劉飛

（中國(guó)電子科技集團(tuán)第29所，四川成都，611731）

關(guān)鍵字：通用測(cè)試；FPGA；微波測(cè)試

1 問(wèn)題

一個(gè)電子系統(tǒng)通常包含接收天線、微波前端（放大）、微波下變頻、信號(hào)處理、信號(hào)上變頻、信號(hào)發(fā)射、發(fā)射天線等部分。我們把這些各個(gè)功能部分叫做某分機(jī)或模塊，各個(gè)分機(jī)（模塊）都需要各自解決自己的測(cè)試問(wèn)題，以便后續(xù)總體部門進(jìn)行集成。

我們將常用的分機(jī)（模塊）的接口梳理如下表1所示。

表1 常見(jiàn)的分機(jī)模塊接口表

從上面的統(tǒng)計(jì)看，被測(cè)試設(shè)備的射頻輸入都可以用傳統(tǒng)通用信號(hào)源、輸出可以用頻譜儀，這些儀器也可以程控來(lái)作為自動(dòng)測(cè)試部分，這個(gè)方面借助現(xiàn)在的網(wǎng)線、GPIB控制現(xiàn)在都能實(shí)現(xiàn)很好的通用化，這部分在自動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域討論得非常多。但是其中的數(shù)字類接口由于定制通信協(xié)議、定制控制時(shí)序等，很難實(shí)現(xiàn)通用化。雖然市場(chǎng)有很多第三方板卡（如數(shù)字IO，數(shù)據(jù)采集卡，串口卡）等能夠部分實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生時(shí)序，控制等功能，但是離通用化還有一段距離。本文就提一種把數(shù)字模塊實(shí)現(xiàn)通用化的設(shè)計(jì)思路。

2 通用化測(cè)試硬件架構(gòu)

2.1 外部接口部分

多年的工程實(shí)踐，接口部分技術(shù)發(fā)展快，外部接口變化也快，對(duì)外部接口的種類數(shù)量要求有不確定性，我們提出一個(gè)較為激進(jìn)的辦法，叫物理接口飽和設(shè)計(jì)。大致就是統(tǒng)計(jì)一些可能會(huì)測(cè)試到的對(duì)象的具體接口形式、控制總線種類，采用其中最多的一種組合并且保留一定余量。

圖1為一種接口設(shè)計(jì)需求，其中包括如RS232、TTL電平接口、LVTTL電平接口、LVDS、MLVDS、SRIO等接口。其中需要數(shù)量都按照可能需要數(shù)量的最大值來(lái)設(shè)計(jì)硬件，以保證硬件端口足夠，為后續(xù)FPGA編程留下空間。

圖1 通用化的測(cè)試硬件接口部分

主要核心為兩個(gè)可編程的FPGA器件，一個(gè)用flash加載固定軟件，負(fù)責(zé)和計(jì)算機(jī)通信；另一片F(xiàn)PGA采用PC計(jì)算機(jī)配置軟件，在這一片上設(shè)計(jì)各種測(cè)試接口，有些接口通過(guò)FPGA直接實(shí)現(xiàn)，有些通過(guò)接口芯片連接實(shí)現(xiàn)（如上圖1），用FPGA編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種接口的靈活使用。

表2 各種接口用的芯片一覽

板卡和計(jì)算機(jī)配合，在計(jì)算機(jī)上通過(guò)通用的總線如PCI總線（USB總線）來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和板卡之間的通信。再將計(jì)算機(jī)的命令通過(guò)FPGA轉(zhuǎn)譯成和對(duì)應(yīng)端口相匹配的數(shù)據(jù)格式和命令，發(fā)出給被測(cè)試設(shè)備。在數(shù)據(jù)接收時(shí)正好相反，各接口接收到被測(cè)試件發(fā)送的數(shù)據(jù)，在轉(zhuǎn)換格式通過(guò)PCI總線（USB總線）轉(zhuǎn)給計(jì)算機(jī)顯示或記錄。這樣實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和被測(cè)試件之間的通信。

2.2 配置靈活性解決

采取方法：FPGA軟件采用多個(gè)，為了能在一個(gè)測(cè)試臺(tái)快速的切換多個(gè)被測(cè)試對(duì)象，在PC計(jì)算機(jī)端進(jìn)行多個(gè)FPGA軟件的在線配置，滿足一個(gè)工作臺(tái)在多個(gè)測(cè)試設(shè)備需求下的靈活切換。在線配置FPGA的硬件設(shè)計(jì)示意如下圖圖2所示。

圖2 FPGA的在線配置硬件示意圖

要對(duì)FPGA進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置，必須正確連接M2、M1、M0三個(gè)配置模式管腳，硬件上正確連接CCLK、PROG_B、DIN、CS_B、RDWR_B、INIT_B、DONE、BUSY等信號(hào)，其中CCLK、PROG_B、DONE等信號(hào)要進(jìn)行相應(yīng)的上下拉處理。

在操作人員需要更換FPGA程序是，在人機(jī)交互界面上選擇新的軟件，通過(guò)總線下發(fā)給XC2VP40芯片，芯片將BIT文件格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且產(chǎn)生加載時(shí)序（如圖3），加載給XC4VFX60，這樣就在線更新了FPGA軟件，適應(yīng)新的測(cè)試對(duì)象的需求。

圖3 在線配置FPGA時(shí)序

3 應(yīng)用實(shí)例及效果

在通用化的指導(dǎo)思想下，我們實(shí)際設(shè)計(jì)了多款基于PCI總線的測(cè)試板卡，如下圖4為其中之一。

圖4 通用測(cè)試板卡

此板卡將TTL，LVTTL、LVDS，RS232串口總線等通信需求融合到一起，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)產(chǎn)品共用。實(shí)例中的產(chǎn)品沒(méi)有實(shí)現(xiàn)軟件的在線配置，但是效果已經(jīng)非常不錯(cuò)，測(cè)試常見(jiàn)種類的模塊覆蓋率可以到80%左右。更新的具有重加載功能的辦卡也已經(jīng)設(shè)計(jì)下圖。預(yù)計(jì)測(cè)試覆蓋效果會(huì)高于95%。

4 結(jié)束語(yǔ)

在測(cè)試通用性領(lǐng)域，大家對(duì)通用儀器，程控儀器等討論比較多，但是在實(shí)際過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)除了通用儀器控制，軟件需要通用之外，還有數(shù)字板卡的通用設(shè)計(jì)討論較少。雖然很多第三方測(cè)試產(chǎn)品中有類似的產(chǎn)品，很難實(shí)現(xiàn)高靈活性的使用。作者在硬件設(shè)計(jì)領(lǐng)域從業(yè)，根據(jù)多年工作總結(jié)，提出一點(diǎn)這方面通用設(shè)計(jì)思路，算是拋磚引玉，供大家一起討論。