测试设备研究中的HB6096板卡开发

钱菁华

摘 要 随着航空技术的不断发展，对机载系统的可靠性、保障性、测试性也提出了更高的要求。本文重点阐述了基于测试总线技术的HB6096板卡的开发和应用，使其满足某型飞机无线电系统综合实验需要的试验环境。为今后无线电系统测试设备平台的建设积累宝贵的经验和技术储备。

关键词 HB6096板卡；测试

中图分类号：TN791 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）02-0017-02

在某型飞机无线电系统测试设备的研制中，主要涉及了三个关键技术，分别是HB6096板卡开发、航电系统仿真器设计和无线电设备的仿真器设计。本文主要研究HB6096板卡开发。

1 HB6096板卡的设计与实现

HB6096板卡的功能是多通道产生和接收HB6096数据。即将计算机的数据转换成HB6096的波形发送给其他设备或系统，或将接收到的其它设备或系统的HB6096的波形转换成计算机识别的数据。

1.1 HB6096板卡软硬件设计要求

本文基于测试总线技术的HB6096板卡的开发和应用，对下行的多个设备进行总线仿真，以期达到模拟设备数据通信的目的。

按我公司的要求，需要一块基于PCI接口的多路HB6096板卡，具体设计要求为：

1）标准PCI接口，33MHz/32bits。

2）最大20个接收和20个发送HB6096通道（通道数由用户选择配置）。

3）支持HB6096通讯协议，支持标准传输速率，如100kbps、12.5kbps。

4）要求在PC机的测试环境中，能将HB6096数据发送到20路发送通道的任意一个通道，或者能将20路接收通道接收的数据送到PC机内存作后续处理使用。

1.2 HB6096板卡硬件设计

根据设计要求，板卡硬件包括与PC机接口的PCI接口电路，大规模FPGA（可编程逻辑器件）构成的逻辑电路，以DSP（数字信号处理器）构成的控制处理器，以及20路HB6096收/发外围驱动电路。硬件框图如图1所示。

图1 HB6096板卡硬件结构图

1.2.1 PCI接口电路

PCI接口电路负责PCI数据总线与本地数据总线之间的数据格式转换和信息传输。实现PCI接口的方案可以使用可编程逻辑器件，也可以使用专用总线接口器件。采用可编程逻辑器件实现PCI接口比较灵活，但是难度较大，设计周期较长。这里选择采用专用接口器件设计，专用接口器件功能全而且强大，可以很好实现PCI规范所要求的所有硬件接口信号和配置空间寄存器，能够减少开发时间和成本，大大缩减工作量。

根据设计要求PCI接口电路选用了美国PLX公司生产的PCI总线通用接口芯片PCI9054，使用该专用芯片桥接PCI总线和本地总线，可以不用考虑复杂的PCI总线规范，只需要开发系统的硬件和驱动程序。

1.2.2 FPGA逻辑电路

传统的HB6096总线系统设计大都采用专用芯片的解决方案，但随着航电技术的发展，系统对HB6096总线提出了越来越高的要求，由于旧的方案集成度小、成本高、性能低、可靠性差等缺点逐渐显现，所以已经不能满足新型航电系统的需求。

1.3 HB6096板卡软件设计

HB6096板卡有关信号时序的产生和收发数据的格式转变均在FPGA中通过硬件逻辑完成，软件的设计工作主要是进行有关硬件状态的初始化和控制。下面将以一个收发通道的操作为例，详细说明板卡的编程流程。

1.3.1 系统复位

复位整个发送和接收系统，使其时序统一到初始状态，进行的操作主要为复位寄存器BIT0位写1，进入复位状态，写0复位停止。

1.3.2 总线模块初始化

下面以接收通道0（RX0）和发送通道0（TX0）为例，分别介绍它们的初始化操作。

1）接收通道（RX0）初始化。

初始化接收通道的工作状态和工作参数，执行的过程先将由主机控制的接收读指针寄存器清零。然后设置接收配置寄存器：主要是设置接收波特率，测试环绕等。

2）发送通道（TX0）初始化。

初始化发送通道的工作状态和工作参数，先将由主机控制的发送写指针寄存器清零。

然后设置发送配置寄存器：主要是设置发送波特率，是否奇偶校验等，具体可以看发送配置寄存器的说明。

3）在RX0和TX0初始化完成后，打开通道数据区的使能，即复位寄存器的BIT1位置1。

1.3.3 启动模块的收发

在各收发通道初始化完成后，就可以启动总线模块的收发。具体做法是将复位寄存器的BIT2位置1。

1.3.4 收发HB6096数据

以中断为例，说明总线模块的接收过程。当模块收到数据时，发出中断信号给主机，主机在收到中断信号后，查询中断向量表，确定哪个通道收到数据。确定接收通道后，读取数据，当该通道数据读空时，该中断向量自动清零。接收通道数据读空的条件是接收读指针寄存器和写指针寄存器的模值相等。可以通过接收状态寄存器查询。

总线模块的发送过程，先将发送的数据写入该通道的数据缓冲区，然后设置发送写指针寄存器的偏移值。接下来CPU对双口某一固定地址作写操作，总线模块会将数据区的数据发送出去。发送数据区满的条件是发送读指针寄存器的偏移值比写指针寄存器偏移值在环行存储器前一个地址，该状态可以发送状态寄存器查询。

1.3.5 结束退出

结束退出前，先关闭各通道中断使能位，然后停止收发模块，具体做法是将复位寄存器的BIT2位置0，最后退出程序。

1.4 HB6096板卡设计验证

在PC机上对多个通道进行发送测试，在FPGA中利用ChipScope对发送通道观察波形，波形如图2所示。

图2 多个发送通道同时发送数据波形图

图2中，CLK为时钟信号，CS为片选信号，SA1～SA6为各个发送通道。当主机对该地址选通后，PC机向各个通道分别写入数据，HB6096板卡启动了数据发送过程，分别控制S1-S6各个通道进行转换工作，从每个通道的总线输出管脚上能观察到输出的HB6096数据波形。利用XILINX提供的逻辑分析软件ChipScope还能观察到控制内核对缓存指针的控制，时钟切换以及奇偶校验变化时输出波形发生的相应变化。

同样对接收通道进行测试，当多路总线同时接收到HB6096数据时，HB6096板卡启动了数据接收过程，分别控制各个通道进行数据串并转换工作，最后各路的数据能存入PC机事先划好的内存中，供进一步处理使用。

为验证HB6096板卡的抗干扰能力，通过Conder公司的ARINC429数据测试卡，产生了波特率偏差10%的测试信号，送到HB6096板卡的任何一个接收端口，进行不间断的长时间数据发送、接收测试和数据比较，通过测试，表明该卡在信号波特率偏差达到了15%的情况下，还能可靠的接收。

此外，考虑实际飞机上HB6096电缆长度较长，并且在电缆捆扎中还相邻有其他辐射较强的信号，因此，为模拟真实情况，试验中还采用了脉冲干扰信号叠加在HB6096信号线上测试该卡的抗干扰能力。

2 结论

本文所研究HB6096板卡的开发和是某型机机载系统测试设备的研制中的关键技术之一。HB6096板卡的开发和应用为机载系统测试设备的研制提供了基础保障。该设备在运行中，具有良好的实时性和可靠性，构建了具有远程通讯能力的飞机内部设备的连接、分析、研究、实验、测试和故障诊断的通用平台。

参考文献

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