??? 為了保證航天設(shè)備在實(shí)際使用過程中的高可靠性，在航天產(chǎn)品生產(chǎn)成型后，都要經(jīng)過嚴(yán)密的測(cè)試。在測(cè)試過程中，通過使用測(cè)試設(shè)備搭建測(cè)試環(huán)境，來衡量航天產(chǎn)品的功能和性能是否達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)。如果沒有高性能的測(cè)試設(shè)備以及齊全的測(cè)試軟件的支持，就無法完成這一測(cè)試工作。
?? ?近年來，隨著我國(guó)航天事業(yè)的突飛猛進(jìn)，新型號(hào)的航天產(chǎn)品層出不窮。對(duì)航天產(chǎn)品的性能要求越來越高的同時(shí)，對(duì)測(cè)試設(shè)備的精度、性能和可靠性等要求也越來越高。隨著計(jì)算機(jī)產(chǎn)品性能的增強(qiáng)，只要能夠合理地搭建軟件系統(tǒng)，選擇合適的軟件結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以工控機(jī)為核心的測(cè)試設(shè)備的性能完全可以滿足航天設(shè)備的高精度測(cè)試要求。
?? ?北京康拓工業(yè)電腦公司生產(chǎn)的KT8000系列自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式技術(shù)以及各種軟件技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的。平臺(tái)采用大量成熟通用的工業(yè)控制軟、硬件技術(shù)，包括信號(hào)匹配、被測(cè)對(duì)象模擬器、仿真算法、實(shí)驗(yàn)調(diào)度與管理、圖形顯示與分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理等六大部分，具有實(shí)時(shí)性、通用性、模塊化的特點(diǎn)，支持長(zhǎng)時(shí)間、高速度、高精度的連續(xù)測(cè)試。
??????????????????????????????????????????? KT8000概述
??? KT8000系列自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的主要模塊分為測(cè)試計(jì)算機(jī)、調(diào)度計(jì)算機(jī)、客戶端顯示計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器等。測(cè)試計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)采集、仿真運(yùn)算、數(shù)據(jù)輸出等功能；調(diào)度計(jì)算機(jī)完成對(duì)測(cè)試計(jì)算機(jī)上運(yùn)行任務(wù)的控制功能；客戶端顯示計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)的圖形化顯示功能；數(shù)據(jù)服務(wù)器完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。KT8000系列自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
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?????????????????????????????????????? KT8000系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)劃分
??? 在航天產(chǎn)品的測(cè)試過程中，網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量非常大，如果所有的數(shù)據(jù)都經(jīng)由以一個(gè)交換機(jī)為核心的星形網(wǎng)絡(luò)，則有可能造成數(shù)據(jù)的阻塞。將測(cè)試網(wǎng)絡(luò)劃分為測(cè)試網(wǎng)和管理網(wǎng)，可以有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)的分流，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院托省?BR>?? ?通過以太網(wǎng)，將整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)劃分為三部分。前臺(tái)測(cè)試網(wǎng)連接了測(cè)試機(jī)、調(diào)度機(jī)和數(shù)據(jù)服務(wù)器，主要傳送實(shí)時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)；后臺(tái)管理網(wǎng)連接了客戶端、數(shù)據(jù)服務(wù)器，主要進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的傳送；總控網(wǎng)提供了與外部控制網(wǎng)絡(luò)連接的手段，主要傳送外系統(tǒng)指令，在必要時(shí)可以與外系統(tǒng)搭建在一起進(jìn)行聯(lián)試。
???????????????????????????????????? KT8000系統(tǒng)的測(cè)試主機(jī)
????????????????????????????????????? 測(cè)試主機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)
?? ?測(cè)試機(jī)是信號(hào)采集、數(shù)據(jù)采集、仿真運(yùn)算的核心單元，對(duì)可靠性和穩(wěn)定性要求很高。測(cè)試機(jī)采用自主研發(fā)的工業(yè)控制機(jī)，工控機(jī)采用后插針結(jié)構(gòu)，保證了在搬運(yùn)、振動(dòng)后，測(cè)試機(jī)各板卡信號(hào)仍能與母板可靠連接。測(cè)試機(jī)采用具有X86架構(gòu)的CPU板，并具有低功耗，無風(fēng)扇的特點(diǎn)，使測(cè)試機(jī)滿足了熱設(shè)計(jì)要求，保證了整個(gè)系統(tǒng)可以長(zhǎng)期、滿負(fù)荷、可靠運(yùn)行。
?? ?測(cè)試機(jī)I/O信號(hào)板卡采用了自主研發(fā)的通用工業(yè)高精度I/O板，保證了技術(shù)的成熟性，提高了板卡的可靠性，滿足了整個(gè)測(cè)試機(jī)通用化、模塊化、低成本的要求。測(cè)試機(jī)配備有專用調(diào)理箱，內(nèi)部有各種專用調(diào)理板卡，負(fù)責(zé)連接各種星上信號(hào)，完成了星上非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換。調(diào)理箱和調(diào)理板具有極好的隔離特性，使測(cè)試設(shè)備與星上設(shè)備完全隔離開，從而保證了星上設(shè)備的絕對(duì)安全。
????????????????????????????????????? 測(cè)試主機(jī)的軟件結(jié)構(gòu)
??? 在航天產(chǎn)品的測(cè)試過程中，測(cè)試主機(jī)首先要保證實(shí)時(shí)性和可靠性。使用德國(guó)科維公司的KW軟件可以很好地滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和快速開發(fā)的要求。KW軟件的核心軟件包括編程系統(tǒng)（MultiProg）和控制引擎（ProConOS）。ProConOS在保證實(shí)時(shí)性的前提下，提供了最小為1 ms的時(shí)間顆粒度。作為核心測(cè)試單元的測(cè)試機(jī)軟件結(jié)構(gòu)如圖2。
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?? ?在測(cè)試機(jī)上運(yùn)行ProConOS調(diào)度內(nèi)核，在任務(wù)開發(fā)計(jì)算機(jī)上，通過MultiProg編程環(huán)境可以快速開發(fā)出測(cè)試任務(wù)，并通過以太網(wǎng)下載到核心測(cè)試機(jī)上，依托ProConOS進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行。
???????????????????????????????????????? 測(cè)試任務(wù)的開發(fā)
??? MultiProg是符合IEC-61131的編程環(huán)境，支持所有5種IEC-61131-3的編程語言。通過功能塊圖的方式可以方便地將仿真算法進(jìn)行封裝。MultiProg的開發(fā)環(huán)境如圖3。
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圖3 MultiProg的開發(fā)環(huán)境
????????????????????????????????????????? 測(cè)試任務(wù)的調(diào)試
??? MultiProg支持全面的調(diào)試功能，例如：變量狀態(tài)、用能量流表示的地址狀態(tài)、聯(lián)機(jī)修改、強(qiáng)制/覆蓋變量、斷點(diǎn)、單步、跟蹤，以及用邏輯分析器記錄變量值。這種方式保證了任何時(shí)候都可以得到控制過程的一個(gè)清楚的總覽。變量可以通過其上下文菜單方便地插入到邏輯分析器和監(jiān)視窗口，因此可直接用于進(jìn)一步的處理，如：導(dǎo)入或?qū)С雠浞揭约斑壿嫹治銎髦械臄?shù)據(jù)。由系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)一個(gè)PLC仿真程序，即可測(cè)試所產(chǎn)生的程序。
??????????????????????????????????????測(cè)試任務(wù)的運(yùn)行環(huán)境
?? ?通過MultiProg編寫的測(cè)試任務(wù)在編譯后，下裝到測(cè)試機(jī)的ProConOS上運(yùn)行。ProConOS IEC-61131 PLC控制引擎基于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的多任務(wù)操作系統(tǒng)，支持搶占式多任務(wù)調(diào)度。它通過內(nèi)置的專用于不同CPU平臺(tái)的代碼生成模塊，保證了最短的執(zhí)行時(shí)間。經(jīng)過優(yōu)化編譯的本地代碼，使得IEC應(yīng)用程序可以具有納秒級(jí)的運(yùn)行效率。而且，16個(gè)優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)能夠保證搶占式多任務(wù)調(diào)度的框架里總有足夠的時(shí)間來處理控制系統(tǒng)與編程系統(tǒng)、OPC服務(wù)器以及調(diào)試等方面的通信。
??????????????????????????????????? KT8000其他的測(cè)試單元
??? 在測(cè)試過程中，測(cè)試的數(shù)據(jù)要能夠及時(shí)地進(jìn)行存儲(chǔ)，測(cè)試人員所關(guān)心的數(shù)據(jù)要能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行顯示，在必要情況下，測(cè)試人員還需要及時(shí)控制測(cè)試的流程。為了滿足這兩個(gè)重要的功能，需要?jiǎng)澐殖稣{(diào)度模塊、數(shù)據(jù)服務(wù)模塊和客戶端顯示模塊。
???????????????????????????????????????? 調(diào)度計(jì)算機(jī)
??? 在測(cè)試過程中，為了準(zhǔn)確地控制測(cè)試流程，需要提供一個(gè)對(duì)在線運(yùn)行任務(wù)進(jìn)行控制的接口。測(cè)試機(jī)上運(yùn)行的ProConOS對(duì)任務(wù)變量提供了OPC Server接口，可以通過這個(gè)接口來進(jìn)行任務(wù)變量的讀寫，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)試流程的控制。
?? ?調(diào)度計(jì)算機(jī)解決了在運(yùn)行過程中使用MultiProg進(jìn)行任務(wù)控制所存在的不直觀的問題。通過將任務(wù)變量轉(zhuǎn)譯成實(shí)際的控制名稱，測(cè)試人員可以直觀地進(jìn)行測(cè)試任務(wù)的控制。
????????????????????????????????????????? 數(shù)據(jù)服務(wù)器
?? ?數(shù)據(jù)服務(wù)器介于測(cè)試網(wǎng)和管理網(wǎng)之間，使用雙網(wǎng)卡。主要滿足大量數(shù)據(jù)快速存儲(chǔ)和查詢的要求。測(cè)試設(shè)備的數(shù)據(jù)量的特點(diǎn)是每包數(shù)據(jù)大小不會(huì)很大，但是由于測(cè)試周期很小，最小會(huì)達(dá)到幾毫秒，所以測(cè)試數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)會(huì)非常頻繁。一般的商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)在頻繁入庫(kù)上的性能都差強(qiáng)人意。
?? ?為了解決這個(gè)問題，就需要在數(shù)據(jù)服務(wù)器上進(jìn)行數(shù)據(jù)的緩存，以一定周期或一定數(shù)據(jù)量分批次地進(jìn)行入庫(kù)保存。這樣就能夠極大地提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的性能，避免因?yàn)閿?shù)據(jù)存儲(chǔ)造成測(cè)試系統(tǒng)的瓶頸。
????????????????????????????????????????? 客戶端顯示計(jì)算機(jī)
?? ?客戶端顯示計(jì)算機(jī)要能夠及時(shí)地以表格或圖像形式顯示測(cè)試過程中產(chǎn)生的重要數(shù)據(jù)。一般是以數(shù)據(jù)表格或動(dòng)態(tài)曲線的方式進(jìn)行顯示。在滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示的同時(shí)，也要能夠?qū)σ呀?jīng)存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行回放顯示。
??? KT8000系列測(cè)試平臺(tái)是為了滿足高可靠性、高實(shí)時(shí)性和高擴(kuò)展性而設(shè)計(jì)的，在航天測(cè)控領(lǐng)域得到很好的應(yīng)用。測(cè)試主機(jī)以工控機(jī)為核心，配套使用符合IEC-61131的編程開發(fā)環(huán)境，在保證實(shí)時(shí)性和可靠性的同時(shí)兼顧了編程環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)化。整個(gè)系統(tǒng)通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的高速傳輸，保證了數(shù)據(jù)的吞吐量和可擴(kuò)展性。通過測(cè)試流程的人機(jī)控制界面，可以方便地進(jìn)行測(cè)試流程的控制。在滿足數(shù)據(jù)高速存儲(chǔ)的同時(shí)，可以實(shí)時(shí)地以表格、圖表等方式查看在線和離線數(shù)據(jù)。
?? ?KT8000系列測(cè)試平臺(tái)在航天測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用，只是其廣闊應(yīng)用的一部分。隨著KT8000系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的進(jìn)一步完善和推廣，該平臺(tái)在其他工業(yè)生產(chǎn)的測(cè)控領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景，并將發(fā)揮越來越大的作用。