自定義FPGA測試系統的設計與應用

楊崗

【摘要】本文對于自定義FPGA測試系統的設計與應用進行了簡要的分析，對FPGA測試系統的主要功能進行了介紹，并進行了測試系統的設計和軟件測試，取得了良好的測試結果，能夠有效的保障測試的準確性。

【關鍵詞】自定義FPGA測試系統；軟件測試；Virtex5測試系統

由于電子產品的設計越來越復雜，要對起進行測試就要使用更為復雜的測試方法。通過FPGAPGA能夠提供一個硬件自定義設計途徑，使用戶能夠以軟件編程的方式來對硬件邏輯進行重新配置。這樣一來，軟件工程師的測試時間就得到了縮短。

一、拓撲FPGAPGA測試的功能

1、動態測試盒閉環控制。主要是被測環境和被測系統進行實時信號交互時，被測設備可以通過FPGAPGA來獲得反饋信息，從而使測試覆蓋的范圍滿足相應的要求。在通信系統中經常運用這種方式。2、自定義協議接口。為了避免進行解碼和編碼操作時必須按照傳統協議，可以在硬件上使用FPGAPGA進行解碼和編碼，這樣能夠在自定義簡單協議的基礎上對測試系統的軟件進行簡化，硬件還可以通過FPGAPGA的可重置性得到重復使用。3、自定義采集和觸發。可以將數據記錄功能和自定義觸發功能添加到FPGAPGA上，對傳遞所需的數據進行選擇。由于FPGAPGA 的可重置性，特定硬件的應用要求也可以得到滿足，例如可以對頻譜分析儀進行替代，實現實時頻率觸發功能。4、執行實時連續測量。通過專享的硬件資源，FPGA可以實現快速、高吞吐率的數據處理，使傳統的數據處理模式得到改變，可以通過IO端口采集數據并進行處理，從而使測試時間得到縮短[1]。

二、設計測試系統

本文設計的測試系統為CCD圖像數傳系統測試系統，其不僅具備基本功能，能夠進行全面和深入的性能測試，還具有低成本、便捷性、實時性的優點。對被測設備與FPGA之間的配合進行測試，能夠對被測試系統需要的條件輸出進行模擬，從而驗證被測設備的功能。測量端口和數據能夠在被測系統的故障模式下進行排查，對通信協議進行模擬，能夠對外部信息進行可控加載。對被測設備對輸出數據進行讀取，能夠實現有選擇的數據分析、保存與輸出。該測試系統使用到了XC5VLX50芯片，功能相對簡單，大規模FPGA測試的引腳需求能夠得到滿足，并滿足小規模的數據處理需求。該芯片的IP核與擴展接口能夠滿足常規的接口協議應用。

三、測試軟件

3.1測試軟件的主要組成部分

測試軟件包括FPGA軟件和PC軟件兩大部分，具有實時數據上傳存儲、內部實時數據分析、端口示波器測試3種測試手段。

上位機指令的發送主要由PC軟件來實行，其他可以實現圖像數據的處理、分析和接收、測試用例的設置等等。可以使用串口調試助手來完成485串行指令錯誤用例。圖像數據的存儲、解析和獲取以及指令和參數的設置功能主要由自定義開發的上位機通訊軟件來完成。

測試FPGA軟件主要有以下幾個功能：獲取和解析CCD圖像數據頭，從而獲取和解析CCD圖像原始數據，解析和判讀內部參數；解析和判讀視頻處理器加載參數；模擬北側FPGA異常運行或正常運行所需的外部信號。上述功能主要是通過上位機控制，在自定義485通訊協議的基礎上實現的。

測試設備與PC機通訊指令進行直接連接解析，測試FPGA內部并向被測設備發送，從而獲取被測設備的指令，并設置測試FPGA內部指令[2]。

3.2測試的方法

①端口的狀態和時序：使用示波器進行測量，能夠將操作過程、加載過程、上電過程中的狀態圖得出來。②功能測試。使用485將異常和正常指令發送出去，對返回數據進行觀察。主要有以下幾種返回數據：視頻加載參數、圖像數據、圖像頭參數、內部遙測參數。③模擬通路。對FPGA模擬外圍指令和數據進行測試，與被測設備實現準實時運行，并對被測設備輸出狀態對時序關系和性能進行測量。④錯誤測試和故障測試。⑤魯棒性測試。主要是對同一狀態進行反復測試，判斷系統在異常切換、異常時序、異常操作、錯誤值、典型值、臨界值條件下的反應。⑥可靠性測試。對外部干擾源進行模擬，對系統的可靠程度進行測試，主要使用組合邏輯產生毛刺來模擬外部干擾源，產生的干擾信號低于一個時鐘周期。

四、測試結果

由端口測量和數據分析得到的功能測試結果能夠滿足測試要求，測試系統提高的測試向量能夠進行模擬錯誤模式和故障模式，并對被測設備的運行情況進行觀察。針對被測設備的內部程序容錯機制和輸入條件可以進行可靠性測試和魯棒性測試。對于被測設備出現的問題，能夠通過測試FPGA提供的測試向量進行分析和糾正。

五、結語

綜上所述，自定義的FPGA測試系統具有更加靈活的測試方式，不僅能夠降低測試的難度，而且能夠使被測系統的可靠性要求得到提高，能夠滿足低功耗、高性能的測試要求，并對后續測量過程進行了兼容。

參 考 文 獻

[1] 余銘奇，譚偉，姚錫凡. 基于FPGAPGA和DSP的噴油器霧化粒徑測量系統設計[J]. 計算機測量與控制. 2011（02）

[2] 白明方，楊瑞峰. 高精度角位移測量系統設計[J]. 機械管理開發. 2010（04）