基于KAM500采集器的測試系統(tǒng)設計

胡慶武

摘 要： 為了獲取關(guān)鍵測試數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，在有限的空間下組件一套高效的測試系統(tǒng)是至關(guān)重要的。根據(jù)實際工程測試案例，對以KAM500采集器為核心的測試系統(tǒng)的設計及軟件裁剪編譯方法進行了分析，為KAM500采集器在實際工程中的應用提供借鑒作用。

關(guān)鍵詞： PCM數(shù)據(jù)； 時統(tǒng)； 429總線； GPS

中圖分類號： TN06?34； TP368 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）03?0108?02

Design of test system based on the KAM500 collector

HU Qing?wu

（Shenyang Aircraft Design and Research Institute， Shenyang 110035， China）

Abstract： To obtain key testing data and real?time monitor the system state， it is crucial to set up an efficient testing system in the confined space. Based on a practical engineering test case， the system design and software clipping and compiling of the test system is analyzed， of which the core is KAM500 collector. The system provided a reference for the application of KAM500 in practical engineering.

Keywords： PCM data； time unity； 429 bus； GPS

0 引 言

KAM500數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)由兩大部分組成，即KAM500數(shù)據(jù)采集器與KSMVZ應用軟件[1]。其采用了現(xiàn)場可編程邏輯器件，數(shù)據(jù)的采集、傳輸及編碼相對獨立，所有通道可以同時采樣。本文根據(jù)實際工程測試需求，構(gòu)建了以KAM500采集器為核心，輔以離散量采集板、429總線采集板、1553總線采集板構(gòu)成的測試系統(tǒng)，對429總線信號、1553總線信號以及視頻信號進行實時采集記錄，系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。該測試方案在實際工程中得到了成功的應用。

1 關(guān)鍵系統(tǒng)電路設計

1.1 時統(tǒng)電路設計

為使所采集的數(shù)據(jù)有統(tǒng)一的時間基準，需要通過GPS[2-3]授時系統(tǒng)為KAM500采集器授時。目前時碼信號應用最普遍的就是IRIGB標準的信號，其包括直流碼與交流碼。為了適合遠距離傳輸需要，通常選用IRIGB交流碼格式，其有很嚴格的高低幅比值，即調(diào)制比要在3∶1到6∶1之間，工程中通常選用[4?5]10∶3。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)IRIGB格式信號的上述特點，本文選用了TCG/001板卡來讀取時間信息，其上電初期，時間讀取模塊檢查每一位是否有正確的波形、字的位數(shù)和類型是否正確，以及每個幀的開始是否有兩個有效的參考位。如果SBS和CF位不用，則需將其置零。在IRIGB數(shù)據(jù)采集電路設計時，接地設計是非常重要的，如果選擇的時間源是單端的，那么“地”線應接到IRIGB輸入的“負”端。

為了使PCM數(shù)據(jù)時標可以和視頻記錄的時標一致，便于后續(xù)分析數(shù)據(jù)，在GPS發(fā)生器上并出一路IRIGB信號，供視頻圖像使用。具體連接方式如圖2所示。

1.2 PCM數(shù)據(jù)傳輸電路設計

目前，測試系統(tǒng)遙測數(shù)據(jù)普遍采用PCM格式輸出，它是一種符合IRIG?106標準的數(shù)據(jù)格式，基于這種標準的設備輸出的串行比特流以主幀為單元進行循環(huán)，而每個主幀又由一系列的子幀或副幀構(gòu)成，每個子幀由同步碼組、數(shù)據(jù)字構(gòu)成。由于每個主幀都包含有時間信息，因此，它能很好地解決多個數(shù)據(jù)流之間的同步問題[6]。

圖2 時統(tǒng)電路接線圖

基于PCM數(shù)據(jù)格式的這種特點，本文選用了BCU/001板卡作為采集系統(tǒng)的主控制器，它以時間為標記，實時采集各信號板卡寄存器中的信號，并完成PCM格式數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。在系統(tǒng)設計時，選用的PCM碼型為NRZ?L碼，信號電平為±2.5 V。因此，在PCM數(shù)據(jù)傳輸時[7-8]，為了提高采集數(shù)據(jù)的抗干擾能力，文中設計了適合長距離傳輸?shù)?22電平連接方式，將PCM數(shù)據(jù)流存儲到所選擇的記錄設備中。具體連接方式如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)交換電路接線圖

2 軟件編譯設計

測試系統(tǒng)得以成功運行的關(guān)鍵，在于根據(jù)每塊板卡的數(shù)據(jù)采集特點對關(guān)鍵參數(shù)進行設置與編譯。

（1） TCG/001板卡起到時碼接收器的作用，分辨率為1 μs，系統(tǒng)漂移小于3 ppm，接收IRIGB時間。在軟件編譯過程中，如果SBS或CF位不用，則將它們均設置為0。同時，還要修改以下參數(shù)：

HI_TIME時間高字：

“TCG1_0_J3_T_H”=“HOUR”；

LO_TIME時間低字：

“TCG1_0_J3_T_L”=“MINUTE”；

MICRO_TIME時間微秒：

“TCG1_0_J3_T_M”=“SECOND”；

（2） 幀結(jié)構(gòu)軟件設置

為了將采集到的數(shù)據(jù)指定到具體的路徑下，需要在數(shù)據(jù)采集前統(tǒng)一規(guī)劃BCU/001板卡的幀結(jié)構(gòu)設置，通常，幀結(jié)構(gòu)的設置非常靈活，幀結(jié)構(gòu)的字長、子幀長、主幀長、位速率等等可以根據(jù)各自的需求逐一設置。在本系統(tǒng)中主要按如下方式設置：

Words/Frame=256；Minor Frames=32；

Bits Per Word=16；

Frame Frequence=8；PCM Code=NRZL；

Synhronization Pattern=FE6B2840h

雖然軟件有自動編譯功能，但為了進行幀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，合理分配空間，提高運行效率，建議根據(jù)每個參數(shù)的采樣頻率，逐一進行具體路徑規(guī)劃。

ARI/001板卡可以監(jiān)控8條429總線數(shù)據(jù)，每個通道最大采樣率為500 kHz，其字節(jié)定義見表1。為了獲取最優(yōu)的使用效果，可以考慮設置SNARFER濾波器，這樣可以在有錯誤發(fā)生時，將其標記下來。同時，需要說明的是，在429總線上，DATA、SDI與SSM的最低有效位是先行傳輸?shù)模鴮τ贚abel則是后傳最低有效位[9?10]。

表1 429總線字節(jié)定義

[1～8＼&9＼&10＼&11～29＼&30＼&31＼&32＼&Label[7：0]＼&SDI[1：0]＼&Data[0：18]＼&SSM[1：0]＼&P＼&]

軟件編譯過程中，根據(jù)數(shù)據(jù)字節(jié)定義設計硬件線路，主要修改以下參數(shù)：

HighMask=0x7fff；LowMask=0xffff；Rate=1；DataWord=Data。

其余參數(shù)可以根據(jù)不同的測試需求進行設置，在本系統(tǒng)中，進行了裁剪，將HighTime/LowTime/MicroTime/WordCount均設置為0。系統(tǒng)設置完成后，通過compile XID將文件轉(zhuǎn)換成二進制格式，通過program hardware將文件燒寫至采集器中。至此，構(gòu)建的測試系統(tǒng)可以成功的對外部信號進行采集。

3 總 結(jié)

通過實際的工程驗證，測試數(shù)據(jù)準確可靠，證明了系統(tǒng)的組建與軟件的設置是正確的。隨著測試設備的應用越來越普遍，像這種集成簡單，軟件設置編譯靈活的采集設備，必將適用于更多的工程領(lǐng)域。

參考文獻

[1] 田方正，顏義紅，黃甫大宏，等.新一代機載數(shù)據(jù)采集器設計思路及應用技術(shù)探討[J].遙測遙控，2004，25（1）：31?35.

[2] 趙一，張中荃，韓悅，等.基于統(tǒng)計網(wǎng)絡演算的端到端時延上界研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（3）：74?76.

[3] 王千喜，李秋鳳，楊曉昆，等.高性能維特比在衛(wèi)星導航接收機中FPGA實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（6）：107?110.

[4] 夏雙林.基于GPS的標準時鐘系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].武漢：華中科技大學，2008.

[5] 雷立動，裴海龍.基于無線數(shù)傳模塊的無人機通信系統(tǒng)設計[J].計算機測量與控制，2012，20（2）：175?178.

[6] 陳廣.分布式試飛測試系統(tǒng)總線研究與軟件設計[D].成都：電子科技大學，2007.

[7] 單立超，謝雪松，張小玲，等.基于FPGA的混合遙測數(shù)據(jù)復接收技術(shù)的研究[J].電子技術(shù)應用，2012，38（10）：11?15.

[8] 郅銀周，張彥軍，洪應平.基于FPGA的脈沖變換器測試系統(tǒng)設計[J].電測與儀表，2010，47（5）：55?58.

[9] 劉耀軍.ARINC429總線在飛機電源功率控制器中的應用[J].計算機測量與控制，2010，18（7）：1545?1548.

[10] 趙顯紅，何谷惠.基于FPGA的ARINC429機載總線接口[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008，31（10）：93?95.

（2） 幀結(jié)構(gòu)軟件設置

為了將采集到的數(shù)據(jù)指定到具體的路徑下，需要在數(shù)據(jù)采集前統(tǒng)一規(guī)劃BCU/001板卡的幀結(jié)構(gòu)設置，通常，幀結(jié)構(gòu)的設置非常靈活，幀結(jié)構(gòu)的字長、子幀長、主幀長、位速率等等可以根據(jù)各自的需求逐一設置。在本系統(tǒng)中主要按如下方式設置：

Words/Frame=256；Minor Frames=32；

Bits Per Word=16；

Frame Frequence=8；PCM Code=NRZL；

Synhronization Pattern=FE6B2840h

雖然軟件有自動編譯功能，但為了進行幀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，合理分配空間，提高運行效率，建議根據(jù)每個參數(shù)的采樣頻率，逐一進行具體路徑規(guī)劃。

ARI/001板卡可以監(jiān)控8條429總線數(shù)據(jù)，每個通道最大采樣率為500 kHz，其字節(jié)定義見表1。為了獲取最優(yōu)的使用效果，可以考慮設置SNARFER濾波器，這樣可以在有錯誤發(fā)生時，將其標記下來。同時，需要說明的是，在429總線上，DATA、SDI與SSM的最低有效位是先行傳輸?shù)模鴮τ贚abel則是后傳最低有效位[9?10]。

表1 429總線字節(jié)定義

[1～8＼&9＼&10＼&11～29＼&30＼&31＼&32＼&Label[7：0]＼&SDI[1：0]＼&Data[0：18]＼&SSM[1：0]＼&P＼&]

軟件編譯過程中，根據(jù)數(shù)據(jù)字節(jié)定義設計硬件線路，主要修改以下參數(shù)：

HighMask=0x7fff；LowMask=0xffff；Rate=1；DataWord=Data。

其余參數(shù)可以根據(jù)不同的測試需求進行設置，在本系統(tǒng)中，進行了裁剪，將HighTime/LowTime/MicroTime/WordCount均設置為0。系統(tǒng)設置完成后，通過compile XID將文件轉(zhuǎn)換成二進制格式，通過program hardware將文件燒寫至采集器中。至此，構(gòu)建的測試系統(tǒng)可以成功的對外部信號進行采集。

3 總 結(jié)

通過實際的工程驗證，測試數(shù)據(jù)準確可靠，證明了系統(tǒng)的組建與軟件的設置是正確的。隨著測試設備的應用越來越普遍，像這種集成簡單，軟件設置編譯靈活的采集設備，必將適用于更多的工程領(lǐng)域。

參考文獻

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[10] 趙顯紅，何谷惠.基于FPGA的ARINC429機載總線接口[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008，31（10）：93?95.

（2） 幀結(jié)構(gòu)軟件設置

為了將采集到的數(shù)據(jù)指定到具體的路徑下，需要在數(shù)據(jù)采集前統(tǒng)一規(guī)劃BCU/001板卡的幀結(jié)構(gòu)設置，通常，幀結(jié)構(gòu)的設置非常靈活，幀結(jié)構(gòu)的字長、子幀長、主幀長、位速率等等可以根據(jù)各自的需求逐一設置。在本系統(tǒng)中主要按如下方式設置：

Words/Frame=256；Minor Frames=32；

Bits Per Word=16；

Frame Frequence=8；PCM Code=NRZL；

Synhronization Pattern=FE6B2840h

雖然軟件有自動編譯功能，但為了進行幀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，合理分配空間，提高運行效率，建議根據(jù)每個參數(shù)的采樣頻率，逐一進行具體路徑規(guī)劃。

ARI/001板卡可以監(jiān)控8條429總線數(shù)據(jù)，每個通道最大采樣率為500 kHz，其字節(jié)定義見表1。為了獲取最優(yōu)的使用效果，可以考慮設置SNARFER濾波器，這樣可以在有錯誤發(fā)生時，將其標記下來。同時，需要說明的是，在429總線上，DATA、SDI與SSM的最低有效位是先行傳輸?shù)模鴮τ贚abel則是后傳最低有效位[9?10]。

表1 429總線字節(jié)定義

[1～8＼&9＼&10＼&11～29＼&30＼&31＼&32＼&Label[7：0]＼&SDI[1：0]＼&Data[0：18]＼&SSM[1：0]＼&P＼&]

軟件編譯過程中，根據(jù)數(shù)據(jù)字節(jié)定義設計硬件線路，主要修改以下參數(shù)：

HighMask=0x7fff；LowMask=0xffff；Rate=1；DataWord=Data。

其余參數(shù)可以根據(jù)不同的測試需求進行設置，在本系統(tǒng)中，進行了裁剪，將HighTime/LowTime/MicroTime/WordCount均設置為0。系統(tǒng)設置完成后，通過compile XID將文件轉(zhuǎn)換成二進制格式，通過program hardware將文件燒寫至采集器中。至此，構(gòu)建的測試系統(tǒng)可以成功的對外部信號進行采集。

3 總 結(jié)

通過實際的工程驗證，測試數(shù)據(jù)準確可靠，證明了系統(tǒng)的組建與軟件的設置是正確的。隨著測試設備的應用越來越普遍，像這種集成簡單，軟件設置編譯靈活的采集設備，必將適用于更多的工程領(lǐng)域。

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[10] 趙顯紅，何谷惠.基于FPGA的ARINC429機載總線接口[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008，31（10）：93?95.