光電設備的航電總線數據測試分析范文

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摘要：由于單項的專用總線測試系統通用性、兼容性較差，功能擴展和技術升級的難度較大，介紹一個可以支持1553B、ARINC429、CAN、RS232和RS422五種航電標準的數據總線測試系統的設計方案及技術實現。重點介紹了數據總線測試系統的硬件框架組成，同時分析了系統軟件實現方法以及總線邏輯控制設計。該測試系統已成功用于某光電設備在線檢測，經實驗驗證該系統運行穩定可靠。

關鍵詞：測試技術；航空總線；DSP；FPGA

引言

機載光電設備是航空武器裝備的重要組成部分，通過航電總線與載機進行數據交互。航空總線總類繁多，在電氣特征、拓撲結構、數據傳輸格式等各個方面都存在很大的差異，給光電設備的測試和調試帶來了困難。研究智能化、開放式人機交互的通用數據總線測試系統，采用簡潔的操作步驟，完成精確和詳細的通訊測試、故障檢測、數據監控，實現準確的故障定位和實時監控，進而提升光電設備的可靠性，是當前數據總線測試技術研究發展的重點［1－3］。航空總線主要有ARINC419、ARINC429、ARINC629等民用航空總線標準［4－6］和MIL－STD－1553B、GINA等軍用航空總線標準［7－8］，現階段，機載光電設備一般采用INC429總線和1553B總線與載機進行信息交換，光電設備內部采用RS232、RS422、CAN總線完成指令控制和交換。本文針對機載光電設備常用的5種總線標準，設計了一種通用數據總線測試系統，可實現載機總線數據模擬注入、光電設備外部總線通訊監控、光電設備內部通訊信息監控、光電設備完整鏈路測試。

1數據總線測試系統設計

1．1硬件設計航電數據總線測試

系統由工控計算機、航電總線通訊板、航電總線通訊板軟件包組成。工控計算機與航電總線通訊板通過PCIe［9］總線連接，數據總線測試系統硬件原理框圖如圖1所示。航電總線通訊板選用TI公司的TMS320C6713為主核芯片，包括電源供電、復位、時鐘電路，DSP6713、FPGA、CPLD及外部存儲器電路，RS422、RS232、CAN、1553B、429等5種總線接口電路。DSP6713與工控機之間的連接采用FPGA來實現接口轉換。工控機與FPGA采用PCIe接口，FPGA與DSP之間采用HPI接口。由PC機通過PCIe接口提供＋12V系統供電，選用LTM4644電源芯片，完成12V到5V、3．3V、1．8V、1．2V的轉換。其中3．3V電源為電路板工作電平，1．2V電源為DSP6713芯片內核工作電平。LT3580IMS8E電源芯片為429收發驅動器提供負電源。復位電路采用MAX706SEST復位芯片設計，復位可以提供上電復位和手動復位。系統時鐘由有源晶振提供，其中50MHz時鐘晶振為DSP、FPGA、CPLD提供工作時鐘，14．7456MHz時鐘晶振為RS422、RS232提供工作時鐘。DSP6713外部存儲器擴展電路中，Flash芯片采用常用器件AMD公司的AM29LV320D，存儲空間為32Mbit（2M×16－Bit）。SDRAM芯片采用常用器件Micron公司的MT48LC4M32B2，存儲空間為4Meg×32（1Meg×32×4banks）。FPGA采用Xilinx的7系列低功耗FPGAXC7A100T－2FGG484I芯片，該芯片含有一個PCIe單元，FPGA運行所需配置芯片采用S29GL512P11TFI020，它是SPANSION高性能的FLASH存儲器。總線接口電路中RS422信號收發器采用MAX3490，RS232信號收發器采用MAX3232ESE。CAN接口芯片采用TJA1050T。1553B的控制器是HKS289BRM，信號調制解調的隔離變壓器采用的是HOLT公司PM－DB2725EX，收發器采用的是HKA32201－LSB。ARINC429總線控制器采用HOLT公司器件HI－3210，通過SPI與DSP6713通信，ARINC429接收通道使用1片HI－8444驅動器，發送通道使用2片HI－8586。

1．2軟件設計

數據總線測試系統的軟件分為人機交互軟件和航電總線通訊板軟件包。人機交互軟件實現數據通信、數據采集、性能檢測并提供人機界面等功能，采用VC6．0面向對象編程。在人機界面中，測試信號按總線種類不同設有“1553B總線”、“CAN總線”、“429總線”、“RS422通訊”和“RS232通訊”等菜單，每個總線檢測的方法和內容是不一樣的，用戶只需點擊所要測試的總線類型，不同的測試程序開始運行，同時將數據記錄成文本文件。數據總線測試系統的啟動界面如圖2所示。航電總線通訊板軟件包實現測試系統與光電設備之間的總線測試，總線上的數據存儲在DSP6713的外擴SDRAM，通過FPGA讀入工控機。DSP6713與工控機間的數據傳輸采用帶地址自增的讀方式，讀取對象為外擴SDRAM，其最大傳輸速率達到200Mbit／s，很大程度上保證了實時性。

1．3總線邏輯控制設計

航電總線邏輯控制包括CPLD邏輯、DSP6713邏輯、FPGA邏輯控制軟件。CPLD完成EMIF與CAN、1553B、429的邏輯轉換，DSP6713接收FPGA的發送請求，將HPI總線數據通過RS422／232或EMIF總線發出，同時緩存RS422／232或EMIF總線收到的數據，通知FPGA來讀取。FPGA通過HPI與人機交互軟件實現數據交聯。FPGA邏輯控制由XilinxPCIeIP、AXI＿CTRL模塊、AXI＿CTRL＿IRQ模塊、AXI＿BUF模塊、HPI＿DRV模塊組成，實現工控機對DSP的數據寫入和讀出。各功能模塊的主要設計。1）XilinxPCIeIP模塊，用于pcie總線和AXI接口時序轉換。2）AXI＿CTRL模塊，由M＿AXI＿CTRL模塊和S＿AXI＿CTRL模塊組成。M＿AXI＿CTRL模用于接收工控機發送的PCIe讀寫請求命令，當接收到讀寫請求后，將相應的讀寫起始地址，讀寫長度信息，讀寫類型等信息組成一條報文存放在AXI＿BUF模塊中的M＿AXI＿WR＿INFO＿FIFO中。S＿AXI＿CTRL模塊用于向工控機主動發送讀寫請求，并將讀到的數據存入S＿AXI＿RD＿FIFO中。3）AXI＿BUF模塊，由M＿AXI＿WR＿INFO＿FIFO模塊、S＿AXI＿WR＿DATA＿FIFO模塊、S＿AXI＿RD＿DATA＿FIFO模塊組成。M＿AXI＿WR＿INFO＿FIFO模塊用于存放工控機下發的讀寫請求信息；S＿AXI＿RD＿DATA＿FIFO用于存放從工控機讀取到的需要發送給HPI總線的數據，S＿AXI＿WR＿DATA＿FIFO用于存放從HPI總線讀取到的需要發送給向工控機數據。4）AXI＿CTRL＿IRQ模塊，用于向S＿AXI＿CTRL模塊和HPI＿DRV模塊發起讀寫請求。5）HPI＿DRV模塊，用于接收AXI＿CTRL＿IRQ模塊產生的讀寫請求信息，并向HPI總線發送讀寫操作。

2測試系統驗證

使用航電數據總線測試系統，與不同的光電設備連接，進行以下功能測試。1）載機總線數據模擬注入測試系統模擬載機航電系統通過1553B、ARINC429向光電設備發出指令，獲取到光電設備的工作狀態，從而驗證光電設備的工作性能，實現以1553B、ARINC429作為外部總線光電設備的模擬注入及測試。2）光電設備外部總線通訊監控光電設備與測試系統協調工作，此時，數據總線測試系統作為一個監控節點，完成對外部總線上數據流的記錄和分析，實現對外部總線通訊的完整監視。3）光電設備內部通訊信息監控光電設備由電視探測器、紅外熱像儀、激光測距機等多種傳感器及控制計算機和伺服系統等組成。將數據總線測試系統作為一個模塊掛載于光電設備的內部數據總線上，接收控制計算機向各模塊發送的全部信息，各模塊向控制計算機發送的信息同樣也被數據總線測試系統偵聽到，實現了內部總線的雙向監控。4）光電設備完整鏈路測試當數據總線測試系統向光電設備接模擬注入航電指令，控制計算機解析指令使光電設備內部各單體有序工作。同時，數據總線測試系統實時監控內部總線上相關信息，從而獲取光電設備內外節點上的全部信息，通過分析判斷，測試光電設備整個鏈路的工作狀態，及時發現并定位通訊故障。測試結果匯總如表1所示。該系統經過了硬件驗證，達到預期的設計要求。在多型光電設備在線檢測，已經穩定運行。

3結束語

利用工控機為硬件主體的航電總線測試系統，能夠初步為光電設備提供多種機載通訊環境，實現光電設備多任務的在線檢測；友好的軟件界面使測試便捷有效；開放的硬件接口使測試系統的升級更易實現，實現了光電設備多樣化的測試需要，后續將在此基礎上提升航電總線自動測試系統的工程化技術研究工作。

參考文獻：

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作者：陳靜 田民強 白委寧 劉博 惠進 單位：西安建筑科技大學