自動測試系統(tǒng)的通用測試接口設(shè)計與實現(xiàn)

　　GPIB、VXI、PXI等總線標準的出現(xiàn)大大簡化了自動測試系統(tǒng)(ATS)的集成，系統(tǒng)構(gòu)建變成了各種儀器模塊的功能組態(tài)。然而，由于UUT復(fù)雜多樣，接口類型千變?nèi)f化，因此，設(shè)計連接UUT和測試資源的通用測試接口(TUA)則是簡化ATS集成開發(fā)，提高儀器互換性、軟件移植性和系統(tǒng)性價比的有效手段。

　　本文探討通用TUA的設(shè)計與實現(xiàn)方法。?

1通用TUA設(shè)計方案
　　通用TUA采用開關(guān)網(wǎng)絡(luò)-連接器-適配器結(jié)構(gòu)。

1.1連接器-適配器
　　通用TUA的連接器-適配器結(jié)構(gòu)如圖1所示。?

　　連接器是測試資源連接被測信號和向UUT輸出激勵的統(tǒng)一接口，是為了實現(xiàn)接口的通用性而設(shè)計的。它一面連接適配器，另一面連接測試資源，UUT測試信號和測試資源信號在這里實現(xiàn)對接。

　　適配器實現(xiàn)對UUT信號和測試資源信號的連接、變換、分配等功能。在適配器結(jié)構(gòu)中，UUT接口連接UUT測試端口，通過連接電纜、針床等接口結(jié)構(gòu)實現(xiàn)與適配器信號調(diào)理電路的連接，最后這些經(jīng)調(diào)理的信號通過統(tǒng)一的接口與連接器相連。

　　在連接器-適配器結(jié)構(gòu)中，連接器是標準的、通用的，連接部件采用商業(yè)貨架產(chǎn)品(COTS)，可以根據(jù)系統(tǒng)的需求選購、組態(tài)；適配器針對具體的UUT，是非標準的、專用的。適配器采用“黑匣子”結(jié)構(gòu)，可由設(shè)計人員根據(jù)自己的特長、愛好進行設(shè)計，只要提供的接口與連接器保持兼容就可以。

1.2開關(guān)網(wǎng)絡(luò)
　　連接器-適配器結(jié)構(gòu)與測試資源的連接有直接電纜連接、專用屏蔽線連接、矩陣開關(guān)連接和專用開關(guān)連接等多種方式。前兩種方式適用于小型系統(tǒng)和專用系統(tǒng)，后兩種方式適用于大型系統(tǒng)，通用性較強。本文設(shè)計的TUA采用了直接電纜連接和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)連接相結(jié)合的混合連接方式。測試資源是否連入開關(guān)網(wǎng)絡(luò)由資源的種類和數(shù)量決定，目的在于最大限度地擴充信號連接通道，實現(xiàn)測試資源的動態(tài)分配，節(jié)省費用，提高性價比。

　　開關(guān)網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。該結(jié)構(gòu)中采用矩陣開關(guān)對接的方式形成了環(huán)形虛線包圍的邏輯意義上的總線，進而形成開關(guān)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如把4*16、4*32和4*64型矩陣開關(guān)各自的4路信號連接在一起，就形成了任意兩路可互達的總線型開關(guān)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?？偩€的數(shù)量由系統(tǒng)測試時需要同時加載的最大信號通道數(shù)決定；總線的連接能力由矩陣開關(guān)模塊的數(shù)目決定。圖中的兩個雙向箭頭表示測試資源與連接器直接相連。?

1.3基于通用TUA的ATS結(jié)構(gòu)?

　　在通用TUA結(jié)構(gòu)中，UUT連接電纜實現(xiàn)信號的第一次分配；適配器調(diào)理電路實現(xiàn)信號的第二次分配；而連接器到測試資源通過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信號的第三次分配?；谕ㄓ?/SPAN>TUA的ATS結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中虛線框部分是由開關(guān)網(wǎng)絡(luò)、連接器和適配器構(gòu)成的通用TUA部分，它實現(xiàn)了測試資源和UUT的無縫集成。?

2TUA硬件設(shè)計
　　TUA的硬件設(shè)計包括連接器設(shè)計和適配器信號調(diào)理電路設(shè)計兩部分。

2.1連接器設(shè)計
　　為了提高TUA的通用性和可靠性，選用COTS產(chǎn)品進行連接器設(shè)計，比如可以選用歐式DIN41612C系列、DIN41612F系列和RF18GHz系列插針和插座作為連接器中低頻信號、電源信號和同軸信號的可選連接部件。圖4給出了連接部件示意圖。

　　連接器與適配器的機械接口采用類似于VXI、PXI模塊的齒輪-球鎖結(jié)構(gòu)，減小插拔力，提高可靠性，延長使用壽命。

　　連接器采用可裁減結(jié)構(gòu)。根據(jù)具體的ATS和UUT測試需求，選用連接模塊的種類和數(shù)量；連接模塊可以以單個或組的形式遞增。連接器提供給UUT標準接口，被測信號可以在上面任意分配。

2.2適配器信號調(diào)理電路設(shè)計
　　本文給出基于USB總線微控制器的設(shè)計方法。

2.2.1器件和開發(fā)系統(tǒng)的選擇
　　考慮到芯片結(jié)構(gòu)、編程語言、開發(fā)系統(tǒng)、設(shè)計靈活性和功能擴展性等因素，選用Cypress公司的EZ-USB 2100系列單片機作為微控制器芯片，選用Keil C51作為固件開發(fā)工具。

　　EZ-USB 2100單片機采用51系列內(nèi)核，兼容性較好；內(nèi)嵌USB接口引擎，縮小了設(shè)計規(guī)模；支持軟配置，省去了燒片子的麻煩；通用編程接口擴展了芯片的功能。Keil C51針對51內(nèi)核，代碼效率很高。

2.2.2基于USB總線的信號調(diào)理電路設(shè)計

　　在選定芯片和開發(fā)工具的基礎(chǔ)上，基于USB總線微控制器芯片的適配器信號調(diào)理電路設(shè)計流程如圖5。

　　硬件電路設(shè)計指在EZ-USB 2100芯片的基礎(chǔ)上設(shè)計外圍電路實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件功能框架。固件設(shè)計面向USB設(shè)備，按USB協(xié)議實現(xiàn)硬件電路的具體功能，它使用Keil C51進行編寫；設(shè)備驅(qū)動程序面向USB主機，提供測控軟件控制USB設(shè)備的接口，采用DDK進行編寫。

　　信號調(diào)理電路的供電問題可由具體的設(shè)計需求決定。若電路規(guī)模較小，可采用USB自供電方式；若規(guī)模較大，采用總線供電。?

3TUA軟件設(shè)計
　　TUA軟件設(shè)計指采用軟件的方法實現(xiàn)TUA的程控管理，包括信號轉(zhuǎn)接通道的自動管理和適配器調(diào)理電路的軟件控制兩部分。

3.1信號轉(zhuǎn)接通道的自動管理
　　信號轉(zhuǎn)接通道的自動管理是TUA完成信號轉(zhuǎn)接功能，進行測試資源動態(tài)分配的具體執(zhí)行機制。同時也是提高TUA的自動化、標準化、通用化水平，簡化測試系統(tǒng)軟件設(shè)計的有效手段。為了實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)接通道的自動管理，測控程序?qū)D(zhuǎn)接通道的控制要以控制系統(tǒng)信號端口的電氣互連關(guān)系為基本出發(fā)點。而要實現(xiàn)此目標，必須使轉(zhuǎn)接通道的控制函數(shù)與各轉(zhuǎn)接通道的電氣互連關(guān)系成為相互獨立的兩個部分。系統(tǒng)轉(zhuǎn)接通道的電氣互連信息以控制模型的形式存儲在一個文件中，通道控制函數(shù)在這個模型的基礎(chǔ)上來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)接通道的控制?；谛盘栟D(zhuǎn)接通道自動管理的ATS軟件結(jié)構(gòu)如圖6所示。

　　與普通測試軟件相比，該軟件結(jié)構(gòu)增加了三部分內(nèi)容：信號轉(zhuǎn)接通道控制模型、信號轉(zhuǎn)接通道通用控制函數(shù)和配置工具。

3.1.1信號轉(zhuǎn)接通道控制模型
　　采用.ini配置文件的形式建立信號轉(zhuǎn)接通道控制模型，采用字段的形式建立控制模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，控制模型對外提供測試資源和UUT信號端口索引。

　　該控制模型文件記錄了實現(xiàn)信號端口電氣連接(及撤銷連接)操作所需要的全部控制信息，實際上是對系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)接通道物理結(jié)構(gòu)的充分描述。另外在該文件中，還要定義接口的信號特征，以便提供錯誤信息和安全檢查。另外，該文件還要提供矩陣開關(guān)的驅(qū)動程序信息，方便控制函數(shù)調(diào)用。以下是控制模型配置文件簡要示例：?
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3.1.2信號轉(zhuǎn)接通道通用控制函數(shù)
　　信號轉(zhuǎn)接通道通用控制函數(shù)是在通道控制模型的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對信號通道控制及管理的執(zhí)行函數(shù)。為了簡化程序調(diào)用，控制函數(shù)采用標準結(jié)構(gòu)，按功能被封裝成三個，如下所示：
　　(1)Matrix-ArrayInit(Char ATEName)：初始化信號轉(zhuǎn)接通道控制模型。調(diào)用參數(shù)為當(dāng)前ATE系統(tǒng)的注冊名，該注冊名同時也是記錄系統(tǒng)轉(zhuǎn)接通道控制模型信息的配置文件名；
　　(2)Matrix-ArrayClose(char Port1Name，char Port2Name,)：連接兩個信號端口，調(diào)用參數(shù)分別為需要連接的兩個信號端口的注冊名；
　　(3)Matrix-ArrayOpen(char Port1Name，char Port2Name,)：撤銷兩個信號端口的電氣連接，調(diào)用參數(shù)分別為需要撤銷連接的兩個信號端口的注冊名?？刂坪瘮?shù)被封裝在一個DLL文件中供測控程序直接調(diào)用。

3.1.3配置工具
　　配置工具完成控制模型的可視化管理和具體UUT通道的可視化配置，是系統(tǒng)的重要工具組件。

3.2適配器調(diào)理電路的軟件控制
　　適配器調(diào)理電路的軟件控制由具體的硬件設(shè)計方法決定，如前面基于USB總線微控制器的硬件設(shè)計方法，可采用設(shè)備驅(qū)動程序控制USB總線的方法實現(xiàn)信號調(diào)理電路的軟件設(shè)計。篇幅關(guān)系，不再贅述。?

4結(jié)論
　　基于開關(guān)網(wǎng)絡(luò)-連接器-適配器結(jié)構(gòu)的TUA設(shè)計實現(xiàn)了測試資源與UUT的無縫對接，最大限度地增強了系統(tǒng)的連接能力，通用，擴展能力強，安全性好。

參考文獻

［1］顏榮江.EZ-USB 2100系列單片機原理、編程及應(yīng)用［M］.北京航空航天大學(xué)出版社，2002.
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