基于KAM500采集器的测试系统设计

胡庆武

摘 要： 为了获取关键测试数据，实时监控系统状态，在有限的空间下组件一套高效的测试系统是至关重要的。根据实际工程测试案例，对以KAM500采集器为核心的测试系统的设计及软件裁剪编译方法进行了分析，为KAM500采集器在实际工程中的应用提供借鉴作用。

关键词： PCM数据； 时统； 429总线； GPS

中图分类号： TN06?34； TP368 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）03?0108?02

Design of test system based on the KAM500 collector

HU Qing?wu

（Shenyang Aircraft Design and Research Institute， Shenyang 110035， China）

Abstract： To obtain key testing data and real?time monitor the system state， it is crucial to set up an efficient testing system in the confined space. Based on a practical engineering test case， the system design and software clipping and compiling of the test system is analyzed， of which the core is KAM500 collector. The system provided a reference for the application of KAM500 in practical engineering.

Keywords： PCM data； time unity； 429 bus； GPS

0 引 言

KAM500数据采集器系统由两大部分组成，即KAM500数据采集器与KSMVZ应用软件[1]。其采用了现场可编程逻辑器件，数据的采集、传输及编码相对独立，所有通道可以同时采样。本文根据实际工程测试需求，构建了以KAM500采集器为核心，辅以离散量采集板、429总线采集板、1553总线采集板构成的测试系统，对429总线信号、1553总线信号以及视频信号进行实时采集记录，系统总体框图如图1所示。该测试方案在实际工程中得到了成功的应用。

1 关键系统电路设计

1.1 时统电路设计

为使所采集的数据有统一的时间基准，需要通过GPS[2-3]授时系统为KAM500采集器授时。目前时码信号应用最普遍的就是IRIGB标准的信号，其包括直流码与交流码。为了适合远距离传输需要，通常选用IRIGB交流码格式，其有很严格的高低幅比值，即调制比要在3∶1到6∶1之间，工程中通常选用[4?5]10∶3。

图1 系统结构框图

根据IRIGB格式信号的上述特点，本文选用了TCG/001板卡来读取时间信息，其上电初期，时间读取模块检查每一位是否有正确的波形、字的位数和类型是否正确，以及每个帧的开始是否有两个有效的参考位。如果SBS和CF位不用，则需将其置零。在IRIGB数据采集电路设计时，接地设计是非常重要的，如果选择的时间源是单端的，那么“地”线应接到IRIGB输入的“负”端。

为了使PCM数据时标可以和视频记录的时标一致，便于后续分析数据，在GPS发生器上并出一路IRIGB信号，供视频图像使用。具体连接方式如图2所示。

1.2 PCM数据传输电路设计

目前，测试系统遥测数据普遍采用PCM格式输出，它是一种符合IRIG?106标准的数据格式，基于这种标准的设备输出的串行比特流以主帧为单元进行循环，而每个主帧又由一系列的子帧或副帧构成，每个子帧由同步码组、数据字构成。由于每个主帧都包含有时间信息，因此，它能很好地解决多个数据流之间的同步问题[6]。

图2 时统电路接线图

基于PCM数据格式的这种特点，本文选用了BCU/001板卡作为采集系统的主控制器，它以时间为标记，实时采集各信号板卡寄存器中的信号，并完成PCM格式数据的转换。在系统设计时，选用的PCM码型为NRZ?L码，信号电平为±2.5 V。因此，在PCM数据传输时[7-8]，为了提高采集数据的抗干扰能力，文中设计了适合长距离传输的422电平连接方式，将PCM数据流存储到所选择的记录设备中。具体连接方式如图3所示。

图3 数据交换电路接线图

2 软件编译设计

测试系统得以成功运行的关键，在于根据每块板卡的数据采集特点对关键参数进行设置与编译。

（1） TCG/001板卡起到时码接收器的作用，分辨率为1 μs，系统漂移小于3 ppm，接收IRIGB时间。在软件编译过程中，如果SBS或CF位不用，则将它们均设置为0。同时，还要修改以下参数：

HI_TIME时间高字：

“TCG1_0_J3_T_H”=“HOUR”；

LO_TIME时间低字：

“TCG1_0_J3_T_L”=“MINUTE”；

MICRO_TIME时间微秒：

“TCG1_0_J3_T_M”=“SECOND”；

（2） 帧结构软件设置

为了将采集到的数据指定到具体的路径下，需要在数据采集前统一规划BCU/001板卡的帧结构设置，通常，帧结构的设置非常灵活，帧结构的字长、子帧长、主帧长、位速率等等可以根据各自的需求逐一设置。在本系统中主要按如下方式设置：

Words/Frame=256；Minor Frames=32；

Bits Per Word=16；

Frame Frequence=8；PCM Code=NRZL；

Synhronization Pattern=FE6B2840h

虽然软件有自动编译功能，但为了进行帧结构的优化，合理分配空间，提高运行效率，建议根据每个参数的采样频率，逐一进行具体路径规划。

ARI/001板卡可以监控8条429总线数据，每个通道最大采样率为500 kHz，其字节定义见表1。为了获取最优的使用效果，可以考虑设置SNARFER滤波器，这样可以在有错误发生时，将其标记下来。同时，需要说明的是，在429总线上，DATA、SDI与SSM的最低有效位是先行传输的，而对于Label则是后传最低有效位[9?10]。

表1 429总线字节定义

[1～8＼&9＼&10＼&11～29＼&30＼&31＼&32＼&Label[7：0]＼&SDI[1：0]＼&Data[0：18]＼&SSM[1：0]＼&P＼&]

软件编译过程中，根据数据字节定义设计硬件线路，主要修改以下参数：

HighMask=0x7fff；LowMask=0xffff；Rate=1；DataWord=Data。

其余参数可以根据不同的测试需求进行设置，在本系统中，进行了裁剪，将HighTime/LowTime/MicroTime/WordCount均设置为0。系统设置完成后，通过compile XID将文件转换成二进制格式，通过program hardware将文件烧写至采集器中。至此，构建的测试系统可以成功的对外部信号进行采集。

3 总 结

通过实际的工程验证，测试数据准确可靠，证明了系统的组建与软件的设置是正确的。随着测试设备的应用越来越普遍，像这种集成简单，软件设置编译灵活的采集设备，必将适用于更多的工程领域。

参考文献

[1] 田方正，颜义红，黄甫大宏，等.新一代机载数据采集器设计思路及应用技术探讨[J].遥测遥控，2004，25（1）：31?35.

[2] 赵一，张中荃，韩悦，等.基于统计网络演算的端到端时延上界研究[J].现代电子技术，2012，35（3）：74?76.

[3] 王千喜，李秋凤，杨晓昆，等.高性能维特比在卫星导航接收机中FPGA实现[J].现代电子技术，2012，35（6）：107?110.

[4] 夏双林.基于GPS的标准时钟系统的设计与实现[D].武汉：华中科技大学，2008.

[5] 雷立动，裴海龙.基于无线数传模块的无人机通信系统设计[J].计算机测量与控制，2012，20（2）：175?178.

[6] 陈广.分布式试飞测试系统总线研究与软件设计[D].成都：电子科技大学，2007.

[7] 单立超，谢雪松，张小玲，等.基于FPGA的混合遥测数据复接收技术的研究[J].电子技术应用，2012，38（10）：11?15.

[8] 郅银周，张彦军，洪应平.基于FPGA的脉冲变换器测试系统设计[J].电测与仪表，2010，47（5）：55?58.

[9] 刘耀军.ARINC429总线在飞机电源功率控制器中的应用[J].计算机测量与控制，2010，18（7）：1545?1548.

[10] 赵显红，何谷惠.基于FPGA的ARINC429机载总线接口[J].现代电子技术，2008，31（10）：93?95.

（2） 帧结构软件设置

为了将采集到的数据指定到具体的路径下，需要在数据采集前统一规划BCU/001板卡的帧结构设置，通常，帧结构的设置非常灵活，帧结构的字长、子帧长、主帧长、位速率等等可以根据各自的需求逐一设置。在本系统中主要按如下方式设置：

Words/Frame=256；Minor Frames=32；

Bits Per Word=16；

Frame Frequence=8；PCM Code=NRZL；

Synhronization Pattern=FE6B2840h

虽然软件有自动编译功能，但为了进行帧结构的优化，合理分配空间，提高运行效率，建议根据每个参数的采样频率，逐一进行具体路径规划。

ARI/001板卡可以监控8条429总线数据，每个通道最大采样率为500 kHz，其字节定义见表1。为了获取最优的使用效果，可以考虑设置SNARFER滤波器，这样可以在有错误发生时，将其标记下来。同时，需要说明的是，在429总线上，DATA、SDI与SSM的最低有效位是先行传输的，而对于Label则是后传最低有效位[9?10]。

表1 429总线字节定义

[1～8＼&9＼&10＼&11～29＼&30＼&31＼&32＼&Label[7：0]＼&SDI[1：0]＼&Data[0：18]＼&SSM[1：0]＼&P＼&]

软件编译过程中，根据数据字节定义设计硬件线路，主要修改以下参数：

HighMask=0x7fff；LowMask=0xffff；Rate=1；DataWord=Data。

其余参数可以根据不同的测试需求进行设置，在本系统中，进行了裁剪，将HighTime/LowTime/MicroTime/WordCount均设置为0。系统设置完成后，通过compile XID将文件转换成二进制格式，通过program hardware将文件烧写至采集器中。至此，构建的测试系统可以成功的对外部信号进行采集。

3 总 结

通过实际的工程验证，测试数据准确可靠，证明了系统的组建与软件的设置是正确的。随着测试设备的应用越来越普遍，像这种集成简单，软件设置编译灵活的采集设备，必将适用于更多的工程领域。

参考文献

[1] 田方正，颜义红，黄甫大宏，等.新一代机载数据采集器设计思路及应用技术探讨[J].遥测遥控，2004，25（1）：31?35.

[2] 赵一，张中荃，韩悦，等.基于统计网络演算的端到端时延上界研究[J].现代电子技术，2012，35（3）：74?76.

[3] 王千喜，李秋凤，杨晓昆，等.高性能维特比在卫星导航接收机中FPGA实现[J].现代电子技术，2012，35（6）：107?110.

[4] 夏双林.基于GPS的标准时钟系统的设计与实现[D].武汉：华中科技大学，2008.

[5] 雷立动，裴海龙.基于无线数传模块的无人机通信系统设计[J].计算机测量与控制，2012，20（2）：175?178.

[6] 陈广.分布式试飞测试系统总线研究与软件设计[D].成都：电子科技大学，2007.

[7] 单立超，谢雪松，张小玲，等.基于FPGA的混合遥测数据复接收技术的研究[J].电子技术应用，2012，38（10）：11?15.

[8] 郅银周，张彦军，洪应平.基于FPGA的脉冲变换器测试系统设计[J].电测与仪表，2010，47（5）：55?58.

[9] 刘耀军.ARINC429总线在飞机电源功率控制器中的应用[J].计算机测量与控制，2010，18（7）：1545?1548.

[10] 赵显红，何谷惠.基于FPGA的ARINC429机载总线接口[J].现代电子技术，2008，31（10）：93?95.

（2） 帧结构软件设置

为了将采集到的数据指定到具体的路径下，需要在数据采集前统一规划BCU/001板卡的帧结构设置，通常，帧结构的设置非常灵活，帧结构的字长、子帧长、主帧长、位速率等等可以根据各自的需求逐一设置。在本系统中主要按如下方式设置：

Words/Frame=256；Minor Frames=32；

Bits Per Word=16；

Frame Frequence=8；PCM Code=NRZL；

Synhronization Pattern=FE6B2840h

虽然软件有自动编译功能，但为了进行帧结构的优化，合理分配空间，提高运行效率，建议根据每个参数的采样频率，逐一进行具体路径规划。

ARI/001板卡可以监控8条429总线数据，每个通道最大采样率为500 kHz，其字节定义见表1。为了获取最优的使用效果，可以考虑设置SNARFER滤波器，这样可以在有错误发生时，将其标记下来。同时，需要说明的是，在429总线上，DATA、SDI与SSM的最低有效位是先行传输的，而对于Label则是后传最低有效位[9?10]。

表1 429总线字节定义

[1～8＼&9＼&10＼&11～29＼&30＼&31＼&32＼&Label[7：0]＼&SDI[1：0]＼&Data[0：18]＼&SSM[1：0]＼&P＼&]

软件编译过程中，根据数据字节定义设计硬件线路，主要修改以下参数：

HighMask=0x7fff；LowMask=0xffff；Rate=1；DataWord=Data。

其余参数可以根据不同的测试需求进行设置，在本系统中，进行了裁剪，将HighTime/LowTime/MicroTime/WordCount均设置为0。系统设置完成后，通过compile XID将文件转换成二进制格式，通过program hardware将文件烧写至采集器中。至此，构建的测试系统可以成功的对外部信号进行采集。

3 总 结

通过实际的工程验证，测试数据准确可靠，证明了系统的组建与软件的设置是正确的。随着测试设备的应用越来越普遍，像这种集成简单，软件设置编译灵活的采集设备，必将适用于更多的工程领域。

参考文献

[1] 田方正，颜义红，黄甫大宏，等.新一代机载数据采集器设计思路及应用技术探讨[J].遥测遥控，2004，25（1）：31?35.

[2] 赵一，张中荃，韩悦，等.基于统计网络演算的端到端时延上界研究[J].现代电子技术，2012，35（3）：74?76.

[3] 王千喜，李秋凤，杨晓昆，等.高性能维特比在卫星导航接收机中FPGA实现[J].现代电子技术，2012，35（6）：107?110.

[4] 夏双林.基于GPS的标准时钟系统的设计与实现[D].武汉：华中科技大学，2008.

[5] 雷立动，裴海龙.基于无线数传模块的无人机通信系统设计[J].计算机测量与控制，2012，20（2）：175?178.

[6] 陈广.分布式试飞测试系统总线研究与软件设计[D].成都：电子科技大学，2007.

[7] 单立超，谢雪松，张小玲，等.基于FPGA的混合遥测数据复接收技术的研究[J].电子技术应用，2012，38（10）：11?15.

[8] 郅银周，张彦军，洪应平.基于FPGA的脉冲变换器测试系统设计[J].电测与仪表，2010，47（5）：55?58.

[9] 刘耀军.ARINC429总线在飞机电源功率控制器中的应用[J].计算机测量与控制，2010，18（7）：1545?1548.

[10] 赵显红，何谷惠.基于FPGA的ARINC429机载总线接口[J].现代电子技术，2008，31（10）：93?95.