一種多功能接口模塊測試平臺設計和實現

徐文杰，張 楠

（航空工業西安航空計算技術研究所，陜西 西安 710065）

0 引 言

隨著總線技術的不斷發展，在工業和軍事應用領域，嵌入式系統中設備的接口形式已從傳統的單一總線逐步向多種總線發展，具有多種接口的多功能接口模塊在大量系統中得到更加廣泛的應用。為了滿足幾個多功能接口模塊同時測試及試驗的目的，對測試及試驗平臺所能提供的接口種類和數量提出了更高的要求，同時為了提高試驗的可靠性，避免測試工裝用處理器模塊重復試驗，需要將工裝處理器模塊置于溫度箱或振動臺等試驗設備之外。

本文針對多功能接口模塊的測試及試驗要求，提出一種可以滿足其調測需要的測試及試驗平臺設計方法。該平臺可以實現多功能接口模塊所有接口的測試，滿足試驗需要。

1 多功能接口模塊測試平臺設計

測試平臺需要實現對多功能接口模塊所有接口的測試，同時需要考慮對被測設備的調試和試驗等功能，并支持自動化的配置和測試用例構建。系統組成如圖1所示。

1.1 工作原理

系統由測試平臺和被測試機箱兩部分組成。測試機箱用于安裝多功能接口模塊，并將多功能接口模塊信號進行轉接，采用加固設計，可隨多功能接口模塊完成各種試驗。測試平臺提供激勵信號，通過測試機箱轉接到多功能接口模塊，并對多功能接口模塊輸出的信號進行測試。

測試平臺由19英寸標準機柜、測試主機、主顯示器、DVI顯示器以及RGB顯示器組成。其中，測試主機提供 ARINC429、RS422、1553B、CAN、FC以及離散量等接口，數據收發IO控制，對DVI和RGB信號進行轉換輸出。兩個顯示器用于顯示多功能接口模塊輸出的DVI信號和RGB信號。

測試機箱由有源母板和加固機箱組成，多功能接口模塊安裝在測試機箱內，模塊的所有信號通過母板轉接到加固機箱的航空連接器和高速連接器上。測試機箱和測試主機通過電纜連接。在進環境試驗或測試時多功能接口模塊的RAPIDIO和PCIE信號傳輸到測試主機的CPU模塊中進行測試，1553B總線、FC總線、ARINC429總線、CAN總線、RS422接口以及離散量接口均由測試主機提供激勵完成測試。系統工作原理具體框圖如圖2所示。

圖2 系統工作原理框圖

1.2 測試平臺硬件設計

1.2.1 測試機箱硬件設計

測試機箱的母板主要將插入母板槽位1和槽位2的多功能接口模塊輸出信號引出到相應的接口上，便于板卡輸入輸出信號的測試。SRIOX2橋芯片選擇IDT公司的80HCPS1616，該芯片可橋接8路SRIOX2。為保證信號完整性，SRIO和PCIe接口均采用航天電器HSJ高速連接器，輸入電纜也采用高速成品線纜，通信距離可達2 m。

多功能接口模塊輸出1553B總線、FC總線、ARINC429總線、CAN總線、RS422接口、視頻接口、JTAG接口、以太網接口、復位接口以及離散量接口均通過航插輸出。

1.2.2 測試平臺硬件設計

測試主機硬件由單板計算機、AC/DC電源、處理板及電氣接口組成。其中，單板計算機是設備控制核心，主程序在它上面運行。設備將單板計算機的VGA、USB、LAN接口轉接到后面板上以連接顯示器、鼠標以及鍵盤等外部設備，同時單板計算機通過PCIe總線與處理板相連，配置信息和顯示數據通過PCIe傳送給處理板。

處理板主要包含3部分功能，一是視頻處理，二是總線接口處理，三是高速數據采集。視頻處理電路通過AD8145差分-單端轉換器將差分RGB信號轉換為單端信號，通過視頻AD轉換器TVP7002轉換為數字信號送到FPGA進行處理，并通過DVI發送器ADV7513發送到顯示器進行顯示[1]。由于DVI輸入信號640X640分辨率在通用顯示器上無法顯示，因此通過DVI接收器ADV7610將DVI輸入信號送入到FPGA進行視頻拼接處理，并通過ADV7513發送到顯示器進行顯示[2]。

總線接口處理部分電路主要完成與多功能接口模塊之間的數據交互及IO控制。1553B、AIRNC429、RS422以及CAN等總線通信都是通過接口芯片/器件+FPGA來實現的。FPGA負責實現總線數據的編碼、解析及校驗等工作，接口芯片/器件將FPGA IO端口的電平轉換為各種總線需要的電平[3]。此外，TTL和離散接口的轉換與總線接口的實現方法類似，也是通過接口芯片/器件+FPGA來實現的[4]。

RS422總線接口選用MAX公司的MAX3491ESD總線收發器實現電平的轉換，FPGA實現RS422數據的收發。ARINC429總線的數據接收由獨立的芯片完成，數據接收由HOLT公司的HI-8588PS芯片實現。該芯片為ARINC429數據接收芯片，429總線直接連接到芯片的數據輸入端，429總線信號經轉換后直接輸入到一個2.5～6.5 V的窗口電壓檢測器并鎖存數據。使用SN74LVC2T45轉換電平為3.3 V LVTTL連接FPGA，接收芯片的數據連接到FPGA的I/O管腳。FPGA完成信息的協議處理，以實現數據的接收功能。1553B總線信號通過直接耦合或變壓器耦合的方式與1553B總線連接，經過隔離變壓器后接入到1553B收發器HI-1567PSI，實現總線數據電平的轉換，其他部分采用FPGA來實現[5,6]。CAN總線接口選用TI公司的SN65HVD230QD總線收發器實現電平的轉換[7]。這個芯片是CAN專用收發器，ESD能達到16 kV，可有效防治外部靜電的破壞，通過光耦HCPL-063L隔離，由FPGA實現CAN數據的收發[[8,9]。TTL離散量接口采用74LVC4245來實現TTL離散接口。74LVC4245是LVTTL/TTL轉換芯片，FPGAS輸出的LVTTL電平通過74LVC4245轉換后變為TTL電平輸出。TTL電平輸入電平也可通過74LVC4245轉換后變為LVTTL電平輸出到PFGA。

1.3 測試平臺軟件設計

測試平臺中的軟件部分運行在測試平臺的處理板上，處理板選用PowerPC處理器實現，包含了MPC8640處理板運行VxWorks操作系統所需的板級支持包（Board Support Package，BSP）和相關硬件驅動，對用戶應用程序需要訪問的硬件提供訪問接口[10]。

本文設計中，操作系統開發環境為Windows7 X64，PowerPC子系統平臺軟件開發環境的PC端為Wind River WorkBench3.3，硬件平臺為PowerPC單元，軟件為vxWorks6.9，開發和調試工具分別為SecureCRT6.5.0和WS_FTP95 4.10。

PowerPC子系統平臺軟件主要包括BSP和驅動程序兩部分，BSP提供MPC8640處理板，PowerPC單元硬件運行VxWorks操作系統所需的支持包軟件，負責提供可編譯Bootrom和VxWorks操作系統鏡像的軟件支持。Bootrom負責在系統上電后對PowerPC的基本外設，如DDR2存儲器、串口控制臺以及網口等設備進行初始化工作，初始化成功后，Bootrom引導PowerPC單元至Command Line命令行，用戶通過串口控制臺進行操作，對啟動參數進行配置后引導vxWorks，或倒計時到數后自動引導vxWorks操作系統鏡像，實現操作系統的啟動。驅動程序負責驅動硬件工作的目標狀態，并向用戶應用程序提供訪問系統硬件資源的軟件接口，主要包括NOR FLASH驅動、串口驅動、ADT7410溫度傳感器驅動、以太網卡驅動以及SRIO和PCIe總線設備驅動等。

2 結 論

本文針對多功能接口模塊的測試及試驗要求設計了一種集成化和多接口的模塊測試平臺，實現了對多功能接口模塊的全接口測試及系統驗證功能。通過管腳編程可動態選擇不同測試配置和測試用例，開發了硬件平臺及上位機測試軟件，既能提高接口測試的覆蓋率，又能降低設備成本，是一種統一且綜合化強的測試及試驗平臺，在對多功能接口模塊實際測試驗證的工程實踐中得到了很好的證明。