一種安全計算機板級測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

摘要：針對鐵路安全計算機，根據(jù)板級測試的基本原則，結合計算機輔助測試技術，構建安全計算機板級測試平臺，解決了電源可靠受控，測試激勵信號控制的問題，根據(jù)主要的板級軟件測試流程，設計并實現(xiàn)了綜合板級測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)已獲得實際應用，實踐證明該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，可以實現(xiàn)對多類型板級測試的目的，并且有效檢測出電路設計中的錯誤，大大提高了產(chǎn)品出廠的測試效率。
關鍵詞：安全計算機；板級測試；計算機輔助測試；測試系統(tǒng)

0 引言
在基于通信的列車控制(CBTC)系統(tǒng)中，區(qū)域控制器(ZC)和數(shù)據(jù)庫存儲單元(DSU)采用了基于2取2乘2結構的安全計算機。2乘2結構安全計算機通過硬件的容錯、安全結構設計和與其配合的平臺軟件來實現(xiàn)安全相關功能，主要包括基于商用貨架產(chǎn)品(COTS)工控機構成的主處理單元和通信控制器，基于COTS以太網(wǎng)交換機構成的內(nèi)部通信網(wǎng)絡以及自主研發(fā)容錯和安全管理單元(FTSM)等組成部分。FTSM是安全計算機的核心，主要由安全電源板、輸入輸出板、通信板、邏輯板、3U組件、繼電器組件、AC 220 V-DC 12 V電源組件等組成。
對電子設備而言，測試是其系統(tǒng)功能、性能、可靠性和安全性等指標的重要保障，也是正常運營過程中維護的重要手段。在各種測試中，板級測試是最基本的，主要完成電路板和組件能否正常工作的基本測試。在很多情形下，系統(tǒng)組成復雜，完整功能需要所有的電路板和組件一起配合才能完成，如果不對電路板和組件進行完善的板級測試，而僅靠整機測試則不可能發(fā)現(xiàn)所有的設計、加工、生產(chǎn)等過程所產(chǎn)生的缺陷。
實現(xiàn)安全計算機的板級測試主要是針對FTSM進行。邏輯板、輸入輸出板和通信板電路復雜，宜采用計算機全自動測試。而安全電源板、3U組件、繼電器組件、AC 220 V-DC 12 V電源組件相對簡單，且需要測試電壓、電流、指示燈是否點亮、亮度是否一致等指標，宜采用人工參與的計算機輔助半自動測試。

1 安全計算機板級測試系統(tǒng)設計
1．1 系統(tǒng)總體結構
板級測試可能用于研發(fā)、生產(chǎn)、運營維護等過程，安全計算機板級測試系統(tǒng)(以下簡稱該系統(tǒng))需要解決兩個主要問題：
(1)只有測試時才向待測電路板或組件提供受控電源，插拔待測電路板或組件之前能夠停止向待測電路板供電，以準確對上電時刻的待測電路板或組件進行測試，并消除帶電插拔可能對測試結果造成的影響。
(2)只有測試時才向待測電路板或組件提供測試激勵信號，插拔待測電路板或組件時不向待測電路板輸出測試激勵信號；同時也要確保測試輸出信號的采集不會對待測電路板或組件造成不良影響。
該系統(tǒng)結構如圖1所示。其中測試上位機采用配置主流操作系統(tǒng)的普通PC機，內(nèi)置3塊COTS數(shù)據(jù)采集卡(Data Acquisition Card，DAC)，運行基于高級語言開發(fā)的測試軟件。

測試控制器與DAC連接，主要完成測試待測電路板所需的測試激勵信號和對測試輸出信號進行電平變換，同時提供待測電路板和電平變換電路所需的各種受控電源，測試控制器使用AC 220 V電源。由于測試邏輯板、輸入／輸出板需要的輸入激勵信號和測試輸出信號較多，因此設置測試控制器1用于對邏輯板、輸入／輸出板的測試，測試控制器1需要同時與2塊DAC連接。另外，設置測試控制器2用于測試其他的電路板和組件，測試控制器2需要與另外1塊DAC連接。測試控制器和有源測試插箱背板確保解決前述的兩個問題。
安全計算機FTSM的安全電源板、輸入／輸出板、通信板及邏輯板安裝于標準的歐式插箱中，為了測試方便，在安全計算機板級測試系統(tǒng)設置了同樣的測試插箱。但與安全計算機FTSM插箱不同，測試插箱中不同種類的電路板具備不同的插箱背板。其中，安全電源板、輸入／輸出板、邏輯板的測試插箱背板為只包括連接電路板、電源、測試激勵信號和測試輸出信號接插件的無源測試插箱背板，通信板的測試插箱背板為有源測試插箱背板，除接插件外還包括總線測試單元和其他邏輯電路。3U組件、繼電器組件、AC 220 V-DC 12 V電源組件則直接與測試控制器2連接。
需要指出，對通信板進行測試時，測試控制器2只控制其供電電源，通信板運行測試程序，與其有源測試插箱背板配合完成測試，測試結果通過以太網(wǎng)發(fā)送給上位機測試軟件。對邏輯板進行測試時，其FPGA為測試專用版本，通過對特定的測試激勵信號產(chǎn)生特定的測試輸出來完成對邏輯板的板級測試。