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工裝設(shè)計方案。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)計的工裝最終實現(xiàn)目標(biāo)需求。

關(guān)鍵詞：CAMLINK接口;CAN接口;FC接口

中圖分類號： TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：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)計的試驗工裝的目標(biāo)對象為一款多接口通信子卡（以下簡稱通信子卡），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)流見下圖。

通信子卡使用CAMLINK接口作為LVDS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，可以通過設(shè)置濾波參數(shù)來過濾由串行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CAN接口分包發(fā)送至前端。

2 試驗工裝設(shè)計方案

針對通信子卡本身的特點，其試驗要求使產(chǎn)品在正常通信條件下，經(jīng)歷高溫、低溫、振動等試驗測試項，觀察在各種試驗測試條件下，通信子卡是否能持續(xù)正常通信。試驗工裝必須解決的問題如下：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，減輕試驗搭建難度，降低外圍設(shè)備對試驗的影響;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）各待測模塊的統(tǒng)一供電;4）試驗設(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，形成的試驗工裝設(shè)計方案如下。

2.1 供電平臺

方案設(shè)計了通信子卡適配平臺提供測試設(shè)備的供電和卡槽，可以根據(jù)通信子卡的生產(chǎn)情況、試驗臺的大小、各接口通信處理能力、功耗等因素來評估具體設(shè)計多少個卡槽。

2.2 CAMLINK接口

方案設(shè)計使用定制的CAMLINK信號發(fā)生器作為CAMLINK數(shù)據(jù)源。信號發(fā)生器由CameraLink信號發(fā)生器（硬件）和信號發(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)的功能驗證和性能測試。信號發(fā)生器能通過配套的信號發(fā)生器配置軟件配置輸出圖像的時序和數(shù)據(jù)內(nèi)容。信號發(fā)生器可以通過設(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。同時，該激勵源可以在不影響通信質(zhì)量的情況下，通過增加CAMLINK轉(zhuǎn)換接頭來擴(kuò)充CAMLINK鏈路數(shù)目，從而能夠擴(kuò)充更多的待測設(shè)備進(jìn)行試驗，增加試驗通貨量。

2.3 FC接口

方案設(shè)計使用航空工業(yè)計算所設(shè)計的4-FIC標(biāo)準(zhǔn)子卡作為FC激勵源，4-FIC標(biāo)準(zhǔn)子卡是航空工業(yè)計算所已經(jīng)交付驗收的成熟產(chǎn)品，通過了行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)FC協(xié)議設(shè)備的通信檢測，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個獨立運行的FC通信節(jié)點，可以同時與4個待測通信子卡進(jìn)行獨立通信。通過開發(fā)測試軟件，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，接收經(jīng)CAN-FC協(xié)議轉(zhuǎn)換后的短消息并進(jìn)行比對，消息比對結(jié)果通過串口輸出。在原有邏輯上進(jìn)行測試軟件開發(fā)，不改變原有功能，僅控制其發(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，對4-FIC標(biāo)準(zhǔn)子卡的可靠性和通信穩(wěn)定性無影響。使用4-FIC標(biāo)準(zhǔn)子卡作為FC數(shù)據(jù)源，也可以省去開發(fā)新設(shè)備或評估和采購設(shè)備的花銷。

2.4 CAN接口

方案設(shè)計使用由航空工業(yè)計算所設(shè)計的IRST模塊作為CAN標(biāo)準(zhǔn)激勵源進(jìn)行試驗，IRST模塊是航空工業(yè)計算所已經(jīng)交付驗收的成熟產(chǎn)品，通過了行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)CAN協(xié)議設(shè)備的通信檢測，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)行軟件開發(fā)，不改變原有功能，僅控制其發(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，對IRST的可靠性和通信穩(wěn)定性無影響。使用IRST作為CAN數(shù)據(jù)源，可以省去開發(fā)新設(shè)備或評估和采購設(shè)備的花銷。

但是若為每一個待測通信子卡配備一塊IRST模塊作為CAN激勵源，試驗環(huán)境搭建過于復(fù)雜，且從經(jīng)濟(jì)上考慮，試驗設(shè)備花銷過大，后期若計劃增加試驗通貨量或增加試驗設(shè)備成本和難度都過大?？紤]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)聽到，設(shè)備可以通過軟件實現(xiàn)配置好的濾波參數(shù)來過濾總線數(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)計在通信子卡適配平臺上設(shè)計CAN總線接口，該接口通過串行CAN總線將所有卡槽連接起來。IRST與適配平臺的CAN接口相連接，使用時，通過該接口向CAN總線發(fā)送多條數(shù)據(jù)。每個待測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，根據(jù)濾波功能進(jìn)行篩選，獲得發(fā)給自己的待測CAN消息并進(jìn)行CAN-FC協(xié)議轉(zhuǎn)換，協(xié)議轉(zhuǎn)換后的比對結(jié)果可以通過串口輸出。

由于還需驗證待測通信子卡的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)給待測通信子卡，子卡接收到FC消息后，將會進(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激勵源接收，由激勵源進(jìn)行數(shù)據(jù)比對，形成CAN-FC-FC-CAN的驗證測試閉環(huán)。

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

圖2表征的含義為當(dāng)收到CAN消息后，兩個濾波器同時進(jìn)行濾波。濾波時，首先通過驗收屏蔽寄存器來篩選濾波的關(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收代碼寄存器上的值相同，若相同，則濾波通過，若不同，則不通過，只有同時通過兩個濾波條件，才允許接收繼續(xù)傳遞至CAN總線上。

3 方案驗證

最終實現(xiàn)的方案如圖3所示。

由于現(xiàn)有4-FIC可以同時支持與4個FC節(jié)點通信，因此通信子卡適配平臺最終選擇4卡槽。試驗開始之前，各待測通信子卡燒寫邏輯和軟件，并插入卡槽中，CAMLINK源使用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換頭分別與各待測通信子卡CAMLINK接口連接，CAN源使用CAN數(shù)據(jù)線與適配平臺相連接，F(xiàn)C源使用光纖與4FIC的光纖連接，適配平臺上電后，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)后開啟測試。

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。為了實現(xiàn)單獨接收，需根據(jù)圖2計算濾波參數(shù)。試驗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)分別配置給各待測通信子卡，待測子卡之間無順序之分，只要分別是上述各組值即可。

試驗開始后，分別向4個待測模塊發(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激勵源，激勵源內(nèi)部軟件驗證FC流消息payload的長度和內(nèi)容，若長度和內(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。測試結(jié)果通過FC激勵源串口打印。

CAN源通過適配平臺的CAN接口向CAN總線持續(xù)發(fā)送4個ID數(shù)據(jù)，發(fā)往4個待測通信子卡。待測子卡在接收到消息后將其轉(zhuǎn)換為FC短消息，F(xiàn)C激勵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，若相同，則CAN-FC協(xié)議和FC-CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換正確，否則失敗。測試結(jié)果通過CAN激勵源串口打印。

試驗最終表明該方案可以完全滿足多接口通信子卡的試驗需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孟博，張楠，李亞各，等.一種機(jī)載FC接口模塊的設(shè)計與測試[J].航空計算技術(shù)，2017，47（1）：128-130，134.

[2] 鄧發(fā)俊，武華，馮曉東.一種基于PCIe交換開關(guān)的多路FC節(jié)點機(jī)設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)，2016，45（4）：60-62.

[3] 周明，楊曉龍.基于FC-AE-ASM協(xié)議的FC端口性能測試[J].測控技術(shù)，2015，34（5）：93-95，110.

[4] 付平，周穎，喬家慶.一種多通道CAN總線通訊M模塊的設(shè)計[J].計算機(jī)測量與控制，2017，25（9）：118-122.

[5] 劉琦，馬飛，王鵬，等.基于FPGA的相機(jī)圖像轉(zhuǎn)接測試系統(tǒng)設(shè)計[J].電子測量技術(shù)，2015，38（7）：33-37.

【通聯(lián)編輯：唐一東】