光電設(shè)備的航電總線數(shù)據(jù)測試分析范文

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摘要：由于單項的專用總線測試系統(tǒng)通用性、兼容性較差，功能擴(kuò)展和技術(shù)升級的難度較大，介紹一個可以支持1553B、ARINC429、CAN、RS232和RS422五種航電標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)總線測試系統(tǒng)的設(shè)計方案及技術(shù)實現(xiàn)。重點介紹了數(shù)據(jù)總線測試系統(tǒng)的硬件框架組成，同時分析了系統(tǒng)軟件實現(xiàn)方法以及總線邏輯控制設(shè)計。該測試系統(tǒng)已成功用于某光電設(shè)備在線檢測，經(jīng)實驗驗證該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞：測試技術(shù)；航空總線；DSP；FPGA

引言

機(jī)載光電設(shè)備是航空武器裝備的重要組成部分，通過航電總線與載機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。航空總線總類繁多，在電氣特征、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸格式等各個方面都存在很大的差異，給光電設(shè)備的測試和調(diào)試帶來了困難。研究智能化、開放式人機(jī)交互的通用數(shù)據(jù)總線測試系統(tǒng)，采用簡潔的操作步驟，完成精確和詳細(xì)的通訊測試、故障檢測、數(shù)據(jù)監(jiān)控，實現(xiàn)準(zhǔn)確的故障定位和實時監(jiān)控，進(jìn)而提升光電設(shè)備的可靠性，是當(dāng)前數(shù)據(jù)總線測試技術(shù)研究發(fā)展的重點［1－3］。航空總線主要有ARINC419、ARINC429、ARINC629等民用航空總線標(biāo)準(zhǔn)［4－6］和MIL－STD－1553B、GINA等軍用航空總線標(biāo)準(zhǔn)［7－8］，現(xiàn)階段，機(jī)載光電設(shè)備一般采用INC429總線和1553B總線與載機(jī)進(jìn)行信息交換，光電設(shè)備內(nèi)部采用RS232、RS422、CAN總線完成指令控制和交換。本文針對機(jī)載光電設(shè)備常用的5種總線標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計了一種通用數(shù)據(jù)總線測試系統(tǒng)，可實現(xiàn)載機(jī)總線數(shù)據(jù)模擬注入、光電設(shè)備外部總線通訊監(jiān)控、光電設(shè)備內(nèi)部通訊信息監(jiān)控、光電設(shè)備完整鏈路測試。

1數(shù)據(jù)總線測試系統(tǒng)設(shè)計

1．1硬件設(shè)計航電數(shù)據(jù)總線測試

系統(tǒng)由工控計算機(jī)、航電總線通訊板、航電總線通訊板軟件包組成。工控計算機(jī)與航電總線通訊板通過PCIe［9］總線連接，數(shù)據(jù)總線測試系統(tǒng)硬件原理框圖如圖1所示。航電總線通訊板選用TI公司的TMS320C6713為主核芯片，包括電源供電、復(fù)位、時鐘電路，DSP6713、FPGA、CPLD及外部存儲器電路，RS422、RS232、CAN、1553B、429等5種總線接口電路。DSP6713與工控機(jī)之間的連接采用FPGA來實現(xiàn)接口轉(zhuǎn)換。工控機(jī)與FPGA采用PCIe接口，F(xiàn)PGA與DSP之間采用HPI接口。由PC機(jī)通過PCIe接口提供＋12V系統(tǒng)供電，選用LTM4644電源芯片，完成12V到5V、3．3V、1．8V、1．2V的轉(zhuǎn)換。其中3．3V電源為電路板工作電平，1．2V電源為DSP6713芯片內(nèi)核工作電平。LT3580IMS8E電源芯片為429收發(fā)驅(qū)動器提供負(fù)電源。復(fù)位電路采用MAX706SEST復(fù)位芯片設(shè)計，復(fù)位可以提供上電復(fù)位和手動復(fù)位。系統(tǒng)時鐘由有源晶振提供，其中50MHz時鐘晶振為DSP、FPGA、CPLD提供工作時鐘，14．7456MHz時鐘晶振為RS422、RS232提供工作時鐘。DSP6713外部存儲器擴(kuò)展電路中，F(xiàn)lash芯片采用常用器件AMD公司的AM29LV320D，存儲空間為32Mbit（2M×16－Bit）。SDRAM芯片采用常用器件Micron公司的MT48LC4M32B2，存儲空間為4Meg×32（1Meg×32×4banks）。FPGA采用Xilinx的7系列低功耗FPGAXC7A100T－2FGG484I芯片，該芯片含有一個PCIe單元，F(xiàn)PGA運行所需配置芯片采用S29GL512P11TFI020，它是SPANSION高性能的FLASH存儲器。總線接口電路中RS422信號收發(fā)器采用MAX3490，RS232信號收發(fā)器采用MAX3232ESE。CAN接口芯片采用TJA1050T。1553B的控制器是HKS289BRM，信號調(diào)制解調(diào)的隔離變壓器采用的是HOLT公司PM－DB2725EX，收發(fā)器采用的是HKA32201－LSB。ARINC429總線控制器采用HOLT公司器件HI－3210，通過SPI與DSP6713通信，ARINC429接收通道使用1片HI－8444驅(qū)動器，發(fā)送通道使用2片HI－8586。

1．2軟件設(shè)計

數(shù)據(jù)總線測試系統(tǒng)的軟件分為人機(jī)交互軟件和航電總線通訊板軟件包。人機(jī)交互軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)采集、性能檢測并提供人機(jī)界面等功能，采用VC6．0面向?qū)ο缶幊?。在人機(jī)界面中，測試信號按總線種類不同設(shè)有“1553B總線”、“CAN總線”、“429總線”、“RS422通訊”和“RS232通訊”等菜單，每個總線檢測的方法和內(nèi)容是不一樣的，用戶只需點擊所要測試的總線類型，不同的測試程序開始運行，同時將數(shù)據(jù)記錄成文本文件。數(shù)據(jù)總線測試系統(tǒng)的啟動界面如圖2所示。航電總線通訊板軟件包實現(xiàn)測試系統(tǒng)與光電設(shè)備之間的總線測試，總線上的數(shù)據(jù)存儲在DSP6713的外擴(kuò)SDRAM，通過FPGA讀入工控機(jī)。DSP6713與工控機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸采用帶地址自增的讀方式，讀取對象為外擴(kuò)SDRAM，其最大傳輸速率達(dá)到200Mbit／s，很大程度上保證了實時性。

1．3總線邏輯控制設(shè)計

航電總線邏輯控制包括CPLD邏輯、DSP6713邏輯、FPGA邏輯控制軟件。CPLD完成EMIF與CAN、1553B、429的邏輯轉(zhuǎn)換，DSP6713接收FPGA的發(fā)送請求，將HPI總線數(shù)據(jù)通過RS422／232或EMIF總線發(fā)出，同時緩存RS422／232或EMIF總線收到的數(shù)據(jù)，通知FPGA來讀取。FPGA通過HPI與人機(jī)交互軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)交聯(lián)。FPGA邏輯控制由XilinxPCIeIP、AXI＿CTRL模塊、AXI＿CTRL＿IRQ模塊、AXI＿BUF模塊、HPI＿DRV模塊組成，實現(xiàn)工控機(jī)對DSP的數(shù)據(jù)寫入和讀出。各功能模塊的主要設(shè)計。1）XilinxPCIeIP模塊，用于pcie總線和AXI接口時序轉(zhuǎn)換。2）AXI＿CTRL模塊，由M＿AXI＿CTRL模塊和S＿AXI＿CTRL模塊組成。M＿AXI＿CTRL模用于接收工控機(jī)發(fā)送的PCIe讀寫請求命令，當(dāng)接收到讀寫請求后，將相應(yīng)的讀寫起始地址，讀寫長度信息，讀寫類型等信息組成一條報文存放在AXI＿BUF模塊中的M＿AXI＿WR＿INFO＿FIFO中。S＿AXI＿CTRL模塊用于向工控機(jī)主動發(fā)送讀寫請求，并將讀到的數(shù)據(jù)存入S＿AXI＿RD＿FIFO中。3）AXI＿BUF模塊，由M＿AXI＿WR＿INFO＿FIFO模塊、S＿AXI＿WR＿DATA＿FIFO模塊、S＿AXI＿RD＿DATA＿FIFO模塊組成。M＿AXI＿WR＿INFO＿FIFO模塊用于存放工控機(jī)下發(fā)的讀寫請求信息；S＿AXI＿RD＿DATA＿FIFO用于存放從工控機(jī)讀取到的需要發(fā)送給HPI總線的數(shù)據(jù)，S＿AXI＿WR＿DATA＿FIFO用于存放從HPI總線讀取到的需要發(fā)送給向工控機(jī)數(shù)據(jù)。4）AXI＿CTRL＿IRQ模塊，用于向S＿AXI＿CTRL模塊和HPI＿DRV模塊發(fā)起讀寫請求。5）HPI＿DRV模塊，用于接收AXI＿CTRL＿IRQ模塊產(chǎn)生的讀寫請求信息，并向HPI總線發(fā)送讀寫操作。

2測試系統(tǒng)驗證

使用航電數(shù)據(jù)總線測試系統(tǒng)，與不同的光電設(shè)備連接，進(jìn)行以下功能測試。1）載機(jī)總線數(shù)據(jù)模擬注入測試系統(tǒng)模擬載機(jī)航電系統(tǒng)通過1553B、ARINC429向光電設(shè)備發(fā)出指令，獲取到光電設(shè)備的工作狀態(tài)，從而驗證光電設(shè)備的工作性能，實現(xiàn)以1553B、ARINC429作為外部總線光電設(shè)備的模擬注入及測試。2）光電設(shè)備外部總線通訊監(jiān)控光電設(shè)備與測試系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，此時，數(shù)據(jù)總線測試系統(tǒng)作為一個監(jiān)控節(jié)點，完成對外部總線上數(shù)據(jù)流的記錄和分析，實現(xiàn)對外部總線通訊的完整監(jiān)視。3）光電設(shè)備內(nèi)部通訊信息監(jiān)控光電設(shè)備由電視探測器、紅外熱像儀、激光測距機(jī)等多種傳感器及控制計算機(jī)和伺服系統(tǒng)等組成。將數(shù)據(jù)總線測試系統(tǒng)作為一個模塊掛載于光電設(shè)備的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上，接收控制計算機(jī)向各模塊發(fā)送的全部信息，各模塊向控制計算機(jī)發(fā)送的信息同樣也被數(shù)據(jù)總線測試系統(tǒng)偵聽到，實現(xiàn)了內(nèi)部總線的雙向監(jiān)控。4）光電設(shè)備完整鏈路測試當(dāng)數(shù)據(jù)總線測試系統(tǒng)向光電設(shè)備接模擬注入航電指令，控制計算機(jī)解析指令使光電設(shè)備內(nèi)部各單體有序工作。同時，數(shù)據(jù)總線測試系統(tǒng)實時監(jiān)控內(nèi)部總線上相關(guān)信息，從而獲取光電設(shè)備內(nèi)外節(jié)點上的全部信息，通過分析判斷，測試光電設(shè)備整個鏈路的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并定位通訊故障。測試結(jié)果匯總?cè)绫?所示。該系統(tǒng)經(jīng)過了硬件驗證，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計要求。在多型光電設(shè)備在線檢測，已經(jīng)穩(wěn)定運行。

3結(jié)束語

利用工控機(jī)為硬件主體的航電總線測試系統(tǒng)，能夠初步為光電設(shè)備提供多種機(jī)載通訊環(huán)境，實現(xiàn)光電設(shè)備多任務(wù)的在線檢測；友好的軟件界面使測試便捷有效；開放的硬件接口使測試系統(tǒng)的升級更易實現(xiàn)，實現(xiàn)了光電設(shè)備多樣化的測試需要，后續(xù)將在此基礎(chǔ)上提升航電總線自動測試系統(tǒng)的工程化技術(shù)研究工作。

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作者：陳靜 田民強(qiáng) 白委寧 劉博 惠進(jìn) 單位：西安建筑科技大學(xué)