摘要：針對鐵路安全計算機(jī)，根據(jù)板級測試的基本原則，結(jié)合計算機(jī)輔助測試技術(shù)，構(gòu)建安全計算機(jī)板級測試平臺，解決了電源可靠受控，測試激勵信號控制的問題，根據(jù)主要的板級軟件測試流程，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了綜合板級測試系統(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)對多類型板級測試的目的，并且有效檢測出電路設(shè)計中的錯誤，大大提高了產(chǎn)品出廠的測試效率。
關(guān)鍵詞：安全計算機(jī)；板級測試；計算機(jī)輔助測試；測試系統(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)庫存儲單元(DSU)采用了基于2取2乘2結(jié)構(gòu)的安全計算機(jī)。2乘2結(jié)構(gòu)安全計算機(jī)通過硬件的容錯、安全結(jié)構(gòu)設(shè)計和與其配合的平臺軟件來實(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)容錯和安全管理單元(FTSM)等組成部分。FTSM是安全計算機(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。
    對電子設(shè)備而言，測試是其系統(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)營過程中維護(hù)的重要手段。在各種測試中，板級測試是最基本的，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，如果不對電路板和組件進(jìn)行完善的板級測試，而僅靠整機(jī)測試則不可能發(fā)現(xiàn)所有的設(shè)計、加工、生產(chǎn)等過程所產(chǎn)生的缺陷。
    實(shí)現(xiàn)安全計算機(jī)的板級測試主要是針對FTSM進(jìn)行。邏輯板、輸入輸出板和通信板電路復(fù)雜，宜采用計算機(jī)全自動測試。而安全電源板、3U組件、繼電器組件、AC 220 V-DC 12 V電源組件相對簡單，且需要測試電壓、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算機(jī)輔助半自動測試。

1 安全計算機(jī)板級測試系統(tǒng)設(shè)計
1．1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
    板級測試可能用于研發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)營維護(hù)等過程，安全計算機(jī)板級測試系統(tǒng)(以下簡稱該系統(tǒng))需要解決兩個主要問題：
    (1)只有測試時才向待測電路板或組件提供受控電源，插拔待測電路板或組件之前能夠停止向待測電路板供電，以準(zhǔn)確對上電時刻的待測電路板或組件進(jìn)行測試，并消除帶電插拔可能對測試結(jié)果造成的影響。
    (2)只有測試時才向待測電路板或組件提供測試激勵信號，插拔待測電路板或組件時不向待測電路板輸出測試激勵信號；同時也要確保測試輸出信號的采集不會對待測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)行基于高級語言開發(fā)的測試軟件。

    測試控制器與DAC連接，主要完成測試待測電路板所需的測試激勵信號和對測試輸出信號進(jìn)行電平變換，同時提供待測電路板和電平變換電路所需的各種受控電源，測試控制器使用AC 220 V電源。由于測試邏輯板、輸入／輸出板需要的輸入激勵信號和測試輸出信號較多，因此設(shè)置測試控制器1用于對邏輯板、輸入／輸出板的測試，測試控制器1需要同時與2塊DAC連接。另外，設(shè)置測試控制器2用于測試其他的電路板和組件，測試控制器2需要與另外1塊DAC連接。測試控制器和有源測試插箱背板確保解決前述的兩個問題。
    安全計算機(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，為了測試方便，在安全計算機(jī)板級測試系統(tǒng)設(shè)置了同樣的測試插箱。但與安全計算機(jī)FTSM插箱不同，測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、邏輯板的測試插箱背板為只包括連接電路板、電源、測試激勵信號和測試輸出信號接插件的無源測試插箱背板，通信板的測試插箱背板為有源測試插箱背板，除接插件外還包括總線測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試控制器2連接。
    需要指出，對通信板進(jìn)行測試時，測試控制器2只控制其供電電源，通信板運(yùn)行測試程序，與其有源測試插箱背板配合完成測試，測試結(jié)果通過以太網(wǎng)發(fā)送給上位機(jī)測試軟件。對邏輯板進(jìn)行測試時，其FPGA為測試專用版本，通過對特定的測試激勵信號產(chǎn)生特定的測試輸出來完成對邏輯板的板級測試。
1．2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
    測試控制器1的原理框圖如2所示，對應(yīng)于輸入／輸出板測試，主要包括電源控制、按鈕輸入信號轉(zhuǎn)換、動態(tài)信號轉(zhuǎn)換、輸出通道激勵信號轉(zhuǎn)換、輸入通道測試反饋、輸出通道測試反饋等模塊。對應(yīng)于邏輯板測試，主要包括電源控制、測試激勵信號轉(zhuǎn)換、測試反饋信號轉(zhuǎn)換和雙向數(shù)據(jù)信號防護(hù)等模塊。

    雙向數(shù)據(jù)信號防護(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、寫信號不能同時為低。而對于數(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、寫信號同時為低保護(hù)邏輯。當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡輸出的讀、寫信號同時為低時，該單元輸出的ISA總線讀信號強(qiáng)制為高，只要讀、寫信號不同時為低，該單元輸出的ISA總線讀信號為直通邏輯。同時通過設(shè)置輸入緩沖和輸出緩沖單元，8位測試激勵數(shù)據(jù)只有在該單元輸出的ISA總線讀信號為低時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)而不影響對寫信號的測試。

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

    需要指出的是DAC輸入、輸出信號(即測試激勵信號、測試輸出信號，TTL／CMOS電平信號)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。該電路也可用于測試控制器和待測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電源單元提供測試控制器、測試插箱背板和待測電路板的工作電源。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)測試插箱背板和待測電路板出現(xiàn)故障而導(dǎo)致過壓、過流、過熱等異常情況時，保護(hù)AC-DC電源、電子開關(guān)免于損害。
    測試激勵信號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。
    測試輸出信號控制電路包括光電隔離和光電隔離驅(qū)動模塊。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試控制器之間的隔離控制。通過調(diào)整光電隔離驅(qū)動模塊路參數(shù)來適應(yīng)不同電平的輸出信號。
1．3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)
    測試軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示，測試軟件采用可視化操作界面，操作者只需選擇所要測的板卡，然后開始一系列的測試內(nèi)容，顯示測試結(jié)果，同時具備數(shù)據(jù)記錄功能，將需要記錄的測試結(jié)果保存。

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

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

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