基于PCI的遙測解調(diào)及遙控注入測試卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、基于pci的遙測解調(diào)及遙控注入測試卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)本文中的測控系統(tǒng)是某型號(hào)無人機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)重要部分。為了對(duì)測控系統(tǒng)的改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)舉行驗(yàn)證，需要對(duì)軟件舉行長久運(yùn)行考核，對(duì)該分系統(tǒng)舉行單機(jī)驗(yàn)收與聯(lián)試，驗(yàn)證其與其它分系統(tǒng)接口的匹配性；同時(shí)還要為測控系統(tǒng)提供真切的物理銜接接口、動(dòng)態(tài)輸入?yún)?shù)，進(jìn)而提供與無人機(jī)同步的運(yùn)行環(huán)境。遙測解調(diào)及遙控注入測試卡是按照驗(yàn)證測控系統(tǒng)工作的需要而設(shè)計(jì)開發(fā)的，它能為其提供遙測解調(diào)、遙控?cái)?shù)據(jù)注入、挺直命令注入、觸點(diǎn)信號(hào)和40khz時(shí)鐘等接口信號(hào)。能對(duì)原測控系統(tǒng)舉行測試的遙測解調(diào)及遙控注入測試卡是isa插卡，用法分別器件來實(shí)現(xiàn)。隨著計(jì)算機(jī)硬件的進(jìn)展，pci已經(jīng)成為當(dāng)今高性能微型

2、計(jì)算機(jī)實(shí)際上的總線標(biāo)準(zhǔn)，pci總線的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于isa總線，因此基于pci的遙測解調(diào)及遙控注入測試卡更符合實(shí)際應(yīng)用的需要。技術(shù)的應(yīng)用日益成熟和廣泛，用fpga芯片替代分別器件將大大提高測試卡的牢靠性。本文論述了基于公司的acexlk系列芯片(如acek1k30qc208等)，采納pci局部總線標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)基于pci的遙測解調(diào)及遙控注入測試卡的一些關(guān)鍵技術(shù)。1 pci局部總線以intel公司為首的pci sig小組推出的pci總線標(biāo)準(zhǔn)是一種高端現(xiàn)代局部總線它具有符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、性能高、成本低、自立于處理器、允許靈便配置、用法壽命長、可操作性強(qiáng)和軟件兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，因此在計(jì)算機(jī)和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)領(lǐng)域具有

3、廣大的應(yīng)用前景。pci總線與傳統(tǒng)isa總線、現(xiàn)代的eisa總線的性能比較如表1所示。pci局部總線是微型計(jì)算機(jī)中處理器存儲(chǔ)器與外圍控制部件、擴(kuò)展卡之間的互銜接口。pci總線規(guī)范是互連機(jī)構(gòu)的協(xié)議及電氣和機(jī)械配置的規(guī)范，其用途是在高度集成的外設(shè)控制器器件、擴(kuò)展板和處理器之間提供一種內(nèi)部聯(lián)結(jié)機(jī)制。本文中的基于pci的遙測解調(diào)及遙控注入測試卡是由pci總線完成測試卡和處理器存儲(chǔ)器的銜接，其在pci總線微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的位置1所示。2 fpga技術(shù)在現(xiàn)代電子系統(tǒng)領(lǐng)域，技術(shù)已經(jīng)逐漸成為電子系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)手段。fpga(現(xiàn)場可編程門陣列)是eda技術(shù)中的一種重要應(yīng)用。fpga器件在結(jié)構(gòu)上由規(guī)律功能塊羅列為陣

4、列，并由可編程的內(nèi)部連線銜接這些功能塊，來實(shí)現(xiàn)一定的規(guī)律功能。設(shè)計(jì)遙測解調(diào)及遙控注入測試卡的數(shù)字和規(guī)律部分均由fpga器件來完成?？紤]到遙測解調(diào)及遙控注入測試卡規(guī)律功能的需要，本設(shè)計(jì)采納altera公司的fpga芯片acek1k50qc208。該芯片具有5萬門可編程規(guī)律單元，屬于sram型的fpga芯片，規(guī)律信息保存在特地的靜態(tài)存儲(chǔ)器中(本設(shè)計(jì)中用法epc1pcepc1pc8芯片作為靜態(tài)儲(chǔ)存器)，上電時(shí)動(dòng)態(tài)加載。這種類型的器件在驗(yàn)證期間可以用法下載工具將規(guī)律加載到芯片中，驗(yàn)證完畢后需要將規(guī)律信息燒寫在靜態(tài)存儲(chǔ)器中，以后系統(tǒng)上電時(shí)，fpga從靜態(tài)存儲(chǔ)器中自動(dòng)加載規(guī)律。用法fpga舉行電路設(shè)計(jì)的步

5、驟為：首先采納目前流行的硬件描述語言 hdl設(shè)計(jì)輸入，即將設(shè)計(jì)的規(guī)律、時(shí)序關(guān)系輸入計(jì)算機(jī)；之后，用法maxplus ii軟件舉行前仿真、綜合、布局布線和后仿真，即驗(yàn)證輸入的硬件描述語言的規(guī)律關(guān)系是否正確，若正確則用抽象語言將規(guī)律描述分解為詳細(xì)的規(guī)律單元，在fpga器件中實(shí)現(xiàn)，并驗(yàn)證布局布線后仿真是否正確；最后，舉行硬件驗(yàn)證，將計(jì)算機(jī)上布局布線之后生成的文件加載到fpga中，以驗(yàn)證它的實(shí)際工作狀況同設(shè)計(jì)是否全都。3 遙測解調(diào)及遙控注入測試卡的設(shè)計(jì)3.1 測試卡的測試接口信號(hào)要求測試卡要按照測試的需要提供測試接口信號(hào)。這些測試接口信號(hào)共包括五類：(1) 遙測解調(diào)信號(hào)：測試卡集成了兩路遙測解調(diào)器的功

6、能。其中每一路遙測解調(diào)器都能夠輸出幀同步信號(hào)、路同步信號(hào)和數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號(hào)。被測系統(tǒng)按照解調(diào)器卡輸出的上述三個(gè)信號(hào)，根據(jù)一定的時(shí)序關(guān)系輸出串行的遙測數(shù)據(jù)。(2) 遙控?cái)?shù)據(jù)注入：測試卡集成了兩路遙控?cái)?shù)據(jù)注入單元。其中每一路遙控?cái)?shù)據(jù)注入單元都能夠提供數(shù)據(jù)有效信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)。(3) 遙控命令：測試卡提供1套24路挺直遙控命令輸出。每路命令處于工作狀態(tài)時(shí)，集電極開路門接通(低電平)；處于非工作狀態(tài)時(shí)，集電極開路門不接通(高電平)。(4) 觸點(diǎn)信號(hào)：測試卡提供1套11路(共22根引腳)觸點(diǎn)輸出信號(hào)。每路觸點(diǎn)信號(hào)為開關(guān)閉合有效，斷開無效。(5) 時(shí)鐘輸出：測試卡提供1路40khz的時(shí)鐘輸出信號(hào)。3.

7、2 測試卡硬件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)在該測試卡的電路系統(tǒng)中，由fpga芯片提供測試接口信號(hào)并實(shí)現(xiàn)軟件接口規(guī)律設(shè)計(jì)；由pci接口芯片實(shí)現(xiàn)測試卡同計(jì)算機(jī)上pci總線的銜接；由分別器件實(shí)現(xiàn)測試接口信號(hào)的輸入輸出。測試卡的硬件原理框圖所示。在圖2中，pci協(xié)議接口電路主要是用法pci總線接口芯片9052來提供高性能的pci總線接口，其用法需要對(duì)它的pci配置寄存器和本地配置寄存器舉行設(shè)置。在pci接口配置電路中，采納93cs46n串行eerom芯片對(duì)9052芯片pci配置寄存器和本地配置寄存器舉行設(shè)置。測試接口信號(hào)規(guī)律電路圍繞fpga芯片acek1kqc208舉行設(shè)計(jì)。該芯片能夠完成測試卡需要的五類測試信號(hào)的規(guī)律

8、設(shè)計(jì)，還能實(shí)現(xiàn)可供用法人員配置的測試卡軟件接口，以及和pci總線接口舉行信號(hào)傳輸?shù)囊?guī)律。acek1kqc208芯片是sram型的fpga芯片，還需要特地的規(guī)律存儲(chǔ)電路來保存上述規(guī)律信息。規(guī)律存儲(chǔ)電路用法靜態(tài)存儲(chǔ)器芯片epc1pc8芯片，系統(tǒng)上電時(shí)，fpga從存儲(chǔ)器中自動(dòng)加載規(guī)律。測試信號(hào)輸入輸出電路完成測試卡與被測設(shè)備的信息交換。對(duì)于測試卡提供的五類測試信息，遙控命令和觸電信號(hào)需要模擬器件和電子開關(guān)舉行轉(zhuǎn)換，而其它信號(hào)則可以通過挺直輸入輸出。工作狀態(tài)顯示電路提供測試卡的工作狀態(tài)，如測試卡是否加電勝利、是否規(guī)律下載勝利、是否在舉行遙控命令注入、是否在舉行遙測數(shù)據(jù)接收等。工作狀態(tài)顯示電路的規(guī)律也來

9、自于測試接口信號(hào)規(guī)律電路。3.3 pci局部總線和測試卡本地總線的銜接本設(shè)計(jì)采納了plx technology公司的pci總線協(xié)議接口芯片9052來實(shí)現(xiàn)pci 總線和本地總線之間的銜接。pci總線協(xié)議接口芯片9052為各類適配卡提供高性能的pci總線接口，可以將pci總線同各種傳輸速率低于132mb/s的本地總線舉行銜接。采納pci總線協(xié)議接口芯片9052來實(shí)現(xiàn)pci總線和本地總線之間的銜接，3所示。因?yàn)?052是特地的pci協(xié)議芯片，所以它的pci端可以挺直通過插卡上的引線和pci插槽銜接。二者銜接時(shí)不用做任何變換，將二者的復(fù)用數(shù)據(jù)線和地址線挺直連通，將9052的pci端的控制線與pci插槽

10、上的作為從設(shè)備的控制線挺直連通即可。9052芯片本地端接口和fpga芯片的銜接也就是pci總線接口和測試卡本地總線的銜接，是本接口卡設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵。在fpga芯片的規(guī)律設(shè)計(jì)中，按照測試卡對(duì)主機(jī)系統(tǒng)資源的需求，提供了一個(gè)測試卡本地總線接口。本地總線接口包括4k字節(jié)的存儲(chǔ)器和16字節(jié)的寄存器，所以將要用法9052芯片的兩個(gè)地址空間分離設(shè)置為4k字節(jié)和16字節(jié)，將存儲(chǔ)器和寄存器空間分開。在地址線和數(shù)據(jù)線的設(shè)計(jì)上，采納地址線和數(shù)據(jù)線非復(fù)用模式，本地的地址線和數(shù)據(jù)線分離與9052本地端的地址線和數(shù)據(jù)線銜接。在控制線的設(shè)計(jì)上，按照二者的讀寫時(shí)序，將9052芯片設(shè)置為挺直讀寫的方式，用9052芯片的讀信號(hào)和

11、寫信號(hào)挺直驅(qū)動(dòng)本地總線的讀寫信號(hào)。另外還要用法9052芯片提供的一個(gè)片選信號(hào)，來挑選不同的16個(gè)字節(jié)的寄存器地址空間。9052本地端和bu-61580要采納同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，以保證二者讀寫時(shí)序的同步。3.4 測試卡軟件接口的設(shè)計(jì)測試用戶需要對(duì)測試卡舉行軟件設(shè)置，來實(shí)現(xiàn)遙控注入數(shù)據(jù)、遙測和遙控幀長、遙控?cái)?shù)據(jù)發(fā)送等。這些軟件接口是通過fpga芯片舉行規(guī)律設(shè)計(jì)來提供的。測試卡加電后，這些軟件接口就存在于測試卡上，通過軟件編程可以控制軟件接口，來實(shí)現(xiàn)測試卡的測試工作。測試卡實(shí)現(xiàn)的軟件接口如表2所示。4 測試卡與其配套軟件的數(shù)據(jù)流和控制流遙測解調(diào)及遙控注入測試卡要和其配套的軟件接口卡驅(qū)動(dòng)程序(vxd)及用戶菜單應(yīng)用軟件共同用法。遙測解調(diào)及遙控注入測試卡作為硬件biu同被測測控系統(tǒng)銜接，負(fù)責(zé)接收與發(fā)送各類測試數(shù)據(jù)，并且可以由主機(jī)來配置測試卡上的寄存器。驅(qū)動(dòng)程序則作為遙測解調(diào)及遙控注入測試卡和用戶菜單軟件的接口程序，負(fù)責(zé)接收菜單軟件的指令