【摘要】：隨著航天裝備的現(xiàn)代化發(fā)展,對自動測試系統(tǒng)的要求也日益提高,特別是被測信號的數(shù)量、密度、種類等日益復(fù)雜。如何在裝備使用前快速、全面、準確、機動的完成整套復(fù)雜測量任務(wù),是裝備性能保障的關(guān)鍵。為開展此方面探索,本論文針對多通道、高密度、多種類復(fù)雜信號的自動測試需求,設(shè)計了基于CPCI總線的專用自動測試系統(tǒng)。論文首先分析了成組合的被測對象的測試需求,提出了信號調(diào)理環(huán)節(jié)與信號測量環(huán)節(jié)去耦合的組合測量機制,并根據(jù)小型化、高密度、實時性測量要求,設(shè)計形成了包含定制化CPCI背板、龍芯零槽計算機、直流調(diào)理板卡、交流調(diào)理板卡、母線調(diào)理板卡、數(shù)據(jù)采集板卡在內(nèi)的3U尺寸CPCI測試系統(tǒng)總體方案,從硬件、固件、軟件三個層次予以實現(xiàn)。在硬件方面,綜合針對外部被測信號和內(nèi)部調(diào)理信號傳輸需求,設(shè)計了滿足CPCI規(guī)范J2口自定義的CPCI背板;針對直/交流固定和母線可變?nèi)愋盘柗謩e設(shè)計了專用調(diào)理板卡,通過隔離、衰放、濾波、轉(zhuǎn)換、選通等環(huán)節(jié),將原始信號調(diào)理成測壓和測頻兩類;設(shè)計了可供分時復(fù)用的數(shù)據(jù)采集板卡,全面考慮了采樣率、分辨率、精度、緩存等要求。全部板卡設(shè)計了非易失參數(shù)存儲器。在固件邏輯方面,針對被測信號和測試電路的適配控制問題,提出并設(shè)計了調(diào)理控制編碼,基于FPGA和Verilog HDL語言完成了編碼解析和調(diào)理控制,實現(xiàn)硬件電路實時可配置;面向共性測量需求,開發(fā)了基于多通道ADC的測壓邏輯和等精度測頻邏輯,及板載存儲器接口和PCI總線接口邏輯;針對主機接口設(shè)計了軟件可訪問的控制、配置、狀態(tài)寄存器組。在軟件方面,針對實時測量需求,在龍芯2H零槽計算機和VxWorks實時操作系統(tǒng)上,面向系統(tǒng)硬件開發(fā)了驅(qū)動程序。針對校準和測量任務(wù),基于邏輯定義的寄存器組開發(fā)了接口函數(shù)以及單通道/循環(huán)測量、自動校準應(yīng)用程序。論文在實現(xiàn)了整套測試系統(tǒng)架構(gòu)-硬件-邏輯-軟件基礎(chǔ)上,對所有輸入通道做了全量程校準,搭建了實驗室測試環(huán)境并進行了測試驗證,結(jié)果滿足指標要求。系統(tǒng)已投入使用,驗證了設(shè)計的正確性與可靠性。論文為復(fù)雜被測對象的自動測試提供了分類專用調(diào)理-集中復(fù)用測量的組合測試方案和實現(xiàn)方法,對面向復(fù)雜測試需求的自動測試系統(tǒng)設(shè)計具有參考價值。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V416.8
【圖文】：

圖 1-1 測試數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的特征和關(guān)系比較其中緊湊機箱式包括 VME 及其在儀器領(lǐng)域的擴展 VXI，PCI 及其歐式卡結(jié)構(gòu) CPCI、儀器領(lǐng)域的擴展 PXI、高速串行化的 PXIe，以及綜合了 LXI 和PXIe 的 AXIe 等等[5]；分布電纜式包括 GPIB，RS232（422/485），LAN，LXI，CAN，USB，1553，SpaceWire 等；無線傳輸式包括 Zigbee，Bluetooth，Wifi，UWB 等局域無線網(wǎng)和 LoRa，NBIoT，eMTC 等廣域無線網(wǎng)。目前有分布式廣域化與緊湊式模塊化兩個發(fā)展方向，分別滿足于不同的數(shù)據(jù)傳輸需求環(huán)境。無線傳輸方式向高速率移動化發(fā)展，緊湊機箱型傳輸方式向高帶寬儀器化方向發(fā)展[6]。1.2.2 測試儀器總線技術(shù)發(fā)展80 年代起，國內(nèi)開始研制基于 GPIB、CAMAC 總線的半自動、自動測試系統(tǒng)[7]。到 90 年代中后期，隨著總線技術(shù)的發(fā)展進步，國內(nèi)測試系統(tǒng)越來越多的采用了 VXI 總線技術(shù)[7]。對于重點型號基本具備了完備的 VXI 總線通用或?qū)Ｓ玫淖詣訙y試系統(tǒng)。近年來，國內(nèi)的自動測試系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)取得了極大的

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計本章在第 2 章的系統(tǒng)總體方案設(shè)計結(jié)論基礎(chǔ)上，提出 CPCI 專用測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案，包括硬件總體方案和各部分硬件電路的具體設(shè)計。本章的硬件設(shè)計亮點在于實現(xiàn)調(diào)理環(huán)節(jié)和測量環(huán)節(jié)去耦合的硬件實現(xiàn)方案，其中信號的互連是設(shè)計的關(guān)鍵點。3.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計設(shè)計的 CPCI 專用測試系統(tǒng)硬件主要由 6 個部分的板卡級硬件組成：J2/P2定制化的 CPCI 背板，標準 CPCI 零槽計算機，數(shù)據(jù)采集復(fù)用板卡，直流信號調(diào)理專用板卡，交流信號調(diào)理專用板卡，母線信號調(diào)理專用板卡。此外還包括必要的供電設(shè)計，及與被測對象和校準源的硬件接口�？紤]到系統(tǒng)的緊湊需求和器件密度，采用 3U 尺寸機箱。系統(tǒng)硬件設(shè)計總體原理框圖如圖 3-1 所示。

圖 3-2 基于龍芯-2H 單片 SoC 的 CPCI 零槽計算機原理框圖圖 3-2 中所示的零槽計算機硬件設(shè)計方案圍繞 LS-2H SoC 展開：通過 DDR控制器擴展 DDR3 SDRAM 內(nèi)存顆粒，通過 SPI 接口擴展 FLASH ROM，通過PCIe 控制器和 PCIe-PCI 橋擴展 CPCI J1 接口，通過 UART 接口擴展 RS232 串口，通過 GMAC 接口擴展以太網(wǎng)接口，通過 SATA 擴展固態(tài)硬盤接口，通過GPIO 擴展 PS2 鍵盤和鼠標接口，通過 VGA 接口擴展顯示接口。零槽計算機硬件由外協(xié)合作單位根據(jù)訂制需求研制實現(xiàn)，課題僅在零槽計算機硬件與VxWorks 操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行面向底層硬件驅(qū)動與應(yīng)用程序設(shè)計開發(fā)，因此對零槽計算機硬件研制不做重點闡述。3.2.2 機箱背板設(shè)計由總體功能設(shè)計和圖 3-1 可知，定制化 CPCI 背板是硬件系統(tǒng)各組件實現(xiàn)有效互連的骨干，為各板卡和模塊提供緊湊的機械固定和可靠的電氣連接，硬件設(shè)計應(yīng)保障 CPCI 背板能夠：（1）為來自被測對象或校準源的被測信號提供后走線 rP2 連接器使其通過 rJ2 連接器進入背板對應(yīng)槽位，（2）為經(jīng)過三類調(diào)理板

【參考文獻】

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本文編號：2750752