一種多接口通信子卡的試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)

楊媛媛　王曉華　馮思桐　徐玉杰

摘要：本文介紹了一種多接口通信子卡的試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)方案。子卡具備CAMLINK接口、CAN接口以及FC通信接口三種通信接口，在綜合考慮資源因素、經(jīng)濟(jì)因素、結(jié)構(gòu)因素、維修因素等多方面因素后，設(shè)計(jì)的工裝最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)需求。

關(guān)鍵詞：CAMLINK接口;CAN接口;FC接口

中圖分類號(hào)： TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）06-0240-03

Abstract： This paper introduces the design scheme of a test fixture for multi - interface communication card. The card has CAMLINK interface， CAN interface and FC communication interface. After comprehensive consideration of resource factors， economic factors， structural factors， maintenance factors and other factors， the designed tooling finally realizes the target requirements.

Key words： Camlink;Can;FC

1 多接口通信子卡

本文所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)工裝的目標(biāo)對(duì)象為一款多接口通信子卡（以下簡(jiǎn)稱通信子卡），通信子卡上集成了CAMLINK接口、CAN接口和FC接口三種通信接口，其中FC接口及CAN為雙向輸入輸出接口，CAMLINK為輸入接口。通信子卡的結(jié)構(gòu)組成及通信數(shù)據(jù)流見(jiàn)下圖。

通信子卡使用CAMLINK接口作為L(zhǎng)VDS數(shù)字視頻流的輸入接口，CAMLINK接口使用標(biāo)準(zhǔn)CAMLINK接口芯片，實(shí)現(xiàn)串行高速數(shù)據(jù)的解碼和轉(zhuǎn)換。在接收到LVDS數(shù)字視頻數(shù)據(jù)后，通信子卡邏輯的CAMLINK組件單元完成數(shù)據(jù)采集，并將采集到的圖像數(shù)據(jù)作為負(fù)載Payload，由子卡邏輯的FC組件按標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議幀結(jié)構(gòu)組織FC流消息并發(fā)送出去，直至一副圖像數(shù)據(jù)被完整發(fā)送至FC網(wǎng)絡(luò)。

通信子卡通過(guò)CAN總線接口接收前端系統(tǒng)中的CAN數(shù)據(jù)，CAN總線接口使用標(biāo)準(zhǔn)CAN接口協(xié)議芯片和CAN收發(fā)器實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)幀格式采用CAN2.0B標(biāo)準(zhǔn)幀格式，支持最高通訊速率1Mbps。通信協(xié)議支持選擇性接收，可以通過(guò)設(shè)置濾波參數(shù)來(lái)過(guò)濾由串行CAN總線上獲得的數(shù)據(jù)。在接收到CAN消息后，由通信子卡邏輯的CAN組件單元進(jìn)行濾波選擇，將滿足接收要求的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在協(xié)議芯片中，按規(guī)定解析后將數(shù)據(jù)傳遞至內(nèi)部RAM中，通信子卡邏輯的FC組件從內(nèi)部RAM中獲取數(shù)據(jù)，將整個(gè)CAN消息作為負(fù)載Payload，按標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議幀結(jié)構(gòu)組織FC短消息并發(fā)送至FC網(wǎng)絡(luò)。

通信子卡通過(guò)FC接口接收后端的控制信息和工作參數(shù)，F(xiàn)C接口使用FPGA芯片及光電收發(fā)器實(shí)現(xiàn)，采用標(biāo)準(zhǔn)FC協(xié)議進(jìn)行通信，傳輸速率為2.0Gbps。在接收到FC消息后，通信子卡邏輯的FC組件單元按FC協(xié)議解析并將Payload數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到內(nèi)部RAM中，子卡邏輯的CAN組件單元從RAM中獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行分包，將分包后的數(shù)據(jù)內(nèi)容按CAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并通過(guò)CAN接口分包發(fā)送至前端。

2 試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)方案

針對(duì)通信子卡本身的特點(diǎn)，其試驗(yàn)要求使產(chǎn)品在正常通信條件下，經(jīng)歷高溫、低溫、振動(dòng)等試驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)，觀察在各種試驗(yàn)測(cè)試條件下，通信子卡是否能持續(xù)正常通信。試驗(yàn)工裝必須解決的問(wèn)題如下：1）必須有可靠的外部CAMLINK數(shù)據(jù)源;2）必須有可靠的外部CAN數(shù)據(jù)源;3）必須有可靠的外部FC數(shù)據(jù)源;4）盡量減少外部設(shè)備數(shù)量，減輕試驗(yàn)搭建難度，降低外圍設(shè)備對(duì)試驗(yàn)的影響;5）必須保證各通信接口的通信效率、通信協(xié)議符合性和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性;3）各待測(cè)模塊的統(tǒng)一供電;4）試驗(yàn)設(shè)備的可擴(kuò)充性和經(jīng)濟(jì)性、可靠性，，盡量采用現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品。綜合考慮如上因素，形成的試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)方案如下。

2.1 供電平臺(tái)

方案設(shè)計(jì)了通信子卡適配平臺(tái)提供測(cè)試設(shè)備的供電和卡槽，可以根據(jù)通信子卡的生產(chǎn)情況、試驗(yàn)臺(tái)的大小、各接口通信處理能力、功耗等因素來(lái)評(píng)估具體設(shè)計(jì)多少個(gè)卡槽。

2.2 CAMLINK接口

方案設(shè)計(jì)使用定制的CAMLINK信號(hào)發(fā)生器作為CAMLINK數(shù)據(jù)源。信號(hào)發(fā)生器由CameraLink信號(hào)發(fā)生器（硬件）和信號(hào)發(fā)生器配置軟件組成，是一款能輸出多種圖像格式的設(shè)備，應(yīng)用于圖像采集和處理系統(tǒng)的功能驗(yàn)證和性能測(cè)試。信號(hào)發(fā)生器能通過(guò)配套的信號(hào)發(fā)生器配置軟件配置輸出圖像的時(shí)序和數(shù)據(jù)內(nèi)容。信號(hào)發(fā)生器可以通過(guò)設(shè)置圖像參數(shù)，輸出規(guī)定行數(shù)和規(guī)定列數(shù)的LVDS模擬圖像數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)內(nèi)容為：第一行數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)起始值，第二行的第一個(gè)數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)起始值，且數(shù)據(jù)依次以遞增步進(jìn)為步進(jìn)進(jìn)行數(shù)據(jù)值的遞增，直至數(shù)據(jù)位滿，然后歸0，繼續(xù)遞增至位滿。重復(fù)從0遞增至位滿的數(shù)據(jù)規(guī)律直至一幀數(shù)據(jù)結(jié)束。每一幀數(shù)據(jù)相同。通信子卡按時(shí)序順序接收各行數(shù)據(jù)，并將每行數(shù)據(jù)填充至FC幀的payload，組成FC-ASM流消息發(fā)送出去。有規(guī)律的數(shù)據(jù)內(nèi)容可以方便協(xié)議轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)校驗(yàn)。同時(shí)，該激勵(lì)源可以在不影響通信質(zhì)量的情況下，通過(guò)增加CAMLINK轉(zhuǎn)換接頭來(lái)擴(kuò)充CAMLINK鏈路數(shù)目，從而能夠擴(kuò)充更多的待測(cè)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，增加試驗(yàn)通貨量。

2.3 FC接口

方案設(shè)計(jì)使用航空工業(yè)計(jì)算所設(shè)計(jì)的4-FIC標(biāo)準(zhǔn)子卡作為FC激勵(lì)源，4-FIC標(biāo)準(zhǔn)子卡是航空工業(yè)計(jì)算所已經(jīng)交付驗(yàn)收的成熟產(chǎn)品，通過(guò)了行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)FC協(xié)議設(shè)備的通信檢測(cè)，具備較高的可靠性和通信穩(wěn)定性。4-FIC標(biāo)準(zhǔn)子卡具備4個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的FC通信節(jié)點(diǎn)，可以同時(shí)與4個(gè)待測(cè)通信子卡進(jìn)行獨(dú)立通信。通過(guò)開(kāi)發(fā)測(cè)試軟件，4-FIC標(biāo)準(zhǔn)子卡可以作為發(fā)送端，向外輸出規(guī)定內(nèi)容的FC短消息，同時(shí)也可以作為接收端，接收經(jīng)CAMLINK-FC協(xié)議轉(zhuǎn)換后的FC流消息并進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，接收經(jīng)CAN-FC協(xié)議轉(zhuǎn)換后的短消息并進(jìn)行比對(duì)，消息比對(duì)結(jié)果通過(guò)串口輸出。在原有邏輯上進(jìn)行測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)，不改變?cè)泄δ埽瑑H控制其發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容及增加在數(shù)據(jù)接收之后的數(shù)據(jù)比對(duì)，對(duì)4-FIC標(biāo)準(zhǔn)子卡的可靠性和通信穩(wěn)定性無(wú)影響。使用4-FIC標(biāo)準(zhǔn)子卡作為FC數(shù)據(jù)源，也可以省去開(kāi)發(fā)新設(shè)備或評(píng)估和采購(gòu)設(shè)備的花銷。

2.4 CAN接口

方案設(shè)計(jì)使用由航空工業(yè)計(jì)算所設(shè)計(jì)的IRST模塊作為CAN標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)源進(jìn)行試驗(yàn)，IRST模塊是航空工業(yè)計(jì)算所已經(jīng)交付驗(yàn)收的成熟產(chǎn)品，通過(guò)了行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)CAN協(xié)議設(shè)備的通信檢測(cè)，具備較高的可靠性和通信穩(wěn)定性，IRST模塊具備標(biāo)準(zhǔn)CAN接口，可以實(shí)現(xiàn)CAN消息的發(fā)送和接收，在IRST原有邏輯上進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，不改變?cè)泄δ埽瑑H控制其發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容及增加在數(shù)據(jù)接收之后的數(shù)據(jù)比對(duì)，對(duì)IRST的可靠性和通信穩(wěn)定性無(wú)影響。使用IRST作為CAN數(shù)據(jù)源，可以省去開(kāi)發(fā)新設(shè)備或評(píng)估和采購(gòu)設(shè)備的花銷。

但是若為每一個(gè)待測(cè)通信子卡配備一塊IRST模塊作為CAN激勵(lì)源，試驗(yàn)環(huán)境搭建過(guò)于復(fù)雜，且從經(jīng)濟(jì)上考慮，試驗(yàn)設(shè)備花銷過(guò)大，后期若計(jì)劃增加試驗(yàn)通貨量或增加試驗(yàn)設(shè)備成本和難度都過(guò)大。考慮到CAN總線是串行總線，CAN總線上的數(shù)據(jù)能夠被所有在該條總線上連接的CAN設(shè)備監(jiān)聽(tīng)到，設(shè)備可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)配置好的濾波參數(shù)來(lái)過(guò)濾總線數(shù)據(jù)，選取自身需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和處理。因此方案設(shè)計(jì)在通信子卡適配平臺(tái)上設(shè)計(jì)CAN總線接口，該接口通過(guò)串行CAN總線將所有卡槽連接起來(lái)。IRST與適配平臺(tái)的CAN接口相連接，使用時(shí)，通過(guò)該接口向CAN總線發(fā)送多條數(shù)據(jù)。每個(gè)待測(cè)模塊提前配置濾波參數(shù)，確定所要接收的CAN數(shù)據(jù)，在接收到總線上的CAN消息時(shí)，根據(jù)濾波功能進(jìn)行篩選，獲得發(fā)給自己的待測(cè)CAN消息并進(jìn)行CAN-FC協(xié)議轉(zhuǎn)換，協(xié)議轉(zhuǎn)換后的比對(duì)結(jié)果可以通過(guò)串口輸出。

由于還需驗(yàn)證待測(cè)通信子卡的FC-CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換，4-FIC允許將接收到短消息作為FC數(shù)據(jù)源，將消息原樣轉(zhuǎn)發(fā)給待測(cè)通信子卡，子卡接收到FC消息后，將會(huì)進(jìn)行FC-CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的CAN消息發(fā)送至CAN總線而被CAN激勵(lì)源接收，由激勵(lì)源進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，形成CAN-FC-FC-CAN的驗(yàn)證測(cè)試閉環(huán)。

FC通信子卡選用CAN2.0標(biāo)準(zhǔn)幀進(jìn)行通信，單個(gè)模塊可以通過(guò)配置濾波參數(shù)選擇接收CAN消息。其濾波參數(shù)計(jì)算方法如下圖所示：

圖2表征的含義為當(dāng)收到CAN消息后，兩個(gè)濾波器同時(shí)進(jìn)行濾波。濾波時(shí)，首先通過(guò)驗(yàn)收屏蔽寄存器來(lái)篩選濾波的關(guān)心位，其中屏蔽寄存器比特位為1代表屏蔽該比特位，即不關(guān)心該比特位的值，屏蔽位為0代表不屏蔽該比特位，即應(yīng)特別關(guān)注該比特位的值。確定屏蔽位和關(guān)心位之后，則判斷接收到的CAN消息在關(guān)心位上的值是否與驗(yàn)收代碼寄存器上的值相同，若相同，則濾波通過(guò)，若不同，則不通過(guò)，只有同時(shí)通過(guò)兩個(gè)濾波條件，才允許接收繼續(xù)傳遞至CAN總線上。

3 方案驗(yàn)證

最終實(shí)現(xiàn)的方案如圖3所示。

由于現(xiàn)有4-FIC可以同時(shí)支持與4個(gè)FC節(jié)點(diǎn)通信，因此通信子卡適配平臺(tái)最終選擇4卡槽。試驗(yàn)開(kāi)始之前，各待測(cè)通信子卡燒寫(xiě)邏輯和軟件，并插入卡槽中，CAMLINK源使用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換頭分別與各待測(cè)通信子卡CAMLINK接口連接，CAN源使用CAN數(shù)據(jù)線與適配平臺(tái)相連接，F(xiàn)C源使用光纖與4FIC的光纖連接，適配平臺(tái)上電后，首先設(shè)置通信子卡CAN接口濾波參數(shù)，接著依次上電FC激勵(lì)源、CAMLINK源和CAN源。按約定規(guī)則設(shè)置CAMLINK源的數(shù)據(jù)，CAN數(shù)據(jù)后開(kāi)啟測(cè)試。

CAMLINK源數(shù)據(jù)設(shè)置為從0x1不斷遞增;CAN源數(shù)據(jù)設(shè)置為ID分別為0x1＼0x2＼0x3＼0x4，其中產(chǎn)品1接收ID為0x1的消息，產(chǎn)品2接收ID為0x2的消息，依次類推。為了實(shí)現(xiàn)單獨(dú)接收，需根據(jù)圖2計(jì)算濾波參數(shù)。試驗(yàn)方案最終的濾波參數(shù)[ACR，AMR]為[0x200020，0x0F FF0F]，[0x400040，0x0x0FFF0F]，[0x600060，0x0x0FFF0F]，[0x800080，0x0x0FFF0F]，上電后將濾波參數(shù)分別配置給各待測(cè)通信子卡，待測(cè)子卡之間無(wú)順序之分，只要分別是上述各組值即可。

試驗(yàn)開(kāi)始后，分別向4個(gè)待測(cè)模塊發(fā)送預(yù)先設(shè)置好的CAMLINK數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)通信子卡內(nèi)部轉(zhuǎn)換成FC流消息，發(fā)送至FC激勵(lì)源，激勵(lì)源內(nèi)部軟件驗(yàn)證FC流消息payload的長(zhǎng)度和內(nèi)容，若長(zhǎng)度和內(nèi)容與預(yù)先約定規(guī)則相同，則CAMLINK-FC協(xié)議轉(zhuǎn)換正確，否則失敗。測(cè)試結(jié)果通過(guò)FC激勵(lì)源串口打印。

CAN源通過(guò)適配平臺(tái)的CAN接口向CAN總線持續(xù)發(fā)送4個(gè)ID數(shù)據(jù)，發(fā)往4個(gè)待測(cè)通信子卡。待測(cè)子卡在接收到消息后將其轉(zhuǎn)換為FC短消息，F(xiàn)C激勵(lì)源在接收到短消息后原樣發(fā)出，通信子卡在接收到FC短消息后，將其轉(zhuǎn)換為CAN消息并發(fā)送至CAN總線上，CAN激勵(lì)源接收到該消息后，根據(jù)消息ID，與自己之前發(fā)送出去的相同ID消息內(nèi)容進(jìn)行比對(duì)，若相同，則CAN-FC協(xié)議和FC-CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換正確，否則失敗。測(cè)試結(jié)果通過(guò)CAN激勵(lì)源串口打印。

試驗(yàn)最終表明該方案可以完全滿足多接口通信子卡的試驗(yàn)需求。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】