shù)字化，從單臺(tái)儀器到總線插卡式儀器的發(fā)展歷程，軟件的發(fā)展占據(jù)了極其重要的地位。用于軟件的研制與開發(fā)費(fèi)用比例，在整個(gè)系統(tǒng)研制費(fèi)用中成上升的趨勢(shì)。怎樣最大程度地降低開發(fā)、使用軟件的費(fèi)用，保證軟件的易用性、通用性、可維護(hù)性、可擴(kuò)充性、可移植性，已成為測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最重要的一環(huán)。
在傳統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)軟件編制過程中，程序是按照測(cè)試任務(wù)要求，一步一步排下來的。如果測(cè)試點(diǎn)很多，測(cè)試參數(shù)復(fù)雜，測(cè)試程序量就非常大，且很難實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計(jì)。此外，由于檢測(cè)領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，檢測(cè)參數(shù)范圍不斷延伸，這一過程反映在程序設(shè)計(jì)中，就是不斷地隨之修改，整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)也變得越來越困難。同時(shí)，測(cè)試對(duì)象稍作改變，程序的可用性幾近于零。因此，傳統(tǒng)測(cè)試軟件的通用性、可維護(hù)性、可移植性很差。
根據(jù)測(cè)試軟件傳統(tǒng)設(shè)計(jì)上的不足，本文提出了一種框架式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，并應(yīng)用在我國某新型導(dǎo)彈的綜合測(cè)試系統(tǒng)中，其易用性、通用性、可維護(hù)性、可擴(kuò)充性、可移植性得到極大改善。下面我們就具體闡述設(shè)計(jì)思路和系統(tǒng)的具體應(yīng)用情況。
一、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路
系統(tǒng)以某型號(hào)導(dǎo)彈作為被測(cè)對(duì)象，測(cè)量任務(wù)繁重，全面衡量導(dǎo)彈的技術(shù)性能，需要從靜態(tài)測(cè)試到動(dòng)態(tài)測(cè)試，從無源測(cè)試到有源測(cè)試，從分解測(cè)試到整體測(cè)試一項(xiàng)一項(xiàng)地逐項(xiàng)測(cè)試，要測(cè)試測(cè)量的參數(shù)很多，分析處理的難度也很大。分析其靜態(tài)測(cè)試參數(shù)和動(dòng)態(tài)測(cè)試參數(shù)，與設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)問題，從而確保導(dǎo)彈的質(zhì)量。綜合考慮系統(tǒng)的體積、電磁干擾，電源以及系統(tǒng)的可靠性、測(cè)試速度等一系列問題，我們選擇了VXI總線測(cè)控系統(tǒng)的方案。
整個(gè)導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)測(cè)控模式，主計(jì)算機(jī)選用VXI內(nèi)嵌式計(jì)算機(jī)提高測(cè)試速度，完成對(duì)VXI儀器模塊的控制和通過網(wǎng)卡控制前臺(tái)計(jì)算機(jī)。前臺(tái)計(jì)算機(jī)選擇高性能微型計(jì)算機(jī)，驅(qū)動(dòng)RS-422接口、RS-485接口和GPIB接口，完成對(duì)導(dǎo)彈的實(shí)時(shí)通信控制功能。VXI測(cè)試儀器模塊有HP E6234A嵌入式計(jì)算機(jī)、HP E1410A數(shù)字多用表、HP E1416A功率計(jì)、HP E1458A高速I/O模塊、AMC2300繼電器采樣和控制開關(guān)、AMC2620八通道并行A/D變換器和Tek Tvc641A四通道數(shù)字存儲(chǔ)示波器。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)見圖1。圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
測(cè)試系統(tǒng)的軟件平臺(tái)采用WINDOWS NT和WINDOWS 95，主測(cè)試計(jì)算機(jī)采用安全性能較高的Windows NT Workstation操作系統(tǒng)，前臺(tái)計(jì)算機(jī)采用Windows 95操作系統(tǒng)，系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)則采用NI公司的LabWindows CVI。LabWindows CVI將功能強(qiáng)大、使用靈活的C語言開發(fā)平臺(tái)與用于數(shù)據(jù)獲得、分析和顯示的測(cè)控專業(yè)工具函數(shù)庫和各種VXI接口資源庫函數(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，對(duì)于熟悉C語言編程的測(cè)試系統(tǒng)人員，LabWindows CVI是系統(tǒng)軟件開發(fā)的首選平臺(tái)。本系統(tǒng)的測(cè)試程序就是采用LabWindows CVI 5.0開發(fā)完成的。根據(jù)任務(wù)要求，系統(tǒng)程序主要有測(cè)試、數(shù)據(jù)管理、模擬顯示、打印、儀器管理、通信控制、系統(tǒng)幫助等功能。
測(cè)試系統(tǒng)最主要的功能是把被測(cè)對(duì)象的被測(cè)參數(shù)采集回來，以往的測(cè)試程序，把所有的測(cè)試參數(shù)、儀器程控指令、測(cè)試結(jié)果和分析處理結(jié)果統(tǒng)統(tǒng)放在程序中，程序的易用性、可靠性、通用性、可維護(hù)性、可擴(kuò)充性、可移植性很差。為了克服這些缺點(diǎn)，我們嘗試把數(shù)據(jù)和測(cè)試流程分開，數(shù)據(jù)信息包括測(cè)試儀器配置參數(shù)和測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)，由關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理這些數(shù)據(jù)，而測(cè)試流程的任務(wù)就是讀取配置數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，配置測(cè)試儀器，進(jìn)行相應(yīng)地?cái)?shù)據(jù)采集、分析計(jì)算，并把結(jié)果寫回到測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)庫中。測(cè)試系統(tǒng)軟件框架示意件圖2。圖2 測(cè)試系統(tǒng)通用軟件框架
在導(dǎo)彈綜合測(cè)試系統(tǒng)實(shí)際測(cè)量過程中，無論是導(dǎo)彈的測(cè)試類型，或是設(shè)備類型發(fā)生改變時(shí)，需要測(cè)試人員做的僅僅是按照改變的內(nèi)容修改配置數(shù)據(jù)庫相應(yīng)的記錄，勿須修改測(cè)試流程。
由于VXI Plug&Play系統(tǒng)聯(lián)盟提出的一系列VPP規(guī)范，已成為VXI儀器軟件的標(biāo)準(zhǔn)，各儀器生產(chǎn)廠家推出的儀器，提供符合VPP規(guī)范的儀器驅(qū)動(dòng)器已成為必然。因此，主測(cè)試流程驅(qū)動(dòng)儀器，采用的都是用VISA技術(shù)寫成的儀器驅(qū)動(dòng)函數(shù)，對(duì)底層硬件滿足了即插即用。
另外，ODBC(Open DataBase Connective)技術(shù)和SQL(結(jié)構(gòu)查詢語言)，又使不同的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品之間可以互相兼容，從而使測(cè)試應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫的訪問，不隨數(shù)據(jù)庫的改變而發(fā)生變化。
這些技術(shù)從根本上保證了通用測(cè)試軟件框架的通用性、兼容性和可擴(kuò)展性。
二、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與測(cè)試流程
根據(jù)實(shí)際的測(cè)試需求，一次測(cè)試可以有若干項(xiàng)測(cè)試項(xiàng)目，每一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目又可以劃分若干個(gè)測(cè)試點(diǎn)，而每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)都有繼電器開關(guān)動(dòng)作和相應(yīng)的儀器配置操作。根據(jù)這樣的關(guān)系，確定數(shù)據(jù)庫的安全原則，構(gòu)造配置數(shù)據(jù)庫的配置表。描述一次測(cè)試的記錄信息。用一個(gè)唯一的測(cè)試號(hào)標(biāo)識(shí)一次測(cè)試，再通過對(duì)應(yīng)關(guān)系，找出本次測(cè)試所有的測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試配置字段，在測(cè)試流程中，用滿足ODBC的連接，建立程序與數(shù)據(jù)庫的連接，再用SQL語言找出相應(yīng)的記錄和字段，配置和驅(qū)動(dòng)儀器，完成測(cè)試。
測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù)庫是在配置數(shù)據(jù)庫表的基礎(chǔ)上，由測(cè)試號(hào)和測(cè)試點(diǎn)號(hào)唯一確定的一種儀器的數(shù)據(jù)表，記錄了測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)和當(dāng)前測(cè)試時(shí)間。整個(gè)數(shù)據(jù)庫的關(guān)系如圖3所示。圖3 數(shù)據(jù)庫
建立好數(shù)據(jù)庫以后，即可以編制測(cè)試主程序了。進(jìn)入測(cè)試功能，首先進(jìn)入測(cè)試配置界面，讀取配置數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)信息，配置該次測(cè)試所需的配置項(xiàng)目，并把相應(yīng)數(shù)據(jù)寫入到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表中；然后進(jìn)入測(cè)試執(zhí)行界面，依據(jù)該次測(cè)試的開始記錄和結(jié)束記錄，依次讀取各個(gè)表中中的字段，根據(jù)其中的內(nèi)容完成相應(yīng)的操作。程序流程見圖4。圖4 程序流程
三、系統(tǒng)優(yōu)化
以上闡述的只是通用測(cè)試軟件框架的初步實(shí)現(xiàn)，采用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是微軟的Visual FoxPro 6.0。本系統(tǒng)框架可以進(jìn)一步優(yōu)化，采用SQL Server數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，滿足多終端多用戶的Client-Server結(jié)構(gòu)，還可以按照面向?qū)ο缶幊谭椒右愿倪M(jìn)等等。
于功敬（北京航天測(cè)控技術(shù)開發(fā)公司，北京 100037）
隨著測(cè)試儀器從模擬化到數(shù)字化，從單臺(tái)儀器到總線插卡式儀器的發(fā)展歷程，軟件的發(fā)展占據(jù)了極其重要的地位。用于軟件的研制與開發(fā)費(fèi)用比例，在整個(gè)系統(tǒng)研制費(fèi)用中成上升的趨勢(shì)。怎樣最大程度地降低開發(fā)、使用軟件的費(fèi)用，保證軟件的易用性、通用性、可維護(hù)性、可擴(kuò)充性、可移植性，已成為測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最重要的一環(huán)。
在傳統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)軟件編制過程中，程序是按照測(cè)試任務(wù)要求，一步一步排下來的。如果測(cè)試點(diǎn)很多，測(cè)試參數(shù)復(fù)雜，測(cè)試程序量就非常大，且很難實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計(jì)。此外，由于檢測(cè)領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，檢測(cè)參數(shù)范圍不斷延伸，這一過程反映在程序設(shè)計(jì)中，就是不斷地隨之修改，整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)也變得越來越困難。同時(shí)，測(cè)試對(duì)象稍作改變，程序的可用性幾近于零。因此，傳統(tǒng)測(cè)試軟件的通用性、可維護(hù)性、可移植性很差。
根據(jù)測(cè)試軟件傳統(tǒng)設(shè)計(jì)上的不足，本文提出了一種框架式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，并應(yīng)用在我國某新型導(dǎo)彈的綜合測(cè)試系統(tǒng)中，其易用性、通用性、可維護(hù)性、可擴(kuò)充性、可移植性得到極大改善。下面我們就具體闡述設(shè)計(jì)思路和系統(tǒng)的具體應(yīng)用情況。
一、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路
系統(tǒng)以某型號(hào)導(dǎo)彈作為被測(cè)對(duì)象，測(cè)量任務(wù)繁重，全面衡量導(dǎo)彈的技術(shù)性能，需要從靜態(tài)測(cè)試到動(dòng)態(tài)測(cè)試，從無源測(cè)試到有源測(cè)試，從分解測(cè)試到整體測(cè)試一項(xiàng)一項(xiàng)地逐項(xiàng)測(cè)試，要測(cè)試測(cè)量的參數(shù)很多，分析處理的難度也很大。分析其靜態(tài)測(cè)試參數(shù)和動(dòng)態(tài)測(cè)試參數(shù)，與設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)問題，從而確保導(dǎo)彈的質(zhì)量。綜合考慮系統(tǒng)的體積、電磁干擾，電源以及系統(tǒng)的可靠性、測(cè)試速度等一系列問題，我們選擇了VXI總線測(cè)控系統(tǒng)的方案。
整個(gè)導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)測(cè)控模式，主計(jì)算機(jī)選用VXI內(nèi)嵌式計(jì)算機(jī)提高測(cè)試速度，完成對(duì)VXI儀器模塊的控制和通過網(wǎng)卡控制前臺(tái)計(jì)算機(jī)。前臺(tái)計(jì)算機(jī)選擇高性能微型計(jì)算機(jī)，驅(qū)動(dòng)RS-422接口、RS-485接口和GPIB接口，完成對(duì)導(dǎo)彈的實(shí)時(shí)通信控制功能。VXI測(cè)試儀器模塊有HP E6234A嵌入式計(jì)算機(jī)、HP E1410A數(shù)字多用表、HP E1416A功率計(jì)、HP E1458A高速I/O模塊、AMC2300繼電器采樣和控制開關(guān)、AMC2620八通道并行A/D變換器和Tek Tvc641A四通道數(shù)字存儲(chǔ)示波器。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)見圖1。圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
測(cè)試系統(tǒng)的軟件平臺(tái)采用WINDOWS NT和WINDOWS 95，主測(cè)試計(jì)算機(jī)采用安全性能較高的Windows NT Workstation操作系統(tǒng)，前臺(tái)計(jì)算機(jī)采用Windows 95操作系統(tǒng)，系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)則采用NI公司的LabWindows CVI。LabWindows CVI將功能強(qiáng)大、使用靈活的C語言開發(fā)平臺(tái)與用于數(shù)據(jù)獲得、分析和顯示的測(cè)控專業(yè)工具函數(shù)庫和各種VXI接口資源庫函數(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，對(duì)于熟悉C語言編程的測(cè)試系統(tǒng)人員，LabWindows CVI是系統(tǒng)軟件開發(fā)的首選平臺(tái)。本系統(tǒng)的測(cè)試程序就是采用LabWindows CVI 5.0開發(fā)完成的。根據(jù)任務(wù)要求，系統(tǒng)程序主要有測(cè)試、數(shù)據(jù)管理、模擬顯示、打印、儀器管理、通信控制、系統(tǒng)幫助等功能。
測(cè)試系統(tǒng)最主要的功能是把被測(cè)對(duì)象的被測(cè)參數(shù)采集回來，以往的測(cè)試程序，把所有的測(cè)試參數(shù)、儀器程控指令、測(cè)試結(jié)果和分析處理結(jié)果統(tǒng)統(tǒng)放在程序中，程序的易用性、可靠性、通用性、可維護(hù)性、可擴(kuò)充性、可移植性很差。為了克服這些缺點(diǎn)，我們嘗試把數(shù)據(jù)和測(cè)試流程分開，數(shù)據(jù)信息包括測(cè)試儀器配置參數(shù)和測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)，由關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理這些數(shù)據(jù)，而測(cè)試流程的任務(wù)就是讀取配置數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，配置測(cè)試儀器，進(jìn)行相應(yīng)地?cái)?shù)據(jù)采集、分析計(jì)算，并把結(jié)果寫回到測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)庫中。測(cè)試系統(tǒng)軟件框架示意件圖2。圖2 測(cè)試系統(tǒng)通用軟件框架
在導(dǎo)彈綜合測(cè)試系統(tǒng)實(shí)際測(cè)量過程中，無論是導(dǎo)彈的測(cè)試類型，或是設(shè)備類型發(fā)生改變時(shí)，需要測(cè)試人員做的僅僅是按照改變的內(nèi)容修改配置數(shù)據(jù)庫相應(yīng)的記錄，勿須修改測(cè)試流程。
由于VXI Plug&Play系統(tǒng)聯(lián)盟提出的一系列VPP規(guī)范，已成為VXI儀器軟件的標(biāo)準(zhǔn)，各儀器生產(chǎn)廠家推出的儀器，提供符合VPP規(guī)范的儀器驅(qū)動(dòng)器已成為必然。因此，主測(cè)試流程驅(qū)動(dòng)儀器，采用的都是用VISA技術(shù)寫成的儀器驅(qū)動(dòng)函數(shù)，對(duì)底層硬件滿足了即插即用。
另外，ODBC(Open DataBase Connective)技術(shù)和SQL(結(jié)構(gòu)查詢語言)，又使不同的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品之間可以互相兼容，從而使測(cè)試應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫的訪問，不隨數(shù)據(jù)庫的改變而發(fā)生變化。
這些技術(shù)從根本上保證了通用測(cè)試軟件框架的通用性、兼容性和可擴(kuò)展性。
二、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與測(cè)試流程
根據(jù)實(shí)際的測(cè)試需求，一次測(cè)試可以有若干項(xiàng)測(cè)試項(xiàng)目，每一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目又可以劃分若干個(gè)測(cè)試點(diǎn)，而每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)都有繼電器開關(guān)動(dòng)作和相應(yīng)的儀器配置操作。根據(jù)這樣的關(guān)系，確定數(shù)據(jù)庫的安全原則，構(gòu)造配置數(shù)據(jù)庫的配置表。描述一次測(cè)試的記錄信息。用一個(gè)唯一的測(cè)試號(hào)標(biāo)識(shí)一次測(cè)試，再通過對(duì)應(yīng)關(guān)系，找出本次測(cè)試所有的測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試配置字段，在測(cè)試流程中，用滿足ODBC的連接，建立程序與數(shù)據(jù)庫的連接，再用SQL語言找出相應(yīng)的記錄和字段，配置和驅(qū)動(dòng)儀器，完成測(cè)試。
測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù)庫是在配置數(shù)據(jù)庫表的基礎(chǔ)上，由測(cè)試號(hào)和測(cè)試點(diǎn)號(hào)唯一確定的一種儀器的數(shù)據(jù)表，記錄了測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)和當(dāng)前測(cè)試時(shí)間。整個(gè)數(shù)據(jù)庫的關(guān)系如圖3所示。圖3 數(shù)據(jù)庫
建立好數(shù)據(jù)庫以后，即可以編制測(cè)試主程序了。進(jìn)入測(cè)試功能，首先進(jìn)入測(cè)試配置界面，讀取配置數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)信息，配置該次測(cè)試所需的配置項(xiàng)目，并把相應(yīng)數(shù)據(jù)寫入到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表中；然后進(jìn)入測(cè)試執(zhí)行界面，依據(jù)該次測(cè)試的開始記錄和結(jié)束記錄，依次讀取各個(gè)表中中的字段，根據(jù)其中的內(nèi)容完成相應(yīng)的操作。程序流程見圖4。圖4 程序流程
三、系統(tǒng)優(yōu)化
以上闡述的只是通用測(cè)試軟件框架的初步實(shí)現(xiàn)，采用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是微軟的Visual FoxPro 6.0。本系統(tǒng)框架可以進(jìn)一步優(yōu)化，采用SQL Server數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，滿足多終端多用戶的Client-Server結(jié)構(gòu)，還可以按照面向?qū)ο缶幊谭椒右愿倪M(jìn)等等。
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