实时级嵌入式系统半实物仿真测试平台

1.设备组成

ETest_RT系统主要由硬件组件和软件组件两大部分构成。其中的硬件架构包括上位机和实时下位机两个组成部分，在上部设置了便携式商业计算机设备，在下部部署了PXI系列测控专用计算机设备以实现功能拓展。在上部端设置了Windows操作系统的基础架构，并配置了包括设备资源管理功能在内的多个核心应用功能；在下部则部署了装载器模块、实时进程模块以及上传器模块等功能单元；这些功能单元通过PXI接口卡实现了与其他设备的连接

ETest_RT采用了层次化的构件化分层软件开发框架，在GCC/CMake开发环境中使用C++编写底层代码；其上层集成框架基于Microsoft Visual Studio平台，并采用C#语言构建形成了图3-2所示的层级架构

使用ETest_RT平台执行装备嵌入式系统软件测试的具体步骤如下（见图3-3）

首先通过设备资源管理器规划设备资源，并借助测试设计软件创建待测系统模型以及制定相应的测试用例和数据信息

在测试调度台中导入测试方案后

依次启动运行服务器、数据中心以及数据监控器

运行服务器解析并生成相应的进程资源；随后通过实时上位机子系统进行编译和链接操作

完成上述步骤后，在实时下位机中下载生成的进程资源

在此过程中，实时下位机会动态加载实时脚本文件，并根据需求生成相应的进程；这些进程将在实验过程中与PXI总线连接的不同硬件模块与目标设备进行交互操作

当实验开始时，在完成上述配置后

在实验执行期间

实验结束时

2、各模块主要功能

（1）硬件部分

硬件系统由上位机与实时下位机构成。其中上位机部分采用便携式商业计算机作为运行平台，并通过PXI测控型计算机作为下级控制单元。通过PXI接口实现模块化连接设计的接口卡能够直接连接至测试型下位机系统中完成数据采集与处理功能。主要硬件部分的指标如下：

① PXI机箱

轻量化设计9槽PXI机箱系统
配备1个系统槽、1个触发总线专用插槽以及7个PXI/Compact PCI外设插槽
支持宽温运行环境：从-20°C至+85°C
运行噪音降至41.6分贝以下
搭配智能化温控管理方案
采用5.9公斤级轻量化铝钢结构设计
尺寸为280毫米×177毫米×303毫米
支持350瓦工业级交流电源配置
配备电源状态、环境温度及风扇运转状态LED指示灯

② PXI控制器

 采用Intel® Core™ 2 Duo架构设计的P8400处理器
 可同时兼容VGA与DVI接口实现双屏显示
 配备双通道DDR3 SODIMM内存插槽数量充足，存储容量达16GB
 系统处理数据的最大吞吐量达132 MB/s
 内置一个250GB SATA硬盘介质
 整合多种I/O接口
 配备灵活配置的看门狗定时器电路板功能

③ 1553B总线板卡

采用双通道设计（A、B通道），每通道均为冗余配置；设备支持1M、2M及4Mbps的标准波特率，并允许用户自行设置任意波特率；系统可通过软件配置实现对帧间隔与消息间隔时间的精确控制；设备具备精确的时间戳记录功能（时钟精度达到1微秒）；系统可执行自检功能（可触发自测试程序）以及错误注入测试能力；能够响应中断事件，并可被外部信号触发；在BC模式下（总线控制器），设备提供以下功能特点：框式传输模式；可根据需求设定消息间隔；允许动态插入非周期性消息；采用数据双向缓冲机制；模块化设计便于扩展性优化；系统可根据需求选择性配置BusA或BusB总线接口；在RT模式下（远程终端），设备提供以下功能特点：单数据缓冲区运行状态指示灯显示当前运行状态指示灯显示当前运行状态指示灯显示当前运行状态指示灯显示当前运行状态指示灯显示当前运行状态指示灯显示当前运行状态指示灯显示当前运行状态指示灯显示当前运行状态指示灯显示当前运行状态指示灯显示当前运行状态指示灯显示当前运行状态提示信息提示信息提示信息提示信息提示信息提示信息提示信息提示信息提示信息提示信息提示信息提示信息

④ ARINC429总线接口板卡

支持灵活设置通道数量，并能实现最高支持8发线与8收线的最大通信规模。
该模块可提供多种传输速率选择：包括100 Kbps、12.5 Kbps、50 Kbps、48 Kbps和98 Kbps。
每个信道的帧间空闲时间可通过系统参数配置为4 bits。

⑤ CAN总线板卡

 两路通信通道
 能够实现的数据传输速率为1千比特/秒至1兆比特/秒之间
 具备双向通信功能，并采用标准的CAN总线协议进行发送与接收操作
 支持遵循标准的CAN2.0A与CAN2.0B通信协议

⑥ RS232/RS485/RS422总线接口板卡

 通信端口数量：支持灵活配置至多4个通信端口
 最大数据传输速率：最高可达8Mbps
 适用通信协议：RS232/422/485（支持通过软件进行协议选择）

⑦ 模拟量输入AD

采用8通道并行采样技术进行信号采集

⑧ 模拟量输出DA

 8个模拟输出通道
 DAC模块的分辨率设置为16位
 系统支持16通道TTL/COMS数字输入输出接口，并具备输入输出配置化功能
 设备具备双通道32位计数器功能

⑨ 数字量输入/输出

支持32个通道的TTL和COMS共模数字I/O接口。
每个通道均具备光电隔离特性。
最大数据传输速率为每秒1兆比特。
每个通道可存储大容量数据量为4MB。

⑩ 上位机

 CPU: 采用Intel第6代博尔顿架构的双核处理器
 内存：运行内存容量为8GB DDR4内存
 固态硬盘：存储容量达256GB的SSD
 显示屏幕：屏幕尺寸为14英寸，分辨率为1920×1080
 独立显存：独立显存容量为2GB

（2）设计工作台

设计工作台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）测试运行服务软件

测试运行服务系统包含调度管理台、运行服务器以及数据中心等核心组件，在与客户端软件协同工作下完成自动化测试数据驱动及执行功能。系统的主要功能如下：

1. 为进程调度服务提供后台运行程序，并借助进程调度代理协助实现基于测试设计的应用程序启动及协调执行。
2. 提供仿真模型服务器后台运行程序，在模拟环境里完成数据收发解析功能。
3. 在数据中心服务器上实现集中统一的数据接收处理机制。
4. 为用例服务器提供后台运行程序以处理复杂用例文件。
5. 提供标准输入输出监控窗口程序以展示系统各组件运行状态信息。
6. 对测试脚本中的变量定义、条件判断逻辑、循环控制流程等进行相应的操作支持。
7. 实现对扩展接口的支持以完成待测系统的数据发送接收及信息解析工作。
8. 按照预设时序要求完成相关操作流程。
9. 在测试执行过程中记录所有输入数据并实时生成统计报表。
10. 提供动态终止测试用例的功能选项。
11. 完成用例执行结果展示及统计分析任务。

（4）运行客户端和数据监控器

作为连接测试执行服务器与上位机的桥梁，在实现信息传递的同时完成对客户端测试过程的管控工作，在线实时更新环境数据参数。该系统中集成的数据监控器能够通过虚拟仪表盘或图形界面展示实时测试数据信息，并支持多种显示格式切换功能；该系统由两个主要模块构成：

1. 实时子系统管理模块：负责管理实时子系统与运行态控制端之间的通信连接关系；
2. 资源提供模块：为实时子系统提供必要的运行资源支持；
   在完成测试服务软件登录后，请您注意以下几点：
3. 操作指导：呈现完整的基于测试设计软件的监控界面，并允许用户选择多个监控面板窗口进行同步观察；
4. 实时监测：在执行指定的自动化测控任务时，在线展示相应的测控参数信息，并提供包括数字仪器、仪表盘、枚举项及曲线图等多种形式的数据可视化展示方式；
5. 数据反馈：支持即时查看当前运行状态下的各项指标数值；
6. 报警提示：当检测到特定异常参数时，请及时查看满足报警条件的相关测控曲线并采取相应措施；
7. 数据查询：可灵活设置时间范围内的报文回放查询标准以及协议字段筛选条件；
8. 统计分析：可设置自定义统计区间并生成对应的统计数据表格；

（5）设备资源管理

该模块具备了对测试环境中的各种关键组件进行高效配置的能力，并且能够通过统一接口完成与外围系统的交互操作

（6）运行态执行端实时上位机

运行态执行端是保证实时性的核心模块, 包含实时上位机与实时下位机. 其形态如下图所示(虚线框表示系统的其它部分):

实时上位机包含环境管理模块、编译器模块、下载调试器模块以及数据格式化模块等。

环境管理模块负责收集所有输入的元数据，并将这些元数据用于脚本解析及数据格式化工作。其设计需遵循集成性原则，在现有已知的几类环境中进行支持：设备规划类信息、协议描述类信息、仿真模型类信息以及动作脚本类信息。

编译器根据环境管理提供的元数据生成可供下位机实时操作系统运行所需的二进制代码序列。由于主要的编码工作在设计阶段已完成，在实际应用中主要负责代码链接工作。其主要功能包括：提取测试模型并将其转化为"实时动作脚本语言"对象；执行全局优化；整合仿真模型与协议描述语言，并加入主框架以形成完整的实时程序；当系统处于调试状态时，则嵌入相应的调试信息以支持后续调试流程。

下载调试器接收并传递编译结果至下位机系统，并在系统处于调试状态时对实时动作脚本进行功能测试及问题定位分析等操作支持。其支持的主要功能包括：远程程序调用与断点设置；程序加载与挂接；手动中断点设置及变量观察功能；提供单步执行命令以逐步推进程序运行过程以实现精准故障定位目标等各项功能需求。

对上传至数据中心的数据执行格式化处理以便于后续的数据存储与传输需求满足相关业务流程的实际运用需求

（7）运行态执行端实时下位机

运行态执行端 realtime 下置机构由装载装置 实时过程装置和上传装置等单元构成

下置机构装载装置 负责从 upper 机构接收程式 并在设定完成之后 启动程式

该装置能够接收 upper 机构指令 并根据需求通知程式退出

当系统进入调试模式时 在必要时刻向 upper 机构提供 debug 工具进行连接

由装载装置启动生成

该单元负责执行相应的 realtime 测试动作

主框架固定

（8）辅助工具

工具软件提供了嵌入式系统测试环境下的常用软件工具，并将其功能划分为若干模块进行介绍：

1. 曲线数据生成模块：支持曲线数据的编辑操作、坐标选择、数据读取与存储等功能，并与测试执行软件协同工作以实现测试数据的自动化生成。
2. 数据记录与分析模块：在测试运行过程中完成相关数据的实时记录，并提供查看与分析功能；包括协议选择、数据过滤、报警条件设置等功能以支持后续的数据处理与验证工作。
3. 应用协议编辑模块：提供协议表格化编辑功能，在此基础上允许用户设置协议的具体字段组成、字段类型以及默认取值等细节信息。
4. CRC插件管理模块：具备自定义设计能力，并支持对CRC校验算法的设计与验证；最终能够生成符合协议描述语言要求的CRC字段算法插件。