采用LabVIEW的存儲器檢測系統(tǒng)設(shè)計方案

概述：文中分析了存儲器的故障類型，研究March算法并進(jìn)行了擴(kuò)展。系統(tǒng)以LabVIEW作為軟件工具，實(shí)現(xiàn)了對存儲器的自動測試，用數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)了測試算法與測試程序的分離。該系統(tǒng)具有操作容易，可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，有效提高了對某裝備存儲器的測試效率。針對某裝備的存儲器沒有相應(yīng)的測試設(shè)備，測試內(nèi)容比較繁瑣，設(shè)計了基于LabVlEW的存儲器檢測系統(tǒng)。硬件依托PXI測試總線予以實(shí)現(xiàn)．具有可靠性高．靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)。針對組合存儲器的特點(diǎn)，設(shè)計了專用的接口適配器，主要用于實(shí)現(xiàn)信號的同步和調(diào)理。

??? 在電子設(shè)備運(yùn)行過程中，存儲器發(fā)生故障或失效，不僅導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失，而且還有可能導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。因此存儲器的測試也成為當(dāng)今世界的一個重要問題，在軍事裝備中存儲器正扮演著很重要的角色。目前，基于虛擬儀器設(shè)計的自動測試系統(tǒng)已成為主流，而軟件則是虛擬儀器的核心。在此，以LabVIEW為軟件工具，結(jié)合相應(yīng)的數(shù)字I／O卡，開發(fā)一套用于某裝備存儲器檢測的檢測系統(tǒng)。

1 總體方案及硬件設(shè)計
1．1 需求分析
??? 該系統(tǒng)所選的被測對象是某型裝備中的公用存儲器，測試通道有地址總線18根、數(shù)據(jù)總線18根，控制線3根(控制線共7根，其中3根有效)。其中，狀態(tài)輸出信號表示讀／寫信號是否有效；讀／寫信號表示對RAM的讀／寫操作；數(shù)據(jù)輸出有效信號表示數(shù)據(jù)輸出是否有效。容量8 KB，讀周期400 ns，寫周期500 ns，供電電壓5 V。
1．2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
??? 該硬件系統(tǒng)，以中心計算機(jī)為主體，以插入其中的數(shù)字I／O卡為功能部件。通過計算機(jī)控制數(shù)字I／O卡進(jìn)行數(shù)字信號的輸出和測量。由此可知，系統(tǒng)平臺的搭建關(guān)鍵是選擇合適的數(shù)字I／O卡。該系統(tǒng)測試的主要信號有地址信號、數(shù)據(jù)信號和控制信號?？紤]到輸出位數(shù)和速度，用NI公司的數(shù)字波形發(fā)生器／分析儀6542，它具有32路可雙向控制的通道，可方便地進(jìn)行信號輸出和對信號的采集。該模塊每個通道都有1 Mb，8 Mb和64 Mb的板載內(nèi)存，便于測試信息的存儲。
1．3 接口適配器設(shè)計和端口的分配
??? 接口適配器用于連接被測設(shè)備和測試平臺。設(shè)計時只選用一塊6542模塊，所以只有32個輸出通道，不能實(shí)現(xiàn)所有信號的有效同步輸出，設(shè)計時需采用數(shù)據(jù)線和地址線共用的原則予以解決。接口適配器的組成框圖如圖1所示。選擇6542的portO～port2作為公用的地址線和數(shù)據(jù)線，port3作為控制線。鎖存器選擇雙向鎖存器，通過鎖存方向控制數(shù)據(jù)的輸入／輸出，片選控制線控制數(shù)據(jù)的鎖存，鎖存輸出控制線控制鎖存器里的數(shù)據(jù)讀出。

2 存儲器測試算法分析
2．1 存儲器故障類型
??? 存儲器故障總體可以分為單個單元的故障和單元之間的故障兩類。單個單元的故障包括：粘滯故障(SAF)一個陣列總是0或1；轉(zhuǎn)換故障(TF)，即一個特定單元在一定轉(zhuǎn)換序列后不能進(jìn)行0／1翻轉(zhuǎn)；數(shù)據(jù)保持故障(DFR)，即一個單元在一段時間后不能保持它的邏輯值等。單元之間的故障主要是耦合故障(CF)，它包括字間故障和字內(nèi)故障。

2．2．March算法
??? 針對存儲器不同的故障類型，提出了多種存儲器的測試算法，如March算法、Walking算法、Calloping算法等。其中，March算法具有較高的故障覆蓋率，較小的時間復(fù)雜度，在存儲器測試中得到廣泛應(yīng)用。其基本步驟用公式表示如下：

式中：Cij表示第i行，第j列的存儲單元；R表示讀操作；W表示寫操作；表示全部C的集合；∑表示，集內(nèi)的總和；逗號“，”是公式內(nèi)各有序操作之間的分隔符；0或1表示背景數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)。根據(jù)公式可以算出測試的復(fù)雜度為5N。簡單說就是按照一定的規(guī)則向存儲器寫入和讀出數(shù)據(jù)。針對不同的故障模型，在測試中添加不同的數(shù)據(jù)背景可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的故障覆蓋。通常，一種算法不能覆蓋所有的故障類型，所以測試時要用兩種或兩種以上的算法。
2．3 March算法在檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用
??? 一般的March算法都是以位進(jìn)行操作的，而被測對象是18位的數(shù)據(jù)通道，存儲方式為字節(jié)存儲，因此應(yīng)該對March算法進(jìn)行擴(kuò)展。測試時不僅要考慮到字間故障，而且也應(yīng)該考慮一個字內(nèi)多個位之間的耦合故障。面對這種情況就應(yīng)該增加March算法的測試數(shù)據(jù)。對于N位的存儲器，共有l(wèi)og2N+1種測試數(shù)據(jù)，文獻(xiàn)給出了數(shù)據(jù)背景的計算公式。被測對象有18位存儲器，通過計算有5組測試數(shù)據(jù)：

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計
3．1 軟件總體方案
??? 該系統(tǒng)軟件部分基于虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。選擇LabVIEW作為測試程序開發(fā)工具，Access作為數(shù)據(jù)庫工具。整個軟件由主控程序、人機(jī)界面、測試模塊、診斷模塊、數(shù)據(jù)庫模塊組成。主控程序負(fù)責(zé)各個模塊之間的調(diào)用和協(xié)調(diào)；人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)用戶與測試系統(tǒng)的交互；測試模塊完成數(shù)字信號的輸出和采集；數(shù)據(jù)庫模塊主要用于實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理。
3．2 主程序
??? 主程序依托LabVIEW軟件，采用模塊化的設(shè)計思想，主要包括程序初始、測試數(shù)據(jù)、讀／寫數(shù)據(jù)、取消設(shè)置、和錯誤判斷五個部分。程序初始模塊，用于進(jìn)行面板參數(shù)設(shè)置和板卡設(shè)置；測試數(shù)據(jù)模塊。用于：通過對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的查詢，提取地址和數(shù)據(jù)等信息；通過對讀／寫信息的判斷，選擇數(shù)據(jù)信息輸出的讀入。如果測試時出現(xiàn)異常現(xiàn)象，則由程序輸出自定義錯誤，通過自定義錯誤傳遞故障信息，同時跳出讀／寫循環(huán)；取消設(shè)置，用來恢復(fù)測試時改變的各個參數(shù)；錯誤判斷模塊，用于判斷錯誤類型，通過判斷自定義錯誤攜帶的信息判斷故障類型，并反饋給人機(jī)界面。圖2是主程序的程序框圖。

3．3 測試程序
??? 對存儲器測試時采用March算法。March算法的特點(diǎn)是向存儲器順序地寫入和讀出數(shù)據(jù)，通過分析數(shù)據(jù)判斷存儲器的故障。因此在測試程序的編制過程中，數(shù)字信號的輸入／輸出較為關(guān)鍵。圖3是讀／寫操作的程序框圖。根據(jù)適配器的實(shí)際方案．?dāng)?shù)據(jù)的輸入／輸出在設(shè)計時也有一定的要求。向存儲器寫數(shù)據(jù)時分為三個步驟：向鎖存器寫地址，向鎖存器寫數(shù)據(jù)，鎖存器和狀態(tài)輸出。讀取存儲器的數(shù)據(jù)分為4個步驟：向鎖存器寫地址，鎖存器和狀態(tài)輸出，檢測數(shù)據(jù)輸出有效信號，讀鎖存器數(shù)據(jù)。實(shí)際應(yīng)用時，可以根據(jù)不同的芯片，設(shè)置不同的延遲時間，以滿足讀／寫周期的要求。

3．4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計
??? 軟件設(shè)計時，采用主控程序與測試信息分離的思想，通過數(shù)據(jù)庫來存儲測試信息。數(shù)據(jù)庫采用比較常用的數(shù)據(jù)庫Access。測試時，根據(jù)不同的測試算法，將不同測試數(shù)據(jù)編繪到數(shù)據(jù)庫中。測試時主程序通過SQL語言對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行調(diào)用，控制數(shù)字信號的輸入／輸出，從而實(shí)現(xiàn)測試內(nèi)容的可擴(kuò)展性。根據(jù)Marct，算法的規(guī)則，設(shè)計數(shù)據(jù)表時，要設(shè)計編號、讀／寫操作、地址、數(shù)據(jù)和結(jié)束標(biāo)志5列。編號用來實(shí)現(xiàn)Marcrt算法的順序執(zhí)行；讀／寫操作用于主程序中判斷數(shù)據(jù)的讀／寫操作；地址用于存儲地址信息；數(shù)據(jù)用于存儲數(shù)據(jù)信息；結(jié)束標(biāo)志用于結(jié)束本算法的測試。數(shù)據(jù)庫存儲表格如圖4所示。第一行表示第一次讀／寫操作，向0地址寫入數(shù)據(jù)80。

4 結(jié) 語
??? 采用NI系列PXI板卡及靈活方便的LabVIEW軟件平臺，構(gòu)建了一套某裝備存儲器的檢測系統(tǒng)。通過數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)了測試算法與測試程序的獨(dú)立性，可以根據(jù)不同的March算法進(jìn)行測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示，該系統(tǒng)具有自動測試性強(qiáng)，容易操作，可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，有效提高了對某裝備存儲器的測試效率。