飞机座舱显控系统的半实物仿真系统ETest

设备组成

Etest_CPS系统的核心是由硬件组件和软件组件共同构成。硬件组件主要包括PCI机箱、PCI控制器以及多种PCI接口适配器。软件组件则包括多个功能模块和辅助工具：其中功能模块包括测试设计软件模块、测试执行服务软件模块、测试执行客户端软件模块等；而辅助工具则涉及曲线数据生成、CRC插件生成与诊断、测试数据记录与查看等功能，并提供应用协议生成工具及模板管理功能，并支持自动化测试报告的编写。

各模块主要功能

（1）硬件部分

Etest硬件部分遵循标准机柜架构。该系统配置了PCI工业控制计算机。各类接口模块采用了PCI总线接口卡。其主要硬件参数如下：

① 机箱

官方标准19" 4U高桌面机箱
配备PCI板卡接口及共10个标准插槽
配备直流风机与一字型风道特别设计的通风槽
配备四个80×80×25毫米（mm）尺寸的12伏特风扇

②控制器

芯片组：由Intel提供的GM45处理器与ICH9M控制器搭配
内存：支持8GB DDR3 1066MHz内存扩展
硬盘：提供500GB可拆卸式硬盘更换选择

③ARINC429模块

该设备提供一对二的通道配置方案，在数据传输能力上具有较高的灵活性与适应性；可兼容100千比特/秒、50千比特/秒、48千比特以及12.5千比特每字节等多种标准波特率设置；采用先进先出（FIFO）与定时调度（Schedule）两种不同的发送策略；采用序列数据输入（SDI）与标签式数据筛选（Label）两种独立的数据接收过滤机制；配备时间戳记录功能；同时能够响应内部中断事件与外部触发信号

④1553B模块

严格遵循MIL-STD-1553B协议

⑤ RS232/422/485串口模块

通讯协议：支持异步配置的RS232、RS422和RS485通信协议
通道数：每种通信接口最多支持8个通信通道
波特率：可定制设置至最高8Mbps
数据传输参数：包括数据位长度、停止位和校验位均提供软件配置选项
数据接收模式：支持协议接收和无额外开销的透明数据接收两种模式
协议接收功能：在协议接收模式下，允许指定接收到的数据帧标识
透明数据接收功能：在透明数据接收模式下，可以选择性地过滤部分数据包以减少干扰
队列管理功能：提供通过FIFO空闲或满载状态指示器判断队列状态的能力
存储容量：总存储容量达到32M字节
发送队列配置：每通道分配的发送队列大小不超过2K字节
中断处理能力：系统具备完整的中断处理功能

⑥ CAN模块

支持与之兼容的协议包括CAN2.0A和CAN2.0B，并且能够处理标准帧以及扩展帧。
通道数量设置为4。
该设备具备双向传输功能，并且能够进行数据发送（即进行 CAN 发送）和数据接收（即执行 CAN 接收）操作。
具备精确的时间戳功能，并能以微秒级精度记录事件时间。
具备 DC 2500V 电压下的电气隔离保护功能。
该设备能够处理两种不同的数据帧格式：标准数据帧以及远程数据帧格式。
可编程的波特率设置范围覆盖了从 5 千比特每秒到 1 兆比特每秒的区间。

⑦ AD模块

采用单端与差分输入模式分别配置64通道和32通道；支持单通道采样率高达每秒一百万次（MSPS）；可选输入范围包括±10伏至±40伏以及±10伏；ADC分辨率设定为十六位精度；量程设置可通过外部控制实现；每个通道配置一个32千字节（KByte）的队列缓冲区；外设触发功能已实现集成。

⑧ DA模块

64个通道的输出
DAC分辨率采用十六位数字编码
该设备的供电电压范围为正负十伏特
其测量精度达到千分之二的比例尺范围
设备的最大负载电阻值设定在十欧姆
每个通道的最大驱动电流允许达到十毫安

⑨ 光隔离离散量I/O模块

该设备具备64通道的光隔离离散量输入输出能力

（2）测试设计软件模块

测试设计软件模块对待测系统及其对外接口进行建模，进行协议编辑及分析、创建测试监控、建立硬件规划、创建及管理测试用例，确定测试要准备的接口设备数量。其主要功能包括：
 进行测试方案管理，针对测试方案的操作有：新建方案、打开方案、保存方案。
 每个测试方案中，可以包含一个到多个测试项目，多个测试项目的存在使得每个测试方案可以完成多个测试项目的设计，便于开展多个配置项到系统的集成测试。
 测试项目有新建、重命名、删除和查看属性的操作。
 用图形化的方式对被测系统、外围系统及被测系统对外接口进行描述，包括接口数量和接口类型，包括RS422、1553B、CAN、AD、DA、DI、DO、CT、Freq-CT、TCP等类型；能够设定接口参数。
 创建接口协议，并使用协议描述语言进行协议描述，包括报文包头、包尾、校验等，描述各个字段类型及编码方式，以及分支、循环等结构。
 为了适应各种数据通信的需要，协议字段具有丰富的类型，包括：整形（无符号和有符号，8位/16位/32位/自定义长度）、浮点型、布尔类型、条件语句类型、分支语句类型、计算字段、校验字段、数组字段。
 创建测试监控，描述实时数据监控的监控内容和显示形式，并可设定报警条件。
 用户可以在测试监控模块添加测试监控并在监控面板上添加数据监控仪器，通过不同的类型监控仪器绑定协议字段或者字段按照某种公式运算的结果，从而在运行时通过监控仪器指针或数值的改变直观地显示出测试通讯时数据的变化。
 测试监控工具栏管理所有的测试监控仪表，包括数字表仪器，圆盘仪表，曲线图，枚举类型等。选择合适的监控仪表，将其拖拽到监控面板的合适的位置，即可添加该监控仪表到监控面板上。用鼠标拖拽监控仪表的边缘，即可调整其大小。
 打开“属性”标签页，可以修改测试仪表的属性。其中最重要的属性是“协议段”属性，表明了该监控仪表的数据来源。
 通过“协议段”属性右侧的展开按钮，可以打开“绑定数据协议”对话框，其中显示当前项目中的仿真模型中的所有的协议和协议段。
 测试仪表的数据源，既可以是一个协议字段，也可以是若干个协议字段组成的公式。
 在“绑定数据协议”对话框下部的输入框中输入协议字段，或协议字段组成的公式。双击需要的字段名称，可以添加该字段名称到自定义公式的光标所在位置。
 创建测试硬件规划，确定测试需要使用的接口板卡设备，以及接口板卡设备对应的资源。
 创建测试用例，并提供测试用例的管理方式，包括分组、删除、重命名等。
 创建测试用例的内容，包括使用测试脚本描述测试的过程，包括变量定义、条件语句、循环语句、输出语句、数学运算、函数定义等。
 提供测试脚本的扩展接口，能够实现向待测件的数据交互和数据自动解析，将比特流解析成具有意义的用户数据。
 提供时序控制的方式，能够按照一定的时序进行规定的操作。
 提供运行环境设置方式，设置测试运行期间的仿真模型服务器、数据中心服务器、测试执行服务器和客户端的IP地址和端口号。
 提供对标准输入输出监控进行配置的功能，确定标准输入输出监控的类别配置。
 提供测试脚本执行方式，能够运行用户选择的测试脚本；用户能够选择终止脚本运行。
 能够查看输出信息及错误信息。

（3）测试执行服务软件模块

测试执行软件模块构成自动化测试执行软件的核心功能，并与客户端协同工作以处理测试数据。其主要实现功能如下：

1. 提供进程调度服务：通过后台运行的服务程序，在进程调度代理协助下，在PCI控制器上启动测试执行、客户端及服务器进程，并协调各环节运行逻辑。
2. 仿真模型服务：后台运行的服务程序能够解析预先建立的仿真模型，在模拟环境中完成数据收发解析工作。
3. 数据中心管理：后台运行的服务程序负责集中处理数据中心中的收发数据流，在用例执行过程中确保数据监控的分布式实现。
4. 测试用例管理：通过后台运行的服务程序解析并处理测试用例文件中的各项指令操作。
5. 监控调试展示：提供用户界面窗口以显示各核心组件在运行过程中的详细信息。
6. 解析测试脚本：能够识别并处理变量定义、条件判断、循环结构等语法要素，并相应地进行操作。
7. 接口通信功能：支持与待测系统进行数据发送接收及信息解析的操作。
8. 时序控制处理：按照指定的时间序列对整个测试流程进行精确控制。
9. 数据注入接收：向客户端提供实时的数据包输入，并接收客户端发送的相关数据包。
10. 测试暂停控制：根据用户指令实现对当前待测用例的临时终止操作。
11. 结果记录展示：完成全部操作后系统自动生成并显示测试结果记录表单。

（4）测试执行客户进程及数据监控模块

该模块在PCI控制器上运行，并负责测试执行客户进程以及数据监控的任务。具体而言：

• 首先具备设备驱动能力。
• 两个方面均在PCI控制器上运行：一个是负责测试执行客户进程的功能实现；另一个是通过内存机制交换数据。
• 采用预先配置好的通信参数进行通信。
• 支持便捷的硬件板卡扩展方案。
• 能够接收来自两个方向的数据注入包，并根据需求进行相应的处理。
• 可以接收来自被测件发送的数据输出包，并完成相应的转发操作。
• 在登录系统后即可展示全部设计界面，并允许选择特定面板进行监控操作。
• 在实际操作过程中可实时查看指定的数据信息。
• 提供多种显示方式：解析后的协议数据格式、二进制、八进制以及十六进制形式均可显示。
• 可以设置过滤条件并展示对应的数据信息。
• 当检测到特定特性时能够触发报警并列出相关数据。
• 提供查询功能：既能查询报文也能查询协议字段的数据信息。
• 还能对采集到的数据进行统计分析并生成曲线图

（5）设备资源管理软件模块

该模块具备完善的系统化支持功能来管理测试环境中的硬件配置和通信连接，并为系统的扩展性设计提供了便捷接口。其核心功能包括：
• 实施对系统的硬件配置进行新增或移除操作。
• 调整系统级硬件配置的基本参数设置。
• 安排或取消各硬件端子之间的通信连接关系。
• 动态调整各端子间通信连接的基本参数设置。
• 记录到资源文件以供后续测试设计调用。

（6）辅助工具

工具软件提供了嵌入式系统测试中部分常用的软件工具，并将其功能划分为多个软件模块：

1. 曲线型数据生成工具；
   该工具具备曲线型数据生成、编辑及管理等功能，并通过与测试执行软件协同工作的方式实现精准的数据生成需求。
2. 应用协议接口调试助手；
   该调试助手基于串口(RS232/422/485)接口设计而成，并支持接口配置、数据收发操作及协议解析功能。其特色在于接收数据时自动解析为上层应用量，并在发送端自动生成符合协议的数据包格式。
3. 测试数据分析记录工具；
   该工具可实时捕获并存储测试运行中的各种数据信息，在测试任务完成后提供全面的数据检索与分析功能包括协议选择、过滤条件设置等实用功能模块。
4. 应用协议编辑器；
   该编辑器采用表格化界面设计，并支持协议字段组成、类型及默认值等关键参数的动态配置实现灵活的应用协议定制需求。
5. 协议模板管理系统；
   该系统允许用户创建并管理标准化的应用协议模板实现快速协议复用功能包括模板库维护、批量导入与导出等功能模块设计充分考虑了系统的扩展性需求。
6. CRC校验插件开发辅助系统；
   该系统集成了CRC校验算法的设计与验证功能并提供了自定义算法开发与正确性检验能力最终输出符合协议描述语言规范的CRC字段插件代码内容丰富且易于集成到现有系统架构中使用效果显著提升开发效率和产品质量保障措施到位。