摘  要：將VXI總線技術在通用裝備測試系統(tǒng)中推廣應用具有很大的現實意義。結合實際工作經驗，介紹了基于VXI總線的自動測試系統(tǒng)的組建和開發(fā)VXI專用模塊的一般方法和過程，并對VXI自動測試系統(tǒng)的發(fā)展作了探討。 
    關鍵詞：測試系統(tǒng) VXI總線 兵器測試
 
    隨著軍事裝備的發(fā)展，其功能越來越強大，設備越來越復雜，對測試系統(tǒng)的要求也越來越高。測試項目和范圍的不斷擴大，對測試速度和準確度的要求進一步提高，對測試系統(tǒng)的可靠性、通用性、開發(fā)時間等也提出了更高的要求。
    VXI（VMEbus Extensions For Instrumentation）總線技術是當今計算機測控技術發(fā)展的主流，也是自動檢測設備（ATE）標準化技術的核心。VXI總線是一種真正的世界范圍內完全開放的總線標準，它具有標準開放、結構緊湊、數據吞吐能力強、模塊化等特點。以VXI技術為核心組建通和裝備的測試系統(tǒng)不當前裝備測試的首要選擇。
1 測試系統(tǒng)硬件的組建
    VXI總線測試系統(tǒng)是一種計算機控制的測試系統(tǒng)，一般由主計算機、VXI總線主機箱和VXI總線模塊組成。依據主計算機與系統(tǒng)的連接方式不同，系統(tǒng)可分為內嵌式和外掛式兩種。所謂內嵌式就是將一臺標準計算機集成在0槽模塊中，應用時只需接上鍵盤、顯示器、鼠標等設便可實現VXI控制。它具個有最小的物理尺寸，并與背板總線直接連接，可直接采用字串協議與VXI消息基設備進行通信，充分發(fā)揮了VXI總線的性能，但不能跟蹤PC機技術的發(fā)展，通常用于數據傳輸速率高和對測試系統(tǒng)空間尺寸要求高的場合。而外掛式，主計算機采用GPIB（IEEE488）或者MXI總線，通過安裝于計算機內部的GPIB或MXI接口卡，完成對VXI總線、GPIB總線中VME總線等儀器的控制。這種方式的優(yōu)勢在于能夠隨著能愛畜計算機的發(fā)展而不斷更新控制平臺，還可以與GPIB、VME總線儀器方便地構成混合測試系統(tǒng)。
    目前國內許多單位擁有大量的GPIB及VME總線儀器，而在某些領域內，面向被測對象還需用一些專用設備。所以考慮到經費的限制，只要條件（如體積、速度等）允許，就應當充利用這些現有資源；同時有些測試領域（如微波）的VXI產品開發(fā)種尚不夠多，還存在系統(tǒng)開發(fā)的因循漸進問題，所以一般情況下，我們應選擇VXI總線混合式測試系統(tǒng)。系統(tǒng)組建可按圖1所示的流程進行。
    其中，測試需求分析和測試方法研究應在系統(tǒng)集成人員的協助下，由熟悉被測對象的專業(yè)人員來完成。這兩項研究的結果，直接影響到整個系統(tǒng)的簡繁程度和設計的合理性、先進性。應當在滿足測試要求的前提下，盡量選擇性能價格比好的產品。例如，在采集很窄的脈沖時，如果信號是可重復的，就沒有必要對采集模塊的采樣速率做出很高的要求，使用采集速度不太高的數字示波器在多周期里對其進行隨機采樣，就可以得到所需要的波形和各種參數。后面各項應由測試人員、專業(yè)人員配合系統(tǒng)集成人員共同完成。
    除必不可少的專用設備外，所選設備應盡量通用化、標準化。主機箱和0槽模塊以及通用儀器模塊應以知名公司的成熟產品為主，這樣可以保證質量，性能價格比適中。對于主機箱，一般情況下應選擇普通主機箱；在對電磁兼容要求高的測試場合，應考慮選擇微波主機箱；車載、艦載等場合應當考慮選擇加固機箱。其它模塊可以在優(yōu)先考慮適用、成熟而對信譽良好的VXI產品的前提下，根據實際情況，盡量利用原有的儀器資源。在將GPIB儀器更換為VXI模件時，應選易后難、循序漸進。當系統(tǒng)測試有特殊要求時，為了降低價格、提高性能，也可自行設計模塊。
2 測試系統(tǒng)軟件平臺的選擇
    測試軟件是為有效地運用硬件系統(tǒng)資源、實現各種測控功能而提供的程序系統(tǒng)及有關資料的集合。測試軟件分為系統(tǒng)軟件和應用軟件。
    系統(tǒng)軟件是指為充分發(fā)揮或擴充硬件交通而配置的軟件。VXI系統(tǒng)軟件按其層可分為與儀器打交道的底層軟件、中間層的儀器驅動軟件以及最高層的“軟面板”軟件；除此之外，屬消息基模塊的儀器還有相應的駐機軟件。這些軟件通常是由廠家提供的。由于VXI總線規(guī)范只規(guī)定了機械和總線的規(guī)范，沒有對軟件和語言作出規(guī)定，為了提高儀器驅動程序質量和兼容性，世界上主要的儀器生產廠家成立了VXIplug&play聯盟，規(guī)定了VXI軟件規(guī)范，即VPP規(guī)范，增加了系統(tǒng)的開放性和多個廠家的互換性。現在廠家提供的驅動器一般都是符合VPP規(guī)范的。
應用軟件是指用戶為解決采集、測試和控制等具體問題而編制的軟件。用戶在開發(fā)應用軟件時，軟件平臺的合理選擇對于包括VXI產品在內通用設備的應用開發(fā)具有重要的影響。除了Windows下通用的編程環(huán)境外，目前比較流行的開發(fā)平臺有以下三種：
（1）NI公司的LabWindows/CVI，它提供ANSI C編程環(huán)境，支持有圖形用戶接口的開發(fā)應用工作，支持VPP儀器驅動器。圖形用戶接口專門用于儀器控制器的設計，支持儀器驅動呂的交互式控制、軟件的操作執(zhí)行等，用它開發(fā)符合VPP規(guī)范的儀器驅動器比較方便。
（2）NI公司的LabView，它雖然不使用C語言，但有使用儀器驅動器DLL的能力，支持VPP儀器驅動器。它支持圖形用戶接口的開發(fā)，是一種圖形化編程語言。
（3）HP公司的HP VEE，它提供的儀器控制方式比較多，如使用SCPI命令的Direct I/O方式和使用VPP儀器驅動器等；對于HP公司的儀器，還可以使用它提供的面板驅動器（Panel Driver）。編程時它和LabView相似，使用圖形化的編程工具，測試人員只需調出所使用儀器的圖標，輸入相關的條件和參數，并按測試流程將儀器連接起來就可完成編程工作。
     此外，美國的Tektronix、ManTech和Racal公司都已研制出基于圖形的軟件開發(fā)平臺。具體使用哪種軟件平臺，用戶可根據自己的需要和對軟件的熟悉程序來決定。如果采用的是混合式測試系統(tǒng)，應用于較簡單的測試任務、對測試速度要求不高時，可根據產品的廠家選用其中一種，采用相應的圖形編程，或者形和傳統(tǒng)編程語言混合編程；當測試任務較為復雜、對測試速度要求較高時，則可選用語言編程，如LabWindows/CVI，或者選擇一種通用的WINDOWS平臺，如采用Visual Basic或Visual C++等語言編程開發(fā)。
3 專用模塊的開發(fā)
    VXI總線模塊設計主要包括寄存器基模塊設計和消息基模塊設計。對于一些功能簡單而通信速度高的模塊，可設計成寄存器基器件；對一些復雜的具有本地智能的模塊，應設計成消息基器件。無論是消息基還是寄存器基，VXI總線模塊的電路都由總線接口電路和功能電路兩部分組成。其中，功能電路部分需要根據本模塊要完成的測試測量功能來進行具體的電路設計。由于當今電子儀器種類繁多，各類儀器采用的測試測量方法各不相同，并且同一種電子測試測量功能也可以采用不同的方法實現，因此，一般儀器的功能電路最好由對該儀器有一定經驗的工程師設計完成。VXI接口電路設計的依據是兩個國際標準IEEE 1014和IEEE 1155，即VME計算機總線標準和VXI總線儀器標準，因而VXI總線接口儀器電路具有很強的共性。下面主要對接口電路的設計作出說明。
    對于寄存器基的模塊，它只支持VXI總線寄存器配置，不支持VXI總線的通信協議。所以VXI寄存器基模塊接口的主要功能是監(jiān)視總線上由主模塊啟動數據傳輸總線的DTB周期，并且在DTB周期指向它們時作出響應。當模塊需要中斷服務中，它還應當有中斷模塊。
消息基器件不僅具有通訊能力和本地智能，而且還具有DTB主模塊能力。與寄存器基模塊相比，它不僅有上述的VXI總線從者接口，而且還具有本地智能，以支持由CPU模塊通過器件配置寄存器的通訊寄存器實現字串行通訊協議。
    設計VXI總線的接口電路時，器件的配置可以用雙端口RAM實現，也可以使用可編程邏輯陣列（PLA）技術或現場可編程門陣列（FPGA）技術。如果用戶不想自行設計接口電路，可采用一些儀器公司的專用接口芯片，如Interface公司的IT9010和IT9010M。前者是寄存器基接口芯片，后者是消息基接口芯片。
在完成硬件的制作以后，應當為模塊編寫符合VPP規(guī)范的驅動器。目前比較流行的開發(fā)儀器驅動器軟件是LabWindows/CVI。CVI為用戶開發(fā)儀器驅動器提供了Create IVI Instrument Driver工具。用戶在開發(fā)儀器驅器時，一般可以采用兩種方法：一是在Create INI Instrument Driver工具中選擇Create New Driver，這個工具根據用戶選擇的儀器接口類型和儀器的種類，自動生成IVI規(guī)范所要示訴所有模板函數框架的代碼，用戶根據自己開發(fā)模塊的實際情況填充代碼，也可以在此基礎上增加其它函數。另一種方法就是根據已有的具有類似儀器功能的儀器驅動器進行改造，在Create IVI Instru ment Driver工具中選擇    Create Driver Based on Existing Driver，然后輸入已存在的驅動器，CVI會自動對此驅動器代碼的儀器前綴等進行修改，用戶在此基礎上再修改驅動器代碼，實現對自己開發(fā)儀器的控制。當然，用戶也可以在Windows通用軟件平臺上開發(fā)儀器驅動器，如Visual C++。一般情況下，它們比使用CVI軟件開要困難一些。
    VPP規(guī)定廠家為用戶提供儀器驅動器的同時，必須提供儀器的軟面板。儀器的軟面板是不依賴于任何開發(fā)環(huán)境的可執(zhí)行程序。它取代了傳統(tǒng)的臺式儀器的前面板，在計算機屏幕上顯示用于控制儀器的各種按鍵、旋鈕和儀器輸出信息等。軟面板有兩個作用，一是幫助用戶檢測系統(tǒng)的通訊接口和儀器是不確配置和正常工作；二是幫助用戶熟悉儀器的主要功能。
    在CVI環(huán)境中，使用用戶界面文件（.uir）來制作軟面板。開發(fā)軟面板時先直接在用戶界面上生成所需的各種按鍵、旋鈕和輸出信息框，然后再用事件驅動的方式編程。在制作用戶界面時要符合VPP-7規(guī)范，如軟面板主窗口的右上部標顯示VXIplug&play標識，左上部標明廠家，窗口上部標明儀器名稱和模塊號等。軟面板制作完成后，對應按鍵、旋鈕等用戶控制部件的功能生成相應的回調函數。函數的實現方法與制作驅動器的方法是相似的，不過需要將顯示給用戶的結果顯示到軟面板的合適位置上。
4 測試系統(tǒng)的發(fā)展
     隨著微電子、計算機及數字信號處理（DSP）等先進技術越來越多地應用到測試技術中，未來測試系統(tǒng)發(fā)展有如下兩種趨勢。
4.1 集成儀器
     儀器與計算機技術的深層次結合將產生全新的儀器結構概念，包括現有的虛擬儀器、卡式儀器及VXI總線和MMS為基礎的模塊式儀器和新出現的集成儀器。集成儀器將基于“信息的數據采集（ADC）、信號的分析與處理（DSP）、輸出（DAC）及顯示”的結構模式。利用這個通用的硬件平臺，調用不同的測試軟件就可構成不同功能的儀器，因此“軟件就是儀器”。由于硬件平臺是通用的，故可非常方便地將多種測試功能集成集于一體，實現多功能集成儀器。例如，一臺基于高速數據采集的數字化儀，如果對采集的數據通過分析軟件進行定標和數據點的顯示，就構成一臺數據存儲的示波器；如果對采集的數據利用軟件進行FFT變換，則構成一臺頻譜儀。在系統(tǒng)構成上，將廢除由硬件積木單元實現的激勵和響應的監(jiān)測，而采用由測試系統(tǒng)中的計算機從數學上合成所希望的激勵波形。響應信號則利用高速數據采集技術進行采集，然后將采集的數據由計算機進行數字處理和分析，從而得到測試結果。
4.2 集成測試環(huán)境
     測試軟件不管是對單臺儀器還是對測試系統(tǒng)都是十分重要的，而且也是未來發(fā)展競爭的焦點。國外專家預言“測試設備的未來屬于軟件”。未來的測試軟件能根據某種規(guī)范和屏幕上的某種圖形進行測試，將描述與測試生成模塊和數據提取自動化工具相結合，并將工具納入文件編制中。未來的測試環(huán)境除生成測試程序外，還將應用其它領域的技術，如人工智能測試技術。人工智能專家系統(tǒng)的應用，將充分利用計算機的“智能”，把最優(yōu)秀的測試專家的思維過程固化到測試程序的軟件中，把某種復雜的程序與計算機修正程序結合起來，從而大大提高測試系統(tǒng)的能力。人工智能測試技術除大量用于復雜測試的修正因子處理外，還將應用于現代裝備系統(tǒng)的故障檢測與維修。
      充分利用通用集成測試儀器和集成測試環(huán)境，建立通用的儀器平臺和測試系統(tǒng)平臺，為各種功能的測試儀器和測試系統(tǒng)的二次開發(fā)將打下硬件和系統(tǒng)軟件的基礎。最終用戶只需在這個高水平平臺的基礎上開發(fā)一定的應用軟件就能構成實用儀器和實用測試系統(tǒng)，從而加快研制周期，降低研制成本，提高產品質量。其中，高速、高分辨率的數據采集和數字信號處理技術是未來測試儀器平臺和測試系統(tǒng)平臺的關鍵技術。