光电设备的航电总线数据测试分析范文

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摘要：由于单项的专用总线测试系统通用性、兼容性较差，功能扩展和技术升级的难度较大，介绍一个可以支持1553B、ARINC429、CAN、RS232和RS422五种航电标准的数据总线测试系统的设计方案及技术实现。重点介绍了数据总线测试系统的硬件框架组成，同时分析了系统软件实现方法以及总线逻辑控制设计。该测试系统已成功用于某光电设备在线检测，经实验验证该系统运行稳定可靠。

关键词：测试技术；航空总线；DSP；FPGA

引言

机载光电设备是航空武器装备的重要组成部分，通过航电总线与载机进行数据交互。航空总线总类繁多，在电气特征、拓扑结构、数据传输格式等各个方面都存在很大的差异，给光电设备的测试和调试带来了困难。研究智能化、开放式人机交互的通用数据总线测试系统，采用简洁的操作步骤，完成精确和详细的通讯测试、故障检测、数据监控，实现准确的故障定位和实时监控，进而提升光电设备的可靠性，是当前数据总线测试技术研究发展的重点［1－3］。航空总线主要有ARINC419、ARINC429、ARINC629等民用航空总线标准［4－6］和MIL－STD－1553B、GINA等军用航空总线标准［7－8］，现阶段，机载光电设备一般采用INC429总线和1553B总线与载机进行信息交换，光电设备内部采用RS232、RS422、CAN总线完成指令控制和交换。本文针对机载光电设备常用的5种总线标准，设计了一种通用数据总线测试系统，可实现载机总线数据模拟注入、光电设备外部总线通讯监控、光电设备内部通讯信息监控、光电设备完整链路测试。

1数据总线测试系统设计

1．1硬件设计航电数据总线测试

系统由工控计算机、航电总线通讯板、航电总线通讯板软件包组成。工控计算机与航电总线通讯板通过PCIe［9］总线连接，数据总线测试系统硬件原理框图如图1所示。航电总线通讯板选用TI公司的TMS320C6713为主核芯片，包括电源供电、复位、时钟电路，DSP6713、FPGA、CPLD及外部存储器电路，RS422、RS232、CAN、1553B、429等5种总线接口电路。DSP6713与工控机之间的连接采用FPGA来实现接口转换。工控机与FPGA采用PCIe接口，FPGA与DSP之间采用HPI接口。由PC机通过PCIe接口提供＋12V系统供电，选用LTM4644电源芯片，完成12V到5V、3．3V、1．8V、1．2V的转换。其中3．3V电源为电路板工作电平，1．2V电源为DSP6713芯片内核工作电平。LT3580IMS8E电源芯片为429收发驱动器提供负电源。复位电路采用MAX706SEST复位芯片设计，复位可以提供上电复位和手动复位。系统时钟由有源晶振提供，其中50MHz时钟晶振为DSP、FPGA、CPLD提供工作时钟，14．7456MHz时钟晶振为RS422、RS232提供工作时钟。DSP6713外部存储器扩展电路中，Flash芯片采用常用器件AMD公司的AM29LV320D，存储空间为32Mbit（2M×16－Bit）。SDRAM芯片采用常用器件Micron公司的MT48LC4M32B2，存储空间为4Meg×32（1Meg×32×4banks）。FPGA采用Xilinx的7系列低功耗FPGAXC7A100T－2FGG484I芯片，该芯片含有一个PCIe单元，FPGA运行所需配置芯片采用S29GL512P11TFI020，它是SPANSION高性能的FLASH存储器。总线接口电路中RS422信号收发器采用MAX3490，RS232信号收发器采用MAX3232ESE。CAN接口芯片采用TJA1050T。1553B的控制器是HKS289BRM，信号调制解调的隔离变压器采用的是HOLT公司PM－DB2725EX，收发器采用的是HKA32201－LSB。ARINC429总线控制器采用HOLT公司器件HI－3210，通过SPI与DSP6713通信，ARINC429接收通道使用1片HI－8444驱动器，发送通道使用2片HI－8586。

1．2软件设计

数据总线测试系统的软件分为人机交互软件和航电总线通讯板软件包。人机交互软件实现数据通信、数据采集、性能检测并提供人机界面等功能，采用VC6．0面向对象编程。在人机界面中，测试信号按总线种类不同设有“1553B总线”、“CAN总线”、“429总线”、“RS422通讯”和“RS232通讯”等菜单，每个总线检测的方法和内容是不一样的，用户只需点击所要测试的总线类型，不同的测试程序开始运行，同时将数据记录成文本文件。数据总线测试系统的启动界面如图2所示。航电总线通讯板软件包实现测试系统与光电设备之间的总线测试，总线上的数据存储在DSP6713的外扩SDRAM，通过FPGA读入工控机。DSP6713与工控机间的数据传输采用带地址自增的读方式，读取对象为外扩SDRAM，其最大传输速率达到200Mbit／s，很大程度上保证了实时性。

1．3总线逻辑控制设计

航电总线逻辑控制包括CPLD逻辑、DSP6713逻辑、FPGA逻辑控制软件。CPLD完成EMIF与CAN、1553B、429的逻辑转换，DSP6713接收FPGA的发送请求，将HPI总线数据通过RS422／232或EMIF总线发出，同时缓存RS422／232或EMIF总线收到的数据，通知FPGA来读取。FPGA通过HPI与人机交互软件实现数据交联。FPGA逻辑控制由XilinxPCIeIP、AXI＿CTRL模块、AXI＿CTRL＿IRQ模块、AXI＿BUF模块、HPI＿DRV模块组成，实现工控机对DSP的数据写入和读出。各功能模块的主要设计。1）XilinxPCIeIP模块，用于pcie总线和AXI接口时序转换。2）AXI＿CTRL模块，由M＿AXI＿CTRL模块和S＿AXI＿CTRL模块组成。M＿AXI＿CTRL模用于接收工控机发送的PCIe读写请求命令，当接收到读写请求后，将相应的读写起始地址，读写长度信息，读写类型等信息组成一条报文存放在AXI＿BUF模块中的M＿AXI＿WR＿INFO＿FIFO中。S＿AXI＿CTRL模块用于向工控机主动发送读写请求，并将读到的数据存入S＿AXI＿RD＿FIFO中。3）AXI＿BUF模块，由M＿AXI＿WR＿INFO＿FIFO模块、S＿AXI＿WR＿DATA＿FIFO模块、S＿AXI＿RD＿DATA＿FIFO模块组成。M＿AXI＿WR＿INFO＿FIFO模块用于存放工控机下发的读写请求信息；S＿AXI＿RD＿DATA＿FIFO用于存放从工控机读取到的需要发送给HPI总线的数据，S＿AXI＿WR＿DATA＿FIFO用于存放从HPI总线读取到的需要发送给向工控机数据。4）AXI＿CTRL＿IRQ模块，用于向S＿AXI＿CTRL模块和HPI＿DRV模块发起读写请求。5）HPI＿DRV模块，用于接收AXI＿CTRL＿IRQ模块产生的读写请求信息，并向HPI总线发送读写操作。

2测试系统验证

使用航电数据总线测试系统，与不同的光电设备连接，进行以下功能测试。1）载机总线数据模拟注入测试系统模拟载机航电系统通过1553B、ARINC429向光电设备发出指令，获取到光电设备的工作状态，从而验证光电设备的工作性能，实现以1553B、ARINC429作为外部总线光电设备的模拟注入及测试。2）光电设备外部总线通讯监控光电设备与测试系统协调工作，此时，数据总线测试系统作为一个监控节点，完成对外部总线上数据流的记录和分析，实现对外部总线通讯的完整监视。3）光电设备内部通讯信息监控光电设备由电视探测器、红外热像仪、激光测距机等多种传感器及控制计算机和伺服系统等组成。将数据总线测试系统作为一个模块挂载于光电设备的内部数据总线上，接收控制计算机向各模块发送的全部信息，各模块向控制计算机发送的信息同样也被数据总线测试系统侦听到，实现了内部总线的双向监控。4）光电设备完整链路测试当数据总线测试系统向光电设备接模拟注入航电指令，控制计算机解析指令使光电设备内部各单体有序工作。同时，数据总线测试系统实时监控内部总线上相关信息，从而获取光电设备内外节点上的全部信息，通过分析判断，测试光电设备整个链路的工作状态，及时发现并定位通讯故障。测试结果汇总如表1所示。该系统经过了硬件验证，达到预期的设计要求。在多型光电设备在线检测，已经稳定运行。

3结束语

利用工控机为硬件主体的航电总线测试系统，能够初步为光电设备提供多种机载通讯环境，实现光电设备多任务的在线检测；友好的软件界面使测试便捷有效；开放的硬件接口使测试系统的升级更易实现，实现了光电设备多样化的测试需要，后续将在此基础上提升航电总线自动测试系统的工程化技术研究工作。

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作者：陈静 田民强 白委宁 刘博 惠进 单位：西安建筑科技大学