Введение
Проведение испытаний сложных технических систем, как правило, выполняется с применением аппаратно-программных испытательных комплексов. Аппаратные средства испытательного комплекса представляют собой разнообразное оборудование, позволяющее проводить измерения различных характеристик объекта контроля. Программные средства выполняют функции управления процессом испытаний. Программное обеспечение имеет двухуровневую архитектуру [1]. На верхнем уровне решаются задачи настройки программного обеспечения низкого уровня, создания измерительных процедур, настройки интерфейсов пользователей, обработки результатов измерений. Программное обеспечение нижнего уровня непосредственно управляет работой измерительного оборудования.
В данной работе рассматривается способ организации взаимодействия между измерительным оборудованием и программным обеспечением верхнего уровня в рамках аппаратно-программного комплекса проведения испытаний бортовой аппаратуры командно-измерительной системы космического аппарата (БА КИС). Предложенный в работе подход учитывает такие особенности проектирования измерительных систем, как разнотипность измерительных экспериментов, возможность перестройки конфигурации и наращивания функций испытательной системы, широкий частотный спектр исследуемых сигналов и другие [2].
Программное обеспечение для проведения испытаний БА КИС
Бортовая аппаратура командно-измерительной системы обеспечивает передачу командно-программной и телеметрической информации между наземным комплексом управления и космическим аппаратом. На этапе проведения испытаний осуществляется контроль соответствия характеристик БА КИС техническим требованиям. Строгое соответствие характеристик БА КИС заданным на этапе проектирования техническим требованиям обеспечивает ее правильную и долгосрочную работу на этапе эксплуатации.
Испытания бортовой аппаратуры командно-измерительной системы космического аппарата производятся посредством аппаратно-программного комплекса. Аппаратной частью комплекса выступает система взаимосвязанного измерительного оборудования для проведения высоко- и низкочастотных испытаний БА КИС – контрольно-проверочная аппаратура (КПА). Ее работой в процессе проведения испытаний управляет разрабатываемое программное обеспечение КПА (ПО КПА) [3], основными задачами которого являются:
- подготовка испытаний;
- поддержка проведения испытаний и управление оборудованием КПА во время испытаний;
- обработка и хранение результатов испытаний.
На рис. 1 представлена схема взаимодействия ПО КПА и измерительного оборудования КПА при проведении испытаний с помощью программного обеспечения нижнего уровня – программ взаимодействия с оборудованием. В этих программах реализуются алгоритмы управления оборудованием при проведении определенных измерений, а также алгоритмы первичной обработки результатов измерений. Другими словами каждая программа взаимодействия с оборудованием реализует логику проведения определенного конкретного измерения. Под измерением понимается совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины [2]. Стоит отметить, что программы взаимодействия с измерительным оборудованием не являются частью ПО КПА, они реализуются отдельно.
Рис. 1. Процесс проведения одного измерения
Программы взаимодействия с оборудованием, реализованные по определенным принципам, регистрируются в базе данных ПО КПА в виде специальных элементов, называемых действиями. Одной программе взаимодействия с оборудованием соответствует одно действие. Действие характеризуется наименованием измерения, исполняющим измерительным оборудованием, наборами входных и выходных параметров. На основании входных параметров программа взаимодействия с оборудованием формирует управляющее воздействие на измерительное оборудование необходимое для проведения измерения. Набор выходных параметров представляет результаты измерений параметров объекта контроля. Примерами действий и соответствующих им измерений являются «Измерение мощности спектра», «Измерение номинала частоты», «Измерение спектра с использованием маски» и другие.
Действия используются в ПО КПА для построения и выполнения сценариев испытаний. Сценарии формируются на этапе подготовки испытаний и представляют собой упорядоченную последовательность действий. Каждый сценарий формируется на основе программы испытаний, в которой определены объект и цели испытаний, виды, последовательность и объем проводимых измерений [4]. Выполнение сценария испытаний заключается в запуске и остановке программ связи с оборудованием согласно порядку следования соответствующих действий в сценарии.
Требования к программам взаимодействия с измерительным оборудованием
Программы взаимодействия с измерительным оборудованием не являются частью ПО КПА, поэтому для того, чтобы ПО КПА могло осуществлять работу с этими программами, они должны быть реализованы в соответствии с заранее определенными требованиями. В рамках текущего проекта принято требование, что программы взаимодействия с оборудованием должны быть реализованы в инструментальной среде разработки программного обеспечения LabView в виде исполняемых приложений на основе виртуальных инструментов VI (Virtual Instrument), в которых описывается логика выполнения измерения. Взаимодействие этих программ с ПО КПА осуществляется с помощью механизма сетевых переменных Shared Variables (механизм LabView для передачи данных по сети). Сетевые переменные характеризуются наименованием, сетевым адресом, типом передаваемых данных и типом доступа (записи и чтения значений переменной).
Каждая программа взаимодействия с оборудованием для организации корректного взаимодействия с ПО КПА должна реализовывать схему информационного обмена, представленную на рис. 2. Используются три набора сетевых переменных:
- служебные переменные (переменные обработки ошибок и переменная запуска-остановки);
- входные переменные для считывания входных параметров действия;
- выходные переменные для передачи выходных параметров действия.
Служебные переменные предназначены для управления работой программы взаимодействия с оборудованием и обработки ошибок во время проведения измерения. Список служебных переменных приведен в таблице 1.
Рис. 2. Схема информационного обмена ПО КПА
с программами взаимодействия с оборудованием
Таблица 1
Служебные переменные программы взаимодействия с оборудованием
|
№ |
Название |
Тип данных |
Тип доступа |
Описание |
|
1 |
Переменная запуска-остановки |
Булевский bool |
Чтение и запись |
Управляет запуском и остановкой приложения. True – запуск программы; False –остановка программы |
|
2 |
Переменная «Код ошибки» |
Целочисленный int |
Запись |
В случае возникновения ошибки в переменную записывается код ошибки отличный от 0, программа завершает свое выполнение |
|
3 |
Переменная «Код предупреждения» |
Целочисленный int |
Запись |
В случае возникновения предупреждения в переменную записывается код предупреждения отличный от 0 |
|
4 |
Переменная «Источник ошибки» |
Строка string |
Запись |
В случае возникновения ошибки или предупреждения в переменную записывается строка, содержащая источник ошибки |
|
5 |
Переменная «Результат самопроверки» |
Строка string |
Запись |
В переменную записывается строка с результатом самопроверки программы. Если при проведении самопроверки выявлены какие-либо проблемы, выполнение программы прекращается |
С помощью входных сетевых переменных осуществляется передача входных параметров действия. Одна сетевая переменная должна соответствовать одному входному параметру действия. Значения входных параметров используются для формирования управляющего воздействия на измерительное оборудование при проведении испытаний. При считывании значений из сетевых переменных должна выполняться проверка на их корректность. В случае появления некорректных значений в программе взаимодействия с оборудованием должна генерироваться ошибка.
Для передачи результатов измерения в ПО КПА используются выходные сетевые переменные. Запись результатов в сетевые переменные должна производиться сразу после получения значений в программе взаимодействия с оборудованием. Результаты измерения должны быть представлены в виде пары время-значение, для этого используется специальный тип данных Double Waveform.
Регистрация действий в ПО КПА
Регистрация программ взаимодействия с оборудованием в качестве действий осуществляется в редакторе баз данных ПО КПА. При регистрации действия указывается его наименование, описание, путь к исполняемому файлу программы взаимодействия с оборудованием, адреса служебных сетевых переменных, коды и описания ошибок, которые могут возникнуть при выполнении измерения. Для описания входных и выходных параметров действия требуется для каждого параметра указать наименование параметра, адрес сетевой переменной, через которую будет передаваться значение параметра, а также единицу измерения и тип данных, используемый для передачи значений. На рис. 3 представлена форма регистрации программы взаимодействия с оборудованием в ПО КПА.
Каждому действию можно добавить несколько вычисляемых параметров, значения которых будут вычисляться по результатам измерения других параметров. Для этих параметров необходимо задать наименование, выбрать алгоритм и установить параметры вычисления (рис. 4). Например, для расчетов применяются алгоритмы вычисления кратковременной и долговременной частотной нестабильности, или расчета параметров импульса.
Действие, зарегистрированное в базе данных ПО КПА, используется при построении сценариев, на этапе подготовки испытаний, при их проведении, а также при просмотре и анализе результатов.
Заключение
Предложенный подход к организации взаимодействия с измерительным оборудованием позволяет изменять и дополнять набор используемых методик испытаний за счет регистрации в ПО КПА новых программ взаимодействия с оборудованием. Это обеспечивает возможность проведения испытаний при изменении конфигурации и наращивании функций измерительного оборудования без внесения изменений в программное обеспечение верхнего уровня (ПО КПА). Таким образом, ПО КПА в составе аппаратно-программного испытательного комплекса позволяет проводить испытания оборудования различного назначения, в том числе и перспективных образцов техники.
Рис. 3. Форма регистрации действий
Рис. 4. Форма создания вычисляемых параметров действия
ПО КПА реализуется в едином программном комплексе с системой имитационного моделирования подсистем космического аппарата (ПММ БА КИС) [5], что также значительно повышает возможности как при моделировании, так и при проведении испытаний подсистем космического аппарата.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в Институте вычислительного моделирования СО РАН (договор № 02.G25.31.0041).
Литература:
1. Батоврин. В.К., Бессонов А.С., Мошкин В.В. Автоматизация измерений и испытаний: учебное пособие. – М.: Изд-во МФТИ, 2011. – 128 с.
2. Раннев Г.Г. Измерительные информационные системы. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 336 с.
3. Вогоровский Р.В. Архитектура программного обеспечения для поддержки проведения испытаний командно-измерительной системы КА // Материалы XVIII Междунар. науч. конф. «Решетневские чтения». – Красноярск: СибГАУ, 2014. – Ч. 2. – С. 237–238.
4. ГОСТ 16504-81. Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения. – М., 1982. –24 с.
5. Ноженкова Л.Ф., Исаева О.И., Грузенко Е.А. Построение программно-математической модели командно-измерительной системы космического аппарата // Информатизация и связь, 2014. – № 1. – С. 87–93.
