Entwicklung eines automatisierten Prüfsystems für die Satellitenkommunikation mit Hard- und Software von National Instruments

Author(s):
Crescent Luhman - Aegis Group

Industry:
Aerospace/Avionics

Products:
LabVIEW, PXI/CompactPCI

The Challenge:
Entwicklung eines einfach bedienbaren, umfassenden Prüfsystems für VME-basierte Karten für die Satellitenkommunikation

The Solution:
Erstellung einer skalierbaren Testeinheit aus Hard-, Soft- und Firmware einschließlich einer intuitiven, halb automatisierten Oberfläche und einer einfach konfigurierbaren mechanischen Adaptierung für jede Karte

Die Aegis Group bietet multifunktionale Dienstleistungen, z. B. in den Bereichen Softwareentwicklung, Maschinenbau, Elektrotechnik und Industriedesign. Unser Kunde, eine bedeutende Luft- und Raumfahrtbehörde, beauftragte uns mit der Aktualisierung dreier großer Kommunikations-Subsysteme. Diese arbeiten mit 19 austauschbaren VME-basierten Karten, von denen die meisten mit Technologie aus den 1980er Jahren entwickelt wurden. Die Anzahl der einwandfrei funktionierenden Karten war auf einen kritischen Stand geschrumpft. Da die Entwicklung neuer Karten jedoch nicht kosteneffizient wäre, wollte die Luft- und Raumfahrtbehörde die existierenden Karten wieder instand setzen. Bei Versagen einzelner Karten wurde die Fehlerbehebung allerdings zu einer komplizierten und äußerst langwierigen Aufgabe, so dass ein neuer Ansatz notwendig wurde.

Die Behörde benötigte ein System, dass sowohl fehlerhafte Karten als auch fehlerhafte Komponenten auf einzelnen Karten zuverlässig identifiziert. Das System musste auch für Mitarbeiter ohne technisches Hintergrundwissen einfach zu bedienen sein. Darüber hinaus musste es Probleme bis zur Komponentenebene genau diagnostizieren können, um neue Funktionalität skalierbar und mindestens bis 2015 einsatzbereit sein. Wir nahmen uns dieses Projekts in dem Bewusstsein an, eine innovative und umfassende Prüflösung entwickeln zu müssen.

Aufbau der Hardware

Unsere Lösung umfasst sieben Netzteile mit jeweils verschiedenen Spannungsausgängen sowie eine separate Stromversorgung für die zu testende Karte und die anwenderdefinierte Karte mit erweitertem Prüfschaltkreis (Extended Test Circuit, ETC). Die ETC-Karte kommuniziert über VXI und die zu prüfenden Leiterplatten verwenden VME, das auf der ETC-Karte simuliert wird. Die ETC-Karte enthält auch zwei Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs), die eine VMA-Backplane simulieren und anwenderdefinierte Nachrichten sowie Fehlerinjektion ermöglichen.

Das Prüfsystem verwendet auch ein Oszilloskop zur Erfassung und Anzeige von Signalen. Ein VXI-Controller von NI bietet Schnittstellen zwischen dem PC und der ETC-Karte, den Netzteilen und dem Oszilloskop.

Wir haben eine mechanische Verbindung erstellt, die alle beweglichen Teile enthält. Diese arbeiten alle zusammen und ermöglichen so eine einfache Ergänzung und Entfernung von Leiterplatten und anwenderdefinierten Adapterkarten, ohne dass Anschlussblöcke mit hoher Kanaldichte beschädigt oder belastet werden. Die anwenderdefinierte Prüfvorrichtung besteht aus einer ergonomischen Prüfstation, kommerziell erhältlichen sowie benutzerspezifischen elektronischen Komponenten sowie anwenderdefinierten Verbindungen und Kabeln.

Die Hardwarevorrichtung ist für optimale Funktionalität und einfache Bedienbarkeit konzipiert. Für jede Karte muss sie die Betriebsbedingungen simulieren, schnellen Zugriff auf alle Seiten bieten und für die Anforderungen verschiedener Karten konfigurierbar sein.

Aufbau der Software

Die Software NI LabVIEW bildet die Grundlage für die schnelle Entwicklung der Prüfkomponenten jeder Karte, die Selbstdiagnose der anwenderdefinierten elektronischen Komponenten und sorgt für die Flexibilität, Skalierbarkeit und individuelle Anpassbarkeit zu integrieren. LabVIEW konnte nahtlos in die im System verwendete NI-Hardware integriert werden und ermöglicht auch die problemlose Kommunikation mit Geräten von Drittherstellern. Mit LabVIEW wurde einer Benutzeroberfläche entwickelt, die während jedes Tests Grafik und Text, die resultierenden Signale sowie eine Hierarchie von Tests für jede Karte darstellt. Es gibt einfache Anleitungen, Abbildungen und Grafiken zum korrekten Einfügen und Anbinden jeder Karte, einschließlich spezieller Kabel. Beim Testen von Signalen zeigt ein Display die Komponente und die Pin, die während des Tests abgetastet werden. Darüber hinaus entwickelten wir auch eine benutzerspezifische Datenbank und Konfigurationsdateien für eine einfache Wartung und Erweiterung.

Architektur

Dem Problem der Identifizierung fehlerhafter Komponenten begegneten wir mit einer räumlichen anstatt mit einer deduktiven Methode. Dabei wird die Karte „geografisch“ in Funktionsbereiche und die entsprechenden Komponenten aufgeteilt. Die Signale, welche in jeden Funktionsbereich eintreten und diesen wieder verlassen, definieren die Grenzen. Durch das Testen der Grenzsignale kann die Anzahl der möglichen fehlerhaften Komponenten auf solche innerhalb der Bereiche, die ungültige Grenzsignale aufweisen, beschränkt werden. Diese Bereiche werden wiederum in kleinere Regionen aufgeteilt, die ähnlich getestet werden, bis die fehlerhafte Komponente gefunden ist.

Wir konnten das anwenderdefinierte Prüfsystem planen, entwerfen, erstellen, integrieren, auf Fehler untersuchen, implementieren und vom Konzept bis zur Auslieferung und Schulung begleiten. „Wir konnten nahtlos mit NI-GPIB- und VXI-Controllern sowie mit der Software LabVIEW arbeiten und damit für unseren Kunden eine effiziente Lösung entwickeln, die über Jahre hinweg einsetzbar sein wird.“ Indem wir moderne Prüftechniken mit produktivitätssteigernden LabVIEW-Funktionen anwendeten, waren wir in der Lage, innerhalb kurzer Zeit eine robuste Architektur zu realisieren.

Author Information:
For more information on this Case Study, contact:
Crescent Luhman
Aegis Group
Tel: 206-447-4175
crescentl@aegisgrp.com

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