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)試輸出來完成對(duì)邏輯板的板級(jí)測(cè)試,。
1．2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    測(cè)試控制器1的原理框圖如2所示,，對(duì)應(yīng)于輸入／輸出板測(cè)試，主要包括電源控制,、按鈕輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換,、動(dòng)態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換,、輸出通道激勵(lì)信號(hào)轉(zhuǎn)換,、輸入通道測(cè)試反饋、輸出通道測(cè)試反饋等模塊,。對(duì)應(yīng)于邏輯板測(cè)試,，主要包括電源控制、測(cè)試激勵(lì)信號(hào)轉(zhuǎn)換,、測(cè)試反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換和雙向數(shù)據(jù)信號(hào)防護(hù)等模塊,。

    雙向數(shù)據(jù)信號(hào)防護(hù)模塊的原理框圖如圖3所示。邏輯板為ISA總線從設(shè)備,，ISA總線的8位數(shù)據(jù)總線為雙向總線,，其讀、寫信號(hào)不能同時(shí)為低,。而對(duì)于數(shù)據(jù)采集卡而言,，其輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)只能分開設(shè)置，因此設(shè)置該模塊完成讀,、寫信號(hào)同時(shí)為低保護(hù)邏輯,。當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡輸出的讀、寫信號(hào)同時(shí)為低時(shí),，該單元輸出的ISA總線讀信號(hào)強(qiáng)制為高,，只要讀、寫信號(hào)不同時(shí)為低,，該單元輸出的ISA總線讀信號(hào)為直通邏輯,。同時(shí)通過設(shè)置輸入緩沖和輸出緩沖單元，8位測(cè)試激勵(lì)數(shù)據(jù)只有在該單元輸出的ISA總線讀信號(hào)為低時(shí)由輸入緩沖單元輸出到ISA總線上,，否則輸出緩沖單元將其輸出置成三態(tài)而不影響對(duì)寫信號(hào)的測(cè)試,。

    測(cè)試控制器2的原理框圖如圖4所示，對(duì)應(yīng)于3U組件測(cè)試,，主要包括電源控制,、輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換,、輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換等模塊。對(duì)應(yīng)于AC 220 V-DC 12 V電源組件和通信板測(cè)試,，主要包括電源控制模塊,。對(duì)應(yīng)于安全電源板和繼電器組件測(cè)試，主要包括電源控制,、輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換等模塊,。

    需要指出的是DAC輸入、輸出信號(hào)(即測(cè)試激勵(lì)信號(hào),、測(cè)試輸出信號(hào),，TTL／CMOS電平信號(hào))首先需要進(jìn)行電平緩沖，其電源優(yōu)選來自于數(shù)據(jù)采集卡輸出電源,。該電路也可用于測(cè)試控制器和待測(cè)電路板之間的電平緩沖,。
    電源控制電路包括AC-DC電源、電子開關(guān)和電源保護(hù)等功能單元,。AC-DC電源單元提供測(cè)試控制器,、測(cè)試插箱背板和待測(cè)電路板的工作電源。電子開關(guān)單元負(fù)責(zé)控制上述工作電源的導(dǎo)通與斷開,。電源保護(hù)單元用于當(dāng)測(cè)試插箱背板和待測(cè)電路板出現(xiàn)故障而導(dǎo)致過壓,、過流、過熱等異常情況時(shí),，保護(hù)AC-DC電源,、電子開關(guān)免于損害。
    測(cè)試激勵(lì)信號(hào)控制單元包括光電隔離子單元以及電平緩沖與變換子單元,，其電源為所述電源控制單元提供的受控電源,。
    測(cè)試輸出信號(hào)控制電路包括光電隔離和光電隔離驅(qū)動(dòng)模塊。光電隔離模塊使用光電耦合器或光電繼電器實(shí)現(xiàn),，用于數(shù)據(jù)采集卡及其輸出緩沖與測(cè)試控制器之間的隔離控制,。通過調(diào)整光電隔離驅(qū)動(dòng)模塊路參數(shù)來適應(yīng)不同電平的輸出信號(hào)。
1．3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)
    測(cè)試軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示,，測(cè)試軟件采用可視化操作界面,，操作者只需選擇所要測(cè)的板卡，然后開始一系列的測(cè)試內(nèi)容,，顯示測(cè)試結(jié)果,，同時(shí)具備數(shù)據(jù)記錄功能，將需要記錄的測(cè)試結(jié)果保存,。

    數(shù)據(jù)采集卡及電路板選擇界面部分：根據(jù)測(cè)試需要選擇相應(yīng)的測(cè)試數(shù)據(jù)采集卡以及測(cè)試電路板或組件選擇,，從而打開相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)簽。
    測(cè)試案例選擇及操作界面部分：不同的電路板或組件測(cè)試對(duì)應(yīng)不同的案例選擇及操作,，如輸入／輸出板測(cè)試分為輸入測(cè)試及輸出測(cè)試,，如圖6所示,，3U組件測(cè)試分為按鈕測(cè)試及指示燈測(cè)試，并且在相應(yīng)的測(cè)試中設(shè)計(jì)人工參與的部分對(duì)應(yīng)有測(cè)試人員操作界面,。

    測(cè)試界面部分：包含運(yùn)行狀態(tài)顯示,，如3U面板的指示燈動(dòng)態(tài)顯示；測(cè)試狀態(tài)動(dòng)態(tài)顯示測(cè)試結(jié)果,，輸入／輸出板的測(cè)試界面顯示如圖7所示,；產(chǎn)品序列號(hào)輸入界面，保存測(cè)試結(jié)果,。

2 結(jié)語
    該測(cè)試系統(tǒng)已成功應(yīng)用于實(shí)際工程項(xiàng)目中的安全計(jì)算機(jī)的研發(fā)和定型生產(chǎn)過程,，通過使用該系統(tǒng)，準(zhǔn)確,、高效地測(cè)試了安全計(jì)算機(jī)FTSM的各種電路板和組件,。在測(cè)試過程中成功發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)問題及產(chǎn)品生產(chǎn)、加工問題,，比如在邏輯板測(cè)試中,，測(cè)試結(jié)果中出現(xiàn)兩對(duì)測(cè)試端口出現(xiàn)交叉錯(cuò)誤,，從而成功發(fā)現(xiàn)原理設(shè)計(jì)圖中端口命名的錯(cuò)誤,，為修正電路設(shè)計(jì)提供依據(jù)。該測(cè)試系統(tǒng)不僅能夠幫助研發(fā)人員更好地開展研發(fā)工作,，也能進(jìn)行工廠測(cè)試和出廠檢驗(yàn),，同時(shí)能提供給用戶進(jìn)行日常維修測(cè)試之用，也能供其他控制系統(tǒng)借鑒,，具有很廣泛的實(shí)際意義,。