一种多功能接口模块测试平台设计和实现

徐文杰，张 楠

（航空工业西安航空计算技术研究所，陕西 西安 710065）

0 引 言

随着总线技术的不断发展，在工业和军事应用领域，嵌入式系统中设备的接口形式已从传统的单一总线逐步向多种总线发展，具有多种接口的多功能接口模块在大量系统中得到更加广泛的应用。为了满足几个多功能接口模块同时测试及试验的目的，对测试及试验平台所能提供的接口种类和数量提出了更高的要求，同时为了提高试验的可靠性，避免测试工装用处理器模块重复试验，需要将工装处理器模块置于温度箱或振动台等试验设备之外。

本文针对多功能接口模块的测试及试验要求，提出一种可以满足其调测需要的测试及试验平台设计方法。该平台可以实现多功能接口模块所有接口的测试，满足试验需要。

1 多功能接口模块测试平台设计

测试平台需要实现对多功能接口模块所有接口的测试，同时需要考虑对被测设备的调试和试验等功能，并支持自动化的配置和测试用例构建。系统组成如图1所示。

1.1 工作原理

系统由测试平台和被测试机箱两部分组成。测试机箱用于安装多功能接口模块，并将多功能接口模块信号进行转接，采用加固设计，可随多功能接口模块完成各种试验。测试平台提供激励信号，通过测试机箱转接到多功能接口模块，并对多功能接口模块输出的信号进行测试。

测试平台由19英寸标准机柜、测试主机、主显示器、DVI显示器以及RGB显示器组成。其中，测试主机提供 ARINC429、RS422、1553B、CAN、FC以及离散量等接口，数据收发IO控制，对DVI和RGB信号进行转换输出。两个显示器用于显示多功能接口模块输出的DVI信号和RGB信号。

测试机箱由有源母板和加固机箱组成，多功能接口模块安装在测试机箱内，模块的所有信号通过母板转接到加固机箱的航空连接器和高速连接器上。测试机箱和测试主机通过电缆连接。在进环境试验或测试时多功能接口模块的RAPIDIO和PCIE信号传输到测试主机的CPU模块中进行测试，1553B总线、FC总线、ARINC429总线、CAN总线、RS422接口以及离散量接口均由测试主机提供激励完成测试。系统工作原理具体框图如图2所示。

图2 系统工作原理框图

1.2 测试平台硬件设计

1.2.1 测试机箱硬件设计

测试机箱的母板主要将插入母板槽位1和槽位2的多功能接口模块输出信号引出到相应的接口上，便于板卡输入输出信号的测试。SRIOX2桥芯片选择IDT公司的80HCPS1616，该芯片可桥接8路SRIOX2。为保证信号完整性，SRIO和PCIe接口均采用航天电器HSJ高速连接器，输入电缆也采用高速成品线缆，通信距离可达2 m。

多功能接口模块输出1553B总线、FC总线、ARINC429总线、CAN总线、RS422接口、视频接口、JTAG接口、以太网接口、复位接口以及离散量接口均通过航插输出。

1.2.2 测试平台硬件设计

测试主机硬件由单板计算机、AC/DC电源、处理板及电气接口组成。其中，单板计算机是设备控制核心，主程序在它上面运行。设备将单板计算机的VGA、USB、LAN接口转接到后面板上以连接显示器、鼠标以及键盘等外部设备，同时单板计算机通过PCIe总线与处理板相连，配置信息和显示数据通过PCIe传送给处理板。

处理板主要包含3部分功能，一是视频处理，二是总线接口处理，三是高速数据采集。视频处理电路通过AD8145差分-单端转换器将差分RGB信号转换为单端信号，通过视频AD转换器TVP7002转换为数字信号送到FPGA进行处理，并通过DVI发送器ADV7513发送到显示器进行显示[1]。由于DVI输入信号640X640分辨率在通用显示器上无法显示，因此通过DVI接收器ADV7610将DVI输入信号送入到FPGA进行视频拼接处理，并通过ADV7513发送到显示器进行显示[2]。

总线接口处理部分电路主要完成与多功能接口模块之间的数据交互及IO控制。1553B、AIRNC429、RS422以及CAN等总线通信都是通过接口芯片/器件+FPGA来实现的。FPGA负责实现总线数据的编码、解析及校验等工作，接口芯片/器件将FPGA IO端口的电平转换为各种总线需要的电平[3]。此外，TTL和离散接口的转换与总线接口的实现方法类似，也是通过接口芯片/器件+FPGA来实现的[4]。

RS422总线接口选用MAX公司的MAX3491ESD总线收发器实现电平的转换，FPGA实现RS422数据的收发。ARINC429总线的数据接收由独立的芯片完成，数据接收由HOLT公司的HI-8588PS芯片实现。该芯片为ARINC429数据接收芯片，429总线直接连接到芯片的数据输入端，429总线信号经转换后直接输入到一个2.5～6.5 V的窗口电压检测器并锁存数据。使用SN74LVC2T45转换电平为3.3 V LVTTL连接FPGA，接收芯片的数据连接到FPGA的I/O管脚。FPGA完成信息的协议处理，以实现数据的接收功能。1553B总线信号通过直接耦合或变压器耦合的方式与1553B总线连接，经过隔离变压器后接入到1553B收发器HI-1567PSI，实现总线数据电平的转换，其他部分采用FPGA来实现[5,6]。CAN总线接口选用TI公司的SN65HVD230QD总线收发器实现电平的转换[7]。这个芯片是CAN专用收发器，ESD能达到16 kV，可有效防治外部静电的破坏，通过光耦HCPL-063L隔离，由FPGA实现CAN数据的收发[[8,9]。TTL离散量接口采用74LVC4245来实现TTL离散接口。74LVC4245是LVTTL/TTL转换芯片，FPGAS输出的LVTTL电平通过74LVC4245转换后变为TTL电平输出。TTL电平输入电平也可通过74LVC4245转换后变为LVTTL电平输出到PFGA。

1.3 测试平台软件设计

测试平台中的软件部分运行在测试平台的处理板上，处理板选用PowerPC处理器实现，包含了MPC8640处理板运行VxWorks操作系统所需的板级支持包（Board Support Package，BSP）和相关硬件驱动，对用户应用程序需要访问的硬件提供访问接口[10]。

本文设计中，操作系统开发环境为Windows7 X64，PowerPC子系统平台软件开发环境的PC端为Wind River WorkBench3.3，硬件平台为PowerPC单元，软件为vxWorks6.9，开发和调试工具分别为SecureCRT6.5.0和WS_FTP95 4.10。

PowerPC子系统平台软件主要包括BSP和驱动程序两部分，BSP提供MPC8640处理板，PowerPC单元硬件运行VxWorks操作系统所需的支持包软件，负责提供可编译Bootrom和VxWorks操作系统镜像的软件支持。Bootrom负责在系统上电后对PowerPC的基本外设，如DDR2存储器、串口控制台以及网口等设备进行初始化工作，初始化成功后，Bootrom引导PowerPC单元至Command Line命令行，用户通过串口控制台进行操作，对启动参数进行配置后引导vxWorks，或倒计时到数后自动引导vxWorks操作系统镜像，实现操作系统的启动。驱动程序负责驱动硬件工作的目标状态，并向用户应用程序提供访问系统硬件资源的软件接口，主要包括NOR FLASH驱动、串口驱动、ADT7410温度传感器驱动、以太网卡驱动以及SRIO和PCIe总线设备驱动等。

2 结 论

本文针对多功能接口模块的测试及试验要求设计了一种集成化和多接口的模块测试平台，实现了对多功能接口模块的全接口测试及系统验证功能。通过管脚编程可动态选择不同测试配置和测试用例，开发了硬件平台及上位机测试软件，既能提高接口测试的覆盖率，又能降低设备成本，是一种统一且综合化强的测试及试验平台，在对多功能接口模块实际测试验证的工程实践中得到了很好的证明。