基于PCI总线数字量测试台的研究与实现

　　摘 要:为了验证遥测系统中被测对象的功能可靠性,研制了一种基于PCI总线的数字量测试台,它用来模拟输出各种测试信号。数字量测试台的实现以FPGA为核心,分别实现了模拟测试信号源的输出和与PCI总线的通信。功能仿真和实际测量验证了设计的可行性。
　　关键词:FPGA;PCI;遥测系统
　　
　　遥测技术是指对被测对象的某些参数进行远距离测量,并传送到接受点的一种测量技术。遥测系统在大型核心飞行试验中是不可缺少的重要组成部分,遥测系统用于获取飞行试验中被测系统的工作状态参数和环境数据,为确定被测系统的性能或进行故障分析提供依据。数字量变换器作为遥测系统被测系统的核心,它的主要功能是控制接收被测系统各种飞行参数。数字量变换器的可靠性是影响遥测结果的核心环节,其精度关系到被测系统研制和实验过程中的实验数据可信度,其性能关系到实验的成败。如何准确、客观、高效地评价数字量遥测变换器的性能,是数字量变换器生产中的重要环节。
　　课题所研制的数字量变换器测试台用于数字量变换器的单机测试,可以广泛应用于被测系统研制、生产过程中数字量变换器的测试与控制。本测试装置属于自动测试系统(ATS)的范畴,它的使用,将改变数字量遥测变换器传统的手工测试方法,使其生产、应用中的测试实现自动化,必将提高数字量遥测变换器的生产水平和质量,增进遥测系统的联试水平,降低生产和试验成本。
　　1 系统的整体硬件电路设计
　　数字量测试台实现的模拟测试信号包括激光惯组脉冲、勤务信号、计算机字。数字量变换器测试台要实现课题任务中的所有功能,必须产生各个功能模块的控制信号,这个系统具有复杂的时序,设计中选用FPGA作为逻辑控制器就得到了很好的效果,同时FPGA的可编程逻辑特性能够简化硬件电路设计,提高系统的可靠性与稳定性。
　　FPGA具有小批量,低投入,高性能,高密度,开发周期短等诸多优点,使国内更多的工程师们乐于采用。由于不需要任何投片费用,也不需要建立任何生产线,因此,采用FPGA所需的投资远远低于ASIC的投资。据估计,引进一套先进的FPGA自顶向下设计工具所需费用还不到ASIC所需的1/10,而大力推广先进的FPGA设计方法,既可以降低诸多产业投资成本,也可培养自顶向下的设计人才,从而为将来国内ASIC产业的快速、健康发展打下坚实的基础[1][2]。硬件结构见图1。

 
　　1.1 核心控制部分
　　FPGA采用XILINX公司的XC2S200E,XC2S200E是低电压(3.3 V和1.8 V)供电,含有5 292个逻辑单元,高达150 000个门电路,它内部有丰富的门阵列资源,56 kbits的RAM缓冲器,通过在FPGA中编写硬件逻辑,来实现数字量指令的发送和信号。除此之外,数字量变换器测试台系统中,FPGA的另一功能是实现PCI总线和本地总线的通信功能。
　　1.2 数字量测试台的的通信方式
　　上位机与硬件电路的通信采用PCI总线的通信方式。PCI的含义为周边设备互连(Peripheral Computer Interconnect),是一种高带宽、即插即用(PnP)的总线协议,它被用来满足当今高性能PC机和工作站以及它们的高带宽应用。PCI数字卡中接口芯片选用的是PLX公司的PCI9054这一款芯片。该芯片是32位、33 MHz的通用PCI总线控制器专用芯片。它符合PCI总线规范2.2版,突发传输速率达到132 MB/S。PCI9054内部有6个可编程的FIFO,以实现零等待突发传输及局部总线和总线之间的异步操作。
　　本课题选用PCI9054的工作方式为C模式,数据传输模式为PCI Target(PCI从模式)。
　　2 FPGA内部系统各功能模块的实现
　　2.1 激光惯组脉冲信号
　　激光惯组脉冲信号输出为16路,分为单数路和偶数路,单数路和偶数路分别采用两个不同的信号源;脉冲信号的频率可以选定10 K~256 K,至少20分档,包括256 K这个频率;脉冲信号的个数可以按组发出,每组的个数可以预定,并不小于224。

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　　片选译码模块:FPGA和PCI9054连接的数据总线宽度为16位,高8位数据作为各模块的片选译码信号,低8位数据作为模块中实现功能的有效数据。

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