測試設備研究中的HB6096板卡開發

錢菁華

摘 要 隨著航空技術的不斷發展，對機載系統的可靠性、保障性、測試性也提出了更高的要求。本文重點闡述了基于測試總線技術的HB6096板卡的開發和應用，使其滿足某型飛機無線電系統綜合實驗需要的試驗環境。為今后無線電系統測試設備平臺的建設積累寶貴的經驗和技術儲備。

關鍵詞 HB6096板卡；測試

中圖分類號：TN791 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）02-0017-02

在某型飛機無線電系統測試設備的研制中，主要涉及了三個關鍵技術，分別是HB6096板卡開發、航電系統仿真器設計和無線電設備的仿真器設計。本文主要研究HB6096板卡開發。

1 HB6096板卡的設計與實現

HB6096板卡的功能是多通道產生和接收HB6096數據。即將計算機的數據轉換成HB6096的波形發送給其他設備或系統，或將接收到的其它設備或系統的HB6096的波形轉換成計算機識別的數據。

1.1 HB6096板卡軟硬件設計要求

本文基于測試總線技術的HB6096板卡的開發和應用，對下行的多個設備進行總線仿真，以期達到模擬設備數據通信的目的。

按我公司的要求，需要一塊基于PCI接口的多路HB6096板卡，具體設計要求為：

1）標準PCI接口，33MHz/32bits。

2）最大20個接收和20個發送HB6096通道（通道數由用戶選擇配置）。

3）支持HB6096通訊協議，支持標準傳輸速率，如100kbps、12.5kbps。

4）要求在PC機的測試環境中，能將HB6096數據發送到20路發送通道的任意一個通道，或者能將20路接收通道接收的數據送到PC機內存作后續處理使用。

1.2 HB6096板卡硬件設計

根據設計要求，板卡硬件包括與PC機接口的PCI接口電路，大規模FPGA（可編程邏輯器件）構成的邏輯電路，以DSP（數字信號處理器）構成的控制處理器，以及20路HB6096收/發外圍驅動電路。硬件框圖如圖1所示。

圖1 HB6096板卡硬件結構圖

1.2.1 PCI接口電路

PCI接口電路負責PCI數據總線與本地數據總線之間的數據格式轉換和信息傳輸。實現PCI接口的方案可以使用可編程邏輯器件，也可以使用專用總線接口器件。采用可編程邏輯器件實現PCI接口比較靈活，但是難度較大，設計周期較長。這里選擇采用專用接口器件設計，專用接口器件功能全而且強大，可以很好實現PCI規范所要求的所有硬件接口信號和配置空間寄存器，能夠減少開發時間和成本，大大縮減工作量。

根據設計要求PCI接口電路選用了美國PLX公司生產的PCI總線通用接口芯片PCI9054，使用該專用芯片橋接PCI總線和本地總線，可以不用考慮復雜的PCI總線規范，只需要開發系統的硬件和驅動程序。

1.2.2 FPGA邏輯電路

傳統的HB6096總線系統設計大都采用專用芯片的解決方案，但隨著航電技術的發展，系統對HB6096總線提出了越來越高的要求，由于舊的方案集成度小、成本高、性能低、可靠性差等缺點逐漸顯現，所以已經不能滿足新型航電系統的需求。

1.3 HB6096板卡軟件設計

HB6096板卡有關信號時序的產生和收發數據的格式轉變均在FPGA中通過硬件邏輯完成，軟件的設計工作主要是進行有關硬件狀態的初始化和控制。下面將以一個收發通道的操作為例，詳細說明板卡的編程流程。

1.3.1 系統復位

復位整個發送和接收系統，使其時序統一到初始狀態，進行的操作主要為復位寄存器BIT0位寫1，進入復位狀態，寫0復位停止。

1.3.2 總線模塊初始化

下面以接收通道0（RX0）和發送通道0（TX0）為例，分別介紹它們的初始化操作。

1）接收通道（RX0）初始化。

初始化接收通道的工作狀態和工作參數，執行的過程先將由主機控制的接收讀指針寄存器清零。然后設置接收配置寄存器：主要是設置接收波特率，測試環繞等。

2）發送通道（TX0）初始化。

初始化發送通道的工作狀態和工作參數，先將由主機控制的發送寫指針寄存器清零。

然后設置發送配置寄存器：主要是設置發送波特率，是否奇偶校驗等，具體可以看發送配置寄存器的說明。

3）在RX0和TX0初始化完成后，打開通道數據區的使能，即復位寄存器的BIT1位置1。

1.3.3 啟動模塊的收發

在各收發通道初始化完成后，就可以啟動總線模塊的收發。具體做法是將復位寄存器的BIT2位置1。

1.3.4 收發HB6096數據

以中斷為例，說明總線模塊的接收過程。當模塊收到數據時，發出中斷信號給主機，主機在收到中斷信號后，查詢中斷向量表，確定哪個通道收到數據。確定接收通道后，讀取數據，當該通道數據讀空時，該中斷向量自動清零。接收通道數據讀空的條件是接收讀指針寄存器和寫指針寄存器的模值相等。可以通過接收狀態寄存器查詢。

總線模塊的發送過程，先將發送的數據寫入該通道的數據緩沖區，然后設置發送寫指針寄存器的偏移值。接下來CPU對雙口某一固定地址作寫操作，總線模塊會將數據區的數據發送出去。發送數據區滿的條件是發送讀指針寄存器的偏移值比寫指針寄存器偏移值在環行存儲器前一個地址，該狀態可以發送狀態寄存器查詢。

1.3.5 結束退出

結束退出前，先關閉各通道中斷使能位，然后停止收發模塊，具體做法是將復位寄存器的BIT2位置0，最后退出程序。

1.4 HB6096板卡設計驗證

在PC機上對多個通道進行發送測試，在FPGA中利用ChipScope對發送通道觀察波形，波形如圖2所示。

圖2 多個發送通道同時發送數據波形圖

圖2中，CLK為時鐘信號，CS為片選信號，SA1～SA6為各個發送通道。當主機對該地址選通后，PC機向各個通道分別寫入數據，HB6096板卡啟動了數據發送過程，分別控制S1-S6各個通道進行轉換工作，從每個通道的總線輸出管腳上能觀察到輸出的HB6096數據波形。利用XILINX提供的邏輯分析軟件ChipScope還能觀察到控制內核對緩存指針的控制，時鐘切換以及奇偶校驗變化時輸出波形發生的相應變化。

同樣對接收通道進行測試，當多路總線同時接收到HB6096數據時，HB6096板卡啟動了數據接收過程，分別控制各個通道進行數據串并轉換工作，最后各路的數據能存入PC機事先劃好的內存中，供進一步處理使用。

為驗證HB6096板卡的抗干擾能力，通過Conder公司的ARINC429數據測試卡，產生了波特率偏差10%的測試信號，送到HB6096板卡的任何一個接收端口，進行不間斷的長時間數據發送、接收測試和數據比較，通過測試，表明該卡在信號波特率偏差達到了15%的情況下，還能可靠的接收。

此外，考慮實際飛機上HB6096電纜長度較長，并且在電纜捆扎中還相鄰有其他輻射較強的信號，因此，為模擬真實情況，試驗中還采用了脈沖干擾信號疊加在HB6096信號線上測試該卡的抗干擾能力。

2 結論

本文所研究HB6096板卡的開發和是某型機機載系統測試設備的研制中的關鍵技術之一。HB6096板卡的開發和應用為機載系統測試設備的研制提供了基礎保障。該設備在運行中，具有良好的實時性和可靠性，構建了具有遠程通訊能力的飛機內部設備的連接、分析、研究、實驗、測試和故障診斷的通用平臺。

參考文獻

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