基于ETest的航电系统通用测试验证环境：打造飞机 “神经中枢” 的可靠性基石

最新推荐文章于 2025-07-30 23:39:10 发布

wangchen900705

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文章标签：人工智能嵌入式硬件

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航电系统是飞机的“神经中枢”，涵盖通信、导航、显示、控制等多个电子子系统，其技术水平直接决定了飞机的性能上限。从民用客机的安全高效运营到军用战机的制空权争夺，航电系统均发挥着关键作用。当前，航电系统正沿着综合化、模块化、通用化与智能化的方向深入演进。在飞机设计、制造、运行的全生命周期内，对航电系统实施全面且充分的测试、验证与检测，不仅是确保其符合相关规范及技术标准的必要手段，更是夯实飞行器系统功能性能的核心基础。

总体功能

在航电系统的集成过程中，各个子系统之间信息交互复杂，需要通过协同工作实现系统的功能性能指标。为更好地验证系统集成过程中的系统状态，需要在贴近实际系统架构的环境下，对系统级功能、系统级性能进行验证，快速发现和定位系统集成问题，同时为航电系统提供相关标准、规范认可的测试验证数据。

为满足不同型号航电系统在不同研制阶段的测试验证需求，我司推出了航电系统通用测试验证环境（下文称“测试验证环境”）解决方案。

测试验证环境的总体功能为：

基于半实物仿真理念，通过模拟不在位的航电设备以及与航电系统的交联设备/系统，构建完整的航电系统架构，实现对航电系统的测试验证；

能够基于任务场景实现多种类型信号的激励和采集，支持ARINC664、ARINC429、ARINC825、ARINC818、FC-AE-ASM、RS232/422/485、1553B、1394B、模拟量、离散量等信号类型；

具备ICD管理功能，能够快速适应航电系统研发过程中ICD的升级迭代，能够基于ICD自动实现总线数据的解包和组包；

具备测试需求、测试用例管理功能，能够实现测试需求覆盖率的统计；

具备测试资源管理功能，能够根据测试需求增减测试资源，并对测试资源进行参数配置；

能够实现批量测试用例的自动化执行，并自动生成测试报告；

能够实现基于测试界面的交互式测试，并在界面上实时显示关键参数信息；

能够实现分布式测试，以满足大型系统跨空间测试需求；

能够根据测试场景，自动切换测试构型；

能够根据测试需求，自动实现配电管理。

整体构成

测试验证环境的整体构成如下图所示。

测试验证环境包括测试主控分系统、测试验证分系统、配线配电分系统。各分系统的组成及功用为：

测试主控分系统

用于对测试验证环境进行综合管理，主要设置需求管理席位、资源配置席位、ICD管理席位、测试开发席位、测试执行席位、数据监控席位。每个席位均配置显示器、工作站。可根据被测系统复杂度进行席位规划，必要时可将多个席位进行合并。

需求管理席位：根据测试验证需求进行项目规划，并在每个项目下创建测试需求，为后续测试开发提供基准。

资源配置席位：根据测试验证环境的系统架构，创建和配置测试设备，并基于测试设备的配置创建和配置仿真设备。

ICD管理席位：根据客户的通信协议描述文件创建ICD，用于后续的数据激励和基于脚本的数据收发。

测试开发席位：主要完成测试用例设计、测试序列设计、测试脚本开发、测试界面设计，并完成测试用例与测试脚本、测试需求的关联。

测试执行席位：基于测试序列进行自动化测试，或者基于测试界面进行交互式测试。

数据监控席位：在测试过程中，对测试过程中的数据进行实时监控，监控信息包括：通信协议数据、通道数据、测试步骤、断言信息、网络变量。

测试验证分系统

用于实现测试验证的具体功能，运行测试用例、测试脚本，实现数据激励、数据采集，主要包括PXIe机箱、PXIe控制器和多种接口板卡。

PXIe机箱：提供安装PXIe控制器、接口板卡的空间；

PXIe控制器：提供运行仿真测试引擎的软硬件环境；

多种接口板卡：提供测试资源，实现数据收发。

配线配电分系统

用于实现被测设备/系统与测试资源的交联，创建测试构型，以及对测试资源进行集成，包括配线设备、配电设备、测试线缆、集成设备。

（1）配线设备：包括信号适配箱、信号监控箱、信号切换箱、信号调理箱，信号切换箱用于实现测试构型的切换，其他配线箱实现测试资源与被测设备/系统的交联；

信号适配箱：将被测设备/系统、陪测设备接入测试验证环境；

信号监控箱：为信号提供监控接口，亦可作为信号计量接口；

信号切换箱：用于实现真仿切换，根据测试需求进行测试构型的切换；

信号调理箱：实现测试资源信号与实物设备信号的电气匹配；

（2）配电设备：包括电源时序器、供电控制箱，用于实现测试设备、被测设备/系统的供电控制，支持远程控制；

电源时序器：对使用220V的测试设备进行供电时序控制；

供电控制箱：对被测件使用的直流供电进行控制；

（3）测试线缆：包括系统线缆、真件线缆；系统线缆用于将测试验证环境的内部设备进行互联；真件线缆用于将被测设备/系统连接到测试验证环境中；

（4）集成设备：包括机柜、操作台，用于将测试验证环境的内部设备进行集成，以及提供测试主控的操作席位。

功能架构

功能架构图

基于航电系统的测试验证需求，结合测试验证环境的软硬件构成，测试验证环境的功能架构设计如下。

实物设备层

主要包括被测设备/系统和陪测设备。被测设备、陪测设备与测试资源按照航电系统的实际连接关系构建系统架构，并在此架构下对被测设备/系统进行测试验证。

测试资源层

主要包括测试主控分系统、测试验证分系统、配线配电分系统，通过测试资源实现被测设备/系统与测试资源的交联，为实现测试构型切换、供电控制、测试验证管控提供必备的硬件资源。

系统管理层

在进行测试开发、测试执行、数据监控前进行必要的测试环境的创建、配置，包括需求管理、资源配置、ICD管理。

功能实现层

主要实现测试开发、测试执行、数据监控。

业务需求层

为测试验证环境最终要实现的业务目标，主要包括：系统级架构验证、系统级功能验证、系统级性能验证、快速发现和定位系统集成故障、提供相关标准规范认可的测试验证数据。

硬件架构/系统布局

▲硬件架构图

测试验证环境的硬件架构如下图所示，硬件架构的主要实现原理为：

测试主控分系统的多个席位通过通信控制网与测试验证分系统的下位机机基于通信控制网实现数据交互、控制指令下发、执行状态反馈。

测试主控分系统的多个席位通过通信控制网与测试验证分系统的下位机基于时钟同步网实现时钟同步。

测试验证分系统的下位机上安装多种接口板卡。其中，A664通道通过A664交换机与被测设备/系统的A664通道进行数据交互；1553B通道通过耦合器与被测设备/系统的1553B通道进行数据交互；其他信号通道均接入到信号调理单元，通过信号切换单元、信号监控单元、信号适配单元与被测设备/系统进行交联。

电源时序控制器实现对下位机、信号切换单元、信号调理单元、信号适配单元、直流电源的供电控制，可根据测试需要远程控制上下电的时序。

配线配电分系统中的供电控制单元实现对被测设备/系统的供电控制，可根据测试需要进行远程控制。

▲系统布局图

测试验证环境的整体布局如下图所示。图中所示席位、机柜数量均可根据测试规模进行合并和扩展，数据展示大屏依需配置。

软件平台

主要功能

软件平台采用我司自研的国产化测试系统集成开发环境ETest。在本测试验证环境中，ETest主要提供如下主要功能。

▲软件主要功能

软件架构

测试验证环境的软件架构如下图所示。软件架构主要包括开发层、服务层、通信层、执行层、驱动层。

▲软件架构图

1)开发层：基于软件设计器为用户提供多种管理和设计模块，包括项目管理、测试需求管理、测试资源管理、ICD管理、测试用例设计、测试脚本开发、测试界面设计、数据激励、数据实时监控。

2)服务层：基于后端服务ETestS桥接上位机软件与执行器，提供数据库管理、网络服务、系统模块、数据记录、系统模块等服务。

3)通信层：基于虚拟软总线技术，支持软件系统以任意拓扑结构进行组网，可根据实际需求动态添加或移除设备，而不会影响整个系统的正常运行。

4)执行层：基于EtestX执行器，作为测试验证引擎，其主要模块及其功能说明如下：

脚本执行引擎：执行上位机下发的测试脚本，接收上位机下发的脚本执行控制指令（启动、停止），并反馈脚本执行状态；

ICD激励引擎：基于ICD文件，对拟发送的数据进行组包，按照上位机下发的数据激励策略，将拟发送的数据交给I/O模块进行处理；

软件仿真引擎：按照仿真配置，执行FMU模型，确保模型执行的时性和正确性，接收上位机下发的仿真控制指令（启动、停止），并反馈模型执行状态；

硬件仿真引擎：按照仿真配置，将FPGA算法进行编译，并下发给FPGA芯片，接收上位机下发的仿真控制指令（启动、停止），并反馈FPGA算法执行状态；

异步循环引擎：支持实现多节点多模型多通道异步执行，支撑多源异构模型的分布式联合仿真场景；

协议解析器：基于ICD对总结接口接收的数据进行解析；

实时任务调度：根据实时任务的优先级，在中断服务程序入口函数中进行当前任务优先级与中断线程优先级的比较，从而保证实时性高的任务不被打扰，优先级高的中断能立即响应；

I/O模块：接收脚本传递的数据收发参数信息，解析后交给硬件驱动进行处理，以实现数据收发。

5)驱动层：基于驱动适配器，实现对硬件驱动的抽象化封装，对编程人员屏蔽硬件驱动接口的差异。

软件界面布局

测试验证环境软件的整体界面布局如下图所示。

▲软件界面布局图

软件界面布局主要包括工具栏、功能管理区、功能编辑区/测试开发区、信息输出区、状态栏。

1)工具栏：工具栏提供一系列功能入口，如下表所示。

2)功能管理区：点击工具栏的某个功能按钮后，将在功能管理区展示树形结构管理区，可以在树形结构上创建、删除功能元素。

3)功能编辑区/测试开发区：点击功能管理区树形结构上的功能元素后，将在该区域展示功能编辑区。针对测试开发功能，将在该区域展示测试脚本开发区。

4)信息输出区：输出测试执行的状态信息，以及在测试脚本里拟输出的打印信息。

5)状态栏：提供Python版本、项目错误/警告信息、下位机连接状态、执行控制等信息。

在航空电子系统向综合化、智能化加速演进的时代，凯云打造的通用测试验证环境不仅是一套工具链，更是重构航电研发范式的数字纽带。通过深度融合半实物仿真、动态ICD管理、分布式测试等核心技术，将传统分散的测试环节凝聚为可追溯、可复用的系统工程。凯云将持续推动中国航电产业从“跟随验证”向自主定义测试标准的战略转型，为国之重器筑牢安全飞行的数字护城河。

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