一種安全計(jì)算機(jī)板級(jí)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：針對(duì)鐵路安全計(jì)算機(jī)，根據(jù)板級(jí)測(cè)試的基本原則，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試技術(shù)，構(gòu)建安全計(jì)算機(jī)板級(jí)測(cè)試平臺(tái)，解決了電源可靠受控，測(cè)試激勵(lì)信號(hào)控制的問(wèn)題，根據(jù)主要的板級(jí)軟件測(cè)試流程，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了綜合板級(jí)測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)已獲得實(shí)際應(yīng)用，實(shí)踐證明該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多類型板級(jí)測(cè)試的目的，并且有效檢測(cè)出電路設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，大大提高了產(chǎn)品出廠的測(cè)試效率。
關(guān)鍵詞：安全計(jì)算機(jī)；板級(jí)測(cè)試；計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試；測(cè)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(kù)存儲(chǔ)單元(DSU)采用了基于2取2乘2結(jié)構(gòu)的安全計(jì)算機(jī)。2乘2結(jié)構(gòu)安全計(jì)算機(jī)通過(guò)硬件的容錯(cuò)、安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和與其配合的平臺(tái)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)安全相關(guān)功能，主要包括基于商用貨架產(chǎn)品(COTS)工控機(jī)構(gòu)成的主處理單元和通信控制器，基于COTS以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成的內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)以及自主研發(fā)容錯(cuò)和安全管理單元(FTSM)等組成部分。FTSM是安全計(jì)算機(jī)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(duì)電子設(shè)備而言，測(cè)試是其系統(tǒng)功能、性能、可靠性和安全性等指標(biāo)的重要保障，也是正常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中維護(hù)的重要手段。在各種測(cè)試中，板級(jí)測(cè)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(cè)試。在很多情形下，系統(tǒng)組成復(fù)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(duì)電路板和組件進(jìn)行完善的板級(jí)測(cè)試，而僅靠整機(jī)測(cè)試則不可能發(fā)現(xiàn)所有的設(shè)計(jì)、加工、生產(chǎn)等過(guò)程所產(chǎn)生的缺陷。
實(shí)現(xiàn)安全計(jì)算機(jī)的板級(jí)測(cè)試主要是針對(duì)FTSM進(jìn)行。邏輯板、輸入輸出板和通信板電路復(fù)雜，宜采用計(jì)算機(jī)全自動(dòng)測(cè)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(duì)簡(jiǎn)單，且需要測(cè)試電壓、電流、指示燈是否點(diǎn)亮、亮度是否一致等指標(biāo)，宜采用人工參與的計(jì)算機(jī)輔助半自動(dòng)測(cè)試。

1 安全計(jì)算機(jī)板級(jí)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1．1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
板級(jí)測(cè)試可能用于研發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等過(guò)程，安全計(jì)算機(jī)板級(jí)測(cè)試系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱該系統(tǒng))需要解決兩個(gè)主要問(wèn)題：
(1)只有測(cè)試時(shí)才向待測(cè)電路板或組件提供受控電源，插拔待測(cè)電路板或組件之前能夠停止向待測(cè)電路板供電，以準(zhǔn)確對(duì)上電時(shí)刻的待測(cè)電路板或組件進(jìn)行測(cè)試，并消除帶電插拔可能對(duì)測(cè)試結(jié)果造成的影響。
(2)只有測(cè)試時(shí)才向待測(cè)電路板或組件提供測(cè)試激勵(lì)信號(hào)，插拔待測(cè)電路板或組件時(shí)不向待測(cè)電路板輸出測(cè)試激勵(lì)信號(hào)；同時(shí)也要確保測(cè)試輸出信號(hào)的采集不會(huì)對(duì)待測(cè)電路板或組件造成不良影響。
該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中測(cè)試上位機(jī)采用配置主流操作系統(tǒng)的普通PC機(jī)，內(nèi)置3塊COTS數(shù)據(jù)采集卡(Data Acquisition Card，DAC)，運(yùn)行基于高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)的測(cè)試軟件。

測(cè)試控制器與DAC連接，主要完成測(cè)試待測(cè)電路板所需的測(cè)試激勵(lì)信號(hào)和對(duì)測(cè)試輸出信號(hào)進(jìn)行電平變換，同時(shí)提供待測(cè)電路板和電平變換電路所需的各種受控電源，測(cè)試控制器使用AC 220 V電源。由于測(cè)試邏輯板、輸入／輸出板需要的輸入激勵(lì)信號(hào)和測(cè)試輸出信號(hào)較多，因此設(shè)置測(cè)試控制器1用于對(duì)邏輯板、輸入／輸出板的測(cè)試，測(cè)試控制器1需要同時(shí)與2塊DAC連接。另外，設(shè)置測(cè)試控制器2用于測(cè)試其他的電路板和組件，測(cè)試控制器2需要與另外1塊DAC連接。測(cè)試控制器和有源測(cè)試插箱背板確保解決前述的兩個(gè)問(wèn)題。
安全計(jì)算機(jī)FTSM的安全電源板、輸入／輸出板、通信板及邏輯板安裝于標(biāo)準(zhǔn)的歐式插箱中，為了測(cè)試方便，在安全計(jì)算機(jī)板級(jí)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)置了同樣的測(cè)試插箱。但與安全計(jì)算機(jī)FTSM插箱不同，測(cè)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(cè)試插箱背板為只包括連接電路板、電源、測(cè)試激勵(lì)信號(hào)和測(cè)試輸出信號(hào)接插件的無(wú)源測(cè)試插箱背板，通信板的測(cè)試插箱背板為有源測(cè)試插箱背板，除接插件外還包括總線測(cè)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(cè)試控制器2連接。
需要指出，對(duì)通信板進(jìn)行測(cè)試時(shí)，測(cè)試控制器2只控制其供電電源，通信板運(yùn)行測(cè)試程序，與其有源測(cè)試插箱背板配合完成測(cè)試，測(cè)試結(jié)果通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送給上位機(jī)測(cè)試軟件。對(duì)邏輯板進(jìn)行測(cè)試時(shí)，其FPGA為測(cè)試專用版本，通過(guò)對(duì)特定的測(cè)試激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生特定的測(cè)試輸出來(lái)完成對(duì)邏輯板的板級(jí)測(cè)試。