基于ATCA架构的并发SRIO测试系统设计

孟珞珈

（中国电子科技集团公司第三十研究所，四川成都，610041）

基于ATCA架构的并发SRIO测试系统设计

孟珞珈

（中国电子科技集团公司第三十研究所，四川成都，610041）

本文通过对SRIO总线板卡在量产过程中的功能、性能集成测试需求进行分析，并结合当前测试技术发展趋势，提出一种基于ATCA架构的SRIO自动测试系统实现方案，以解决SRIO总线板卡在量产测试时，由于固定SRIO端口号、网络IP以及MAC地址，导致无法直接进行并发测试的问题。该方案采用了先进的系统架构，支持并发测试，能够满足产品量产测试需求，有效提高生产测试效率，并具备良好的通用性和扩展性，可作为基础性测试平台进行推广应用。

SRIO测试系统；ATCA架构；并发测试

0　引言

随着通信总线技术的不断发展，板卡类通信产品越来越多的采用高速串行总线技术，以实现更高的通信带宽与速率。基于VPX标准的串行RapidIO（SRIO）具有高可靠、高带宽的特点，并且针对嵌入式系统进行了优化，因此在军工通信领域的产品设计中被广泛采用。该类产品形态以3U板卡为主，接口采用Multi-GigRT2连接器，支持SRIO 1x/4x串行协议，同时扩展有以太网口及其它基本接口。该类产品进行量产测试时，通常是将测试对象接入宿主机，用户操作宿主机的测试软件进行测试。这种测试方法的缺点是方式单一，自动化程度与测试效率极低，人力资源耗费大，无法满足产品定制化与规模化生产的需求。为解决测试能力的不足，提升测试过程中的自动化、智能化程度，提高测试效率，减少人工干预，满足产品定制化需求，需从测试系统架构入手，采用先进平台架构，结合标准设计规范，设计兼具通用性与扩展性的自动测试系统。

1　重点解决的问题

从SRIO板卡类通信产品的技术特点进行分析，在生产测试阶段，软硬件版本均已经固化到产品中，SRIO端口号、网络IP以及MAC地址等参数均相同，若采用SRIO交换以及网络交换的方式来进行通信，则测试时需实时修改和配置相关参数，无法满足自动、并发以及快速测试的要求。因此，需设计分布式的测试逻辑架构，该测试逻辑架构应具备多条测试通道，测试通道可同时独立运行且互不干扰，依靠单条测试通道实现单台产品的接口适配及测试信息采集，再通过网络交换实现测试信息的汇总处理，从而避免实时修改和配置产品参数，保证产品在测试过程中的状态一致性。

通过对平台及总线技术进行调研分析，采用ATCA系统架构可有效解决上述需求，且在处理能力、系统管控以及整机散热上有明显优势，支持并发测试，其通过高速串行总线交换+网状背板的方式，既能有效解决通信中的带宽瓶颈，也支持系统中各单元之间的独立运行与灵活互换。ATCA测试系统平台架构如图 1所示。

图 1 ATCA测试系统平台架构图

本文以解决SRIO板卡类通信产品的功能、性能集成测试为出发点，同时考虑到通用性和扩展性，提出了一种基于ATCA架构的并发SRIO测试系统解决方案，以支持3U结构形态的SRIO板卡为主，配合支持一键快速测试功能的自动测试软件，测试效率与测试灵活性大大提高。且测试单元之间可灵活互换，支持升级测试单元，满足其它定制结构形态的产品接入测试。文中重点对系统的总体架构、主要单元及测试软件进行了详细设计分析。

2　测试系统架构设计

SRIO测试系统设计为标准上架式整机设备，机箱内安装各个单元模块。测试软件安装在测试系统上，系统支持外接鼠标、键盘及显示器，整机采用交流220V供电。上电后，系统通过I2C总线对各个单元模块进行工作状态的初始化配置。工作时，用户操作测试软件，通过选择测试对象，设置测试参数，实现对测试对象功能、性能的测试。测试软件对测试数据进行诊断和分析，并将测试结果通过人机交互界面与用户进行交互。其应用方式如图 2所示。

图 2 SRIO测试系统应用方式图

SRIO测试系统按ATCA架构进行系统设计，通过对各硬件模块功能进行分类整理，提炼出相对独立通用的功能单元。SRIO测试系统的硬件单元主要分为电源单元、主控单元、交换单元以及6路独立的测试单元，各单元通过系统背板与主控单元进行交换互通。系统背板总线主要包括系统电源（POWER）、系统管理总线（I2C）和测试业务总线（Gbe），系统主机原理如图 3所示：

图 3 SRIO测试系统设计原理图

3　主要技术指标

本系统的主要技术指标包括：①实现6路并发测试通道；②系统交换总线采用千兆以太网交换；③系统扩展VGA接口、USB2.0接口、LAN接口等通用接口；④系统采用交流供电，功耗≤250W；⑤操作系统支持Windows XP及以上；⑥支持对测试对象进行状态查询、参数设置、功能测试、性能测试以及互通测试。

4　主要单元设计

4.1主控单元设计

主控单元作为测试系统的核心处理单元，采用高性能的计算机模块作为处理器，设计载板用于通用接口扩展。主控单元是运行操作系统及测试软件的主平台，负责测试业务的发起以及测试信息汇总、处理及输出显示。通过系统管理总线（I2C）对系统各单元进行统一管理和调度控制，包括单元开关电控制、主要芯片工作参数配置等；通过测试业务总线（Gbe）接入交换单元，实现与各测试单元之间的测试控制信息交互，对测试过程进行控制；通过载板扩展出对外综合接口，用于连接显控设备及其它通用仪器。

4.2系统背板与交换单元设计

系统背板为混合背板，主要接插件采用VPX标准接插件，为系统中各单元提供物理和电器互联。背板主要总线包括系统管理总线（I2C）和测试业务总线（Gbe），拓扑采用单星型结构，传输协议采用标准的以太网协议。背板提供9个槽位，其中电源槽、系统槽和交换槽依次固定在1-3号槽位，分别对应电源单元、主控单元和网络交换单元；4-9号槽位为仪器槽，对应测试单元。

交换单元按照二层交换机的思想进行设计。采用BCM5396做为千兆以太网的交换芯片，实现主控单元与测试单元之间千兆网络数据交换。

4.3测试单元设计

测试单元作为系统中直接与测试对象进行电气信号连接的单元，是测试系统设计的重点与难点。测试单元与测试对象之间采用Multi-GigRT2连接器进行物理接口适配，实现控制总线以及业务总线的交互、测试系统通用测试协议到测试对象专用协议之间的转换，以及对测试对象进行供电。测试单元在硬件设计上采用DSP+FPGA的架构实现，其原理框图如图 4所示。

图 4测试单元设计原理图

其中，DSP采用了TI 公司的TMS320C6455，既作为SRIO接口通信芯片，也是测试单元的主处理核心，实现对测试单元各芯片的管理和控制，网络协议的应用层处理以及SRIO接口适配。FPGA采用Xilinx公司Sparten6系列XC6SLX150T芯片，通过芯片集成的2路千兆MAC收发器可分别实现与测试对象以及背板单元的网络通信；通过FPGA的逻辑设计实现网络协议的处理，以及与DSP之间的同步EMIF通信。

5　测试软件设计

测试软件在总体架上采用了分层设计理念，从下到上分别是系统层、适配层、数据层和应用层，系统层采用Windows XP及以上操作系统，安装相关设备驱动；适配层抽象出统一的接口支撑上层软件的开发设计；数据层实现测试数据收发缓存处理、数据封装解析以及测试结果判断；应用层实现人机交互，包括显控外设的输入输出处理，软件配置管理以及日志存取操作。测试软件架构图如图 5所示。

图 5测试软件架构图

测试时，主控单元运行的测试软件根据测试功能项的不同，调用相应的测试指令通过交换网络发往对应测试单元。测试单元对测试指令进行解析和转换，对测试对象的工作状态进行控制，并按照测试对象的接口协议转发测试指令；测试对象执行测试指令并将测试结果按照接口协议发送到测试单元，测试单元将测试结果封装成测试数据帧，通过交换网络发送到主控单元，通过测试软件进行分析处理及可视化呈现。

6　结束语

本文设计了一种基于ATCA架构的SRIO总线类板卡通用测试系统，该系统提供6路并发SRIO测试通道，支持千兆网络无阻塞交换，并且成功解决了SRIO总线类板卡在量产测试时，由于固定SRIO端口号、网络IP以及MAC地址，导致无法直接通过网络交换方式进行并发测试的问题。在测试软件设计上采用层次化设计，消除硬件及系统差异给软件设计带来的影响，有效减少各层次、各模块之间的耦合。该测试系统集成度高，可扩展性强，具备较高的自动化测试能力。经实际验证，该测试系统可满足SRIO总线类板卡的量产测试需求，测试效率较以前提高了近6倍，是ATCA架构与测试技术相结合的成功应用。

［1］王洛欣，申卫昌，朱莉明等.先进的通信计算机架构ATCA及应用研究［J］，科学技术与工程，2006，6（14）：2132-2134.

［2］蒙佺.VPX抗恶劣环境通信计算机平台关键技术研究［J］，测控技术，2012，31（10）：88.

［3］刘斌，孙铨钰.基于ATCA架构的加固服务器主模块设计技术［J］，计算机测量与控制，2014，22（5）：1594.

［4］俞建，周维超，刘坤.DSP与FPGA的SRIO互连设计［J］，半导体光电，2012，12（6）：903.

The design of concurrent SRIO test system based on ATCA

Meng Luojia
（No.30 Institute of CETC，Chengdu Sichuan 610041，China）

This paper introduce an automatic SRIO test system，which based on ATCA architecture and combined with technology development trend of test ，in order to slove the problem that SRIO bus card can’t support concurrent test because of fixed parameter such as SRIO port，IP and MAC address，and match the needs of the SRIO bus card’s integration of function and performance test requirements in the process of mass production.The design of test system，using advanced system architecture，has a concurrent test mechanism，which can improve the test efficiency.This test system has good versatility and expansibility，can be used as a basic test platform in the similar application.

SRIO test system；ATCA；concurrent test

TN06

A