劉學(xué)文，黎映相，張偉

（長沙湘計海盾科技有限公司，湖南長沙，410008）

0 引言

對敵信息感知能力是影響機戰(zhàn)斗力強弱的重要因素。機載顯示器能夠?qū)⒋罅繌?fù)雜融合的空間信息，實時的顯示給飛行員，并可以通過觸摸或者按鍵形式向飛行員的操作反饋給相應(yīng)的飛行控制系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、主控計算機、火控系統(tǒng)等?？蔀橥瓿娠w行訓(xùn)練及作戰(zhàn)任務(wù)提供決策依據(jù)和各種飛行信息，使飛行員能夠迅速地作出決策操作。因此機載顯示器在飛機的人機交互中占據(jù)著越來越重要的地位[2]。

為了保證機載顯示器的可靠性需要在生產(chǎn)使用和維修等生命周期中對機載設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的測試，確保其功能正常，避免飛行事故[3]。隨著大屏顯示技術(shù)的發(fā)展以及各種視頻通訊總線的升級，機載顯示器的自動化程度和集成度也越來越高，技術(shù)復(fù)雜度也不斷提升，人工對其硬件信號和軟件協(xié)議進(jìn)行測試，顯得越來越難以為繼[4]。為有效提升測試能力，采用自動化測試系統(tǒng)代替人工測試是大勢所趨。

本文設(shè)計的機載顯示器的自動化系統(tǒng)包含一個基于FPGA的視頻信號源，一臺光學(xué)測量儀器，以及程控電源以及加固計算機主機。該系統(tǒng)通過主機控制多個儀器設(shè)備來對顯示器進(jìn)行全面的功能性能測試，并可通過上位機程序來自動化記錄分析測試數(shù)據(jù)，生產(chǎn)測試報表，極大降低維護人員的工作量。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

一體機用于上位機控制，在機箱中除CPCI計算主板、視頻驅(qū)動板、電源板和一塊定制的Z7-FPGA視頻輸出源。

由上位機通過通信端口控制Z7模塊、顯示模塊、顏色分析儀以及程控電源。

圖1 測試系統(tǒng)整體框架圖

1.1 視頻源

該信號源基于ZYNQ-7000技術(shù)平臺，使用專用的圖像IP核，來為顯示屏提供TTL格式的視頻信號源?？奢敵鲈O(shè)定的白屏、黑屏、定制化灰度圖、彩虹圖等畫面，并可設(shè)定其規(guī)定的分辨率數(shù)據(jù)。

1.2 色彩分析儀

采用Klein色彩分析儀來進(jìn)行色彩信息分析，通過其開放的SDK包來在線讀取顯示屏的色坐標(biāo)數(shù)據(jù)，再計算出顯示屏的顯示參數(shù)。色彩分析儀通過USB接口與主機通訊。

1.3 控制主機

加固式一體機作為上位機，可輸出控制信號控制被測件的亮度調(diào)節(jié)、晝夜模式、風(fēng)扇通斷，可讀取亮度溫度數(shù)據(jù)。

控制主機通過以太網(wǎng)、RS232接口以及USB接口來實現(xiàn)對程控電源、視頻信號源、色彩分析儀的控制。

1.4 程控電源

IT6322程控電源為被測顯示模塊提供電源，通過上位機總線讀取和設(shè)置顯示模塊的工作電壓和工作電流，并可對顯示模塊的電源輸入范圍進(jìn)行全自動測試。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 整體設(shè)計

軟件程序基于Labview開發(fā)，本程序采用了事件觸發(fā)與狀態(tài)機結(jié)合的技術(shù)框架。

測試系統(tǒng)中的設(shè)備自檢、顏色分析與計算、通信協(xié)議驗證、程控電源控制等各子系統(tǒng)分別由子VI負(fù)責(zé)。將各子系統(tǒng)有效隔離，保障了程序的健壯性和可讀性。

通過將狀態(tài)機自動調(diào)取與人工操作結(jié)合，平衡了軟件處理性能與人性化操作，開發(fā)出一套高效的自動化測試系統(tǒng)。

圖2 程序主界面

2.2 視頻源通信協(xié)議

服務(wù)器端上電啟動，連接的建立，保證一直處于偵聽狀態(tài)，主機上電后啟動測試軟件，與服務(wù)端建立連接。測試軟件退出時，關(guān)閉連接。 連接通訊消息格式固定為1個字節(jié)長度，內(nèi)容為命令字。命令字列表如表1所示。

表1 通訊協(xié)議

53 06 800*600 Black Picture 53 07 800*600 Gray Picture 53 08 800*600 Flicker Picture

2.3 色域覆蓋率計算

色域覆蓋率為CIE 1976色空間y坐標(biāo)色系度圖上，三基色（R、G、B）色度點組成的三角形色域面積S，與BT2020標(biāo)準(zhǔn)色域軌跡面積（0.1118）的百分比C。

由視頻源輸出100%紅場、100%綠場、100%藍(lán)場、用光學(xué)分析儀依次測量可視區(qū)域中央位置的色度坐標(biāo)（u′r，v′r）、（u′g，v′g）、（u′b，v′b）。

采用以下公式計算三色色域面積S及色域覆蓋率C：

2.4 亮度均勻性計算

主機軟件下發(fā)控制指令輸出白場圖像，同時由光學(xué)分析儀采集屏幕上的九個點的亮度值，軟件根據(jù)計算公式來計算出亮度均勻性。

技術(shù)要求：加固型顯示器的亮度均勻性應(yīng)不低于技術(shù)協(xié)議或設(shè)計文檔的規(guī)定。

測試方法：顯示器亮度非均勻性的測量應(yīng)在顯示器至少工作15min后進(jìn)行。將加固型顯示器的亮度調(diào)節(jié)至最亮，選擇純白色畫面，在暗室中使用亮度計或K10彩色分析儀分別測量圖4中P0、P2、P4、P6、P8各點的亮度（或者P0 ～P8各點的亮度），按公式（1）計算亮度非均勻性。

圖3 測試定位圖（V——有效顯示區(qū)域的高度；H——有效顯示區(qū)域的寬度。）

圖4 色域測試圖

式中：

LNU——亮度非均勻性，無量綱；

Li——Pi(i=0,2,4,6,8或i=0,1,2,3,4,5,6,7,8)各點的亮度，單位為cd/m2；

Lav——Li(i=0,2,4,6,8或i=0,1,2,3,4,5,6,7,8)的平均值，單位為cd/m2。

亮度均勻性=1-LNU

合格判據(jù)：加固型顯示器的亮度均勻性應(yīng)不低于技術(shù)協(xié)議或設(shè)計文檔的規(guī)定。

3 測試流程

3.1 顯示效果測試

軟件可為不同型號的顯示屏提供白場、黑場、紅場、綠場、藍(lán)場進(jìn)行純色圖像測試。并輸出彩虹圖像、256級灰度圖像。

由人工檢查圖像顯示是否正常。正常時在彈出的檢測結(jié)果中點擊通過，否則不通過。

顯示屏的色域參數(shù)與色溫參數(shù)值由后臺設(shè)定正常區(qū)間，程序檢測測量值在正常區(qū)間時判定測試通過，否則不通過。

圖5 色溫測試圖

上位機程序控制視頻信號源自動輸出白場和黑場圖像，光學(xué)分析儀分別采集其白場和黑場亮度數(shù)值，由此計算出顯示器的對比度值，并與后臺設(shè)置的對比度值進(jìn)行對比，如在正常范圍內(nèi)，判定測試通過，否則不通過。

3.2 通信協(xié)議測試

產(chǎn)品更新?lián)Q代時通訊協(xié)議通常會有所變化，為了兼容不同版本的協(xié)議測試，本系統(tǒng)設(shè)計了柔性化通訊協(xié)議測試框架，通過文本化方式編寫測試用例，再導(dǎo)入到測試程序中來進(jìn)行自動化執(zhí)行，并提供了手動測試項目來進(jìn)行單步調(diào)試，輔助檢測人員或研發(fā)人員可通過該方式來快速定位問題，方便故障分析。

圖6 通信協(xié)議測試

3.3 電源供電測試

上位機通過總線來對程控電源進(jìn)行控制，拉偏程控電源的輸出范圍，并電源拉偏過程中，對其基本功能進(jìn)行自動化測試，驗證電源工作性能。

系統(tǒng)還可對程控電源的功率值進(jìn)行讀取，判定被測顯示器的電源功耗是否正常。電源功耗與后臺設(shè)置的正常值范圍進(jìn)行比較，如在正常值范圍內(nèi)判定通過，否則不通過。

3.4 測試報告生成

測試系統(tǒng)在調(diào)用LabVIEW Report Generation的函數(shù)API向word/Excel報告模板中插入測試信息、測試結(jié)果等信息，并且支持生成PDF文件或者連接打印機打印測試報告。

本測試系統(tǒng)還可以依據(jù)客戶的定制化模板來生成測試報告。系統(tǒng)程序支持測試人、測試時間、被測設(shè)備型號及名稱、產(chǎn)品序列號碼、產(chǎn)品硬件軟件版本號等信息的錄入和讀取，并具有報告的保存、導(dǎo)出和打印功能。

4 結(jié)論

本文開發(fā)的機載顯示器自動化測試系統(tǒng)，主要特點如下：基于FPGA的視頻信號源，具備可定制化輸出圖像信號的功能，并可輸出非標(biāo)顯示頻率，可作為未來異形顯示圖像的驅(qū)動源；通過對光學(xué)分析儀的一系列自動化處理，有效加快了顯示屏顏色分析測量效率，為專業(yè)修理工廠的液晶屏幕性能測量能力提供了良好的支撐；通過對顯示模塊的通訊功能模塊需求進(jìn)行分析后，開發(fā)出了全自動的控制驗證邏輯，對顯示屏控制功能進(jìn)行了全方位測試。

通過對顯示與控制產(chǎn)品線的測試與自動化實踐，該自動化測試系統(tǒng)將需要人工測試一天以上的工作量，壓縮到10分鐘以內(nèi)。系統(tǒng)良好的軟件框架可作為航空顯示與控制終端的通用測試平臺，具有重要的實用價值。