梁炳春1，孫韶媛1,，李春陽1,，趙海濤2

　　（1.東華大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,，上海 201620,；

　　2.華東理工大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200237）

　　摘  要： 應(yīng)用于宇航領(lǐng)域的新型元器件必須經(jīng)過嚴(yán)格的性能功能的驗證,，傳統(tǒng)的驗證平臺是針對特定的待驗證器件設(shè)計的,，不同的器件需要設(shè)計不同的驗證平臺，使得驗證工作周期長,、成本高,、可移植性差。本文介紹基于FPGA控制器設(shè)計出的新型元器件通用驗證方法,，硬件由通用驗證平臺和功能應(yīng)用子板兩部分組成,。軟件包含有上位機調(diào)試工具、命令解析模塊,、通信模塊,、數(shù)據(jù)智能處理模塊等。解決了新型元器件驗證周期長,、成本高,、難以實時控制和智能數(shù)據(jù)分析等缺點。用此方法已成功對芯片JS71238進行了性能功能的驗證,，取得了理想的驗證效果,。

　　關(guān)鍵詞： FPGA；新型元器件,；自動驗證方法,；通用性

0 引言

　　目前,，我國宇航事業(yè)進入快速發(fā)展階段,，新型航天器和新一代運載火箭對配套元器件的性能、功能,、可靠性和適應(yīng)性提出了更高的要求,，因此新型元器件性能的驗證工作對確保航天事業(yè)順利快速發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。目前,，對宇航元器件的應(yīng)用驗證的研究大多是基于系統(tǒng)工程方法上的理論研究,，主要是對新型元器件驗證的工程路線、技術(shù)體系,、方法工具等提出了理論上的框架,，并且大多數(shù)的實施方案是面向特定的被測元器件設(shè)計出一套專用的驗證設(shè)備,，這樣就造成了驗證工作成本高、周期長,、可移植性差[1]的問題,。針對這些不足，基于國內(nèi)外對宇航元器件應(yīng)用驗證的研究及工程實踐,，本文設(shè)計出一種通用性強,、應(yīng)用范圍廣、自動化程度高,、功能齊全的元器件應(yīng)用驗證平臺和方法,，使宇航元器件的驗證工作變得極為智能、便捷,、高效,、準(zhǔn)確，為我國航天工程的快速發(fā)展提供了先進的技術(shù)方法,。

1 通用應(yīng)用驗證平臺分析

　　為了實現(xiàn)對不同元器件的性能功能的驗證,，設(shè)計出如圖1所示的自動驗證系統(tǒng)，驗證系統(tǒng)由通用驗證平臺,、功能應(yīng)用平臺和配套的測試向量等組成,，控制母板的核心是一塊Xilinx的V5FX100T FPGA芯片[2]，控制著驗證平臺中的各項功能模塊,，并負責(zé)驗證裝置與通信終端的顯示鏈接[3],。驗證子板為各類待驗證器件及外圍電路，只需設(shè)計待驗證芯片的外圍應(yīng)用電路即可搭載在該平臺上進行驗證工作,。

　　控制母板是整個驗證平臺中的核心模塊,，負責(zé)數(shù)據(jù)傳輸、A/D采集,、對元器件的指令操作,、指令采集譯碼和測試環(huán)境的控制等重要功能[4]。母板通過RS485總線與監(jiān)控計算機連接,，監(jiān)控計算機通過RS485發(fā)送指令,，控制母板通過通信接口發(fā)送檢測的數(shù)據(jù)。OC指令發(fā)送用于控制驗證子板的被驗證元器件和外圍電路器件,。D/A輸出用于對某些特定要求的電壓源輸入的精確控制,。A/D采集被驗證元器件的電壓值、溫度量和電流檢測電阻的電壓值,。通過FPGA對采集到的信息數(shù)據(jù)進行緩存和封裝,，對接收到的指令進行譯碼，發(fā)送控制信號和地址數(shù)據(jù)[5],。

2 基于通用驗證平臺的JSR71238芯片應(yīng)用驗證

　　2.1 驗證目標(biāo)

　　JSR71238為16路RS422收發(fā)器芯片,，包括16位驅(qū)動器和16位接收器,。驅(qū)動器接收CMOS數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換成RS422電平信號輸出,。接收器接收RS422兼容的差分輸入信號,，轉(zhuǎn)化成CMOS輸出信號。其功能性能驗證主要從驅(qū)動功能驗證,、自閉環(huán)驗證,、接收功能驗證及器件功耗驗證四個方面展開。

　　2.2 驗證過程分析

　　依據(jù)通用驗證平臺提供的接口定義,，在功能子板上構(gòu)建所需要的應(yīng)用電路,，對測試向量進行修改達到驗證不同元器件的目的。驗證過程框圖如圖2所示[6],。

　　通用驗證平臺上FPGA包括通信模塊,、指令解析模塊、命令執(zhí)行模塊,、數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊,，主要功能是接收來自終端PC設(shè)備的指令并發(fā)送指令控制子板，采集由子板反饋回來的數(shù)據(jù)進行處理后發(fā)送給終端PC設(shè)備,；終端PC設(shè)備通過上位機軟件向FPGA發(fā)送控制指令和數(shù)據(jù),，監(jiān)控FPGA的狀態(tài)，接收來自FPGA的數(shù)據(jù),，并對數(shù)據(jù)進行分析,、診斷，圖形化顯示出測試的結(jié)果,。子板通過軟排線與通用驗證平臺相連,。

　　通信模塊用于上位機和FPGA的通信，是信號傳輸?shù)奈ㄒ煌ǖ?。在FPGA中實現(xiàn)UART的功能很方便,、靈活，因此采用UART來完成數(shù)據(jù)的傳輸[7],。在數(shù)據(jù)接收時,，接收模塊將輸入的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，將接收到的數(shù)據(jù)暫時存儲到接收FIFO中,，由數(shù)據(jù)處理操作讀取數(shù)據(jù)進行處理,，執(zhí)行后再寫入到發(fā)送FIFO中,，發(fā)送模塊再把數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機軟件,。可傳送數(shù)據(jù)位,、數(shù)據(jù)幀和數(shù)據(jù)包等格式,。通信模塊總體框圖如圖3所示[8],。

　　指令解析模塊主要負責(zé)指令的譯碼操作，對來自上位機的指令按照規(guī)定好的協(xié)議進行翻譯,，譯為子板可以執(zhí)行的指令[9],。指令譯碼表如表1所示。

　　命令執(zhí)行模塊把解析出的數(shù)據(jù)傳送給子板的接收器接口,，同時把由上位機設(shè)定的原始數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)邏輯判斷模塊,，作為參考數(shù)據(jù)，對子板上的元器件對應(yīng)功能進行判定,。數(shù)據(jù)采集模塊以一定的頻率采集由子板上的元器件發(fā)送出的數(shù)據(jù),，送給數(shù)據(jù)邏輯判斷模塊來進行分析、比較,。

　　數(shù)據(jù)的邏輯判斷模塊按照一定的算法對采集回來的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)進行比較,，根據(jù)比較的結(jié)果分析出待驗證芯片的功能性能[10]，運算的狀態(tài)機如圖4所示,。

3 實驗結(jié)果

　　測試JSR71238在不同的波特率下的通信性能,，在 1 min的時間內(nèi)連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，觀察并分析數(shù)據(jù)的錯誤率和消耗的功率,，具體數(shù)據(jù)如表2所示,。

　　通過對JSR71238芯片自閉環(huán)驗證，其驅(qū)動功能和接收功能均達到技術(shù)指標(biāo),，其功耗也在元器件允許范圍內(nèi),，在自動驗證平臺上完成了新型元器件的驗證工作。

4 結(jié)論

　　該驗證方法具有通用性和智能性,，可以對不同的驗證目標(biāo)提供不同類型的信號接口,，可以對數(shù)據(jù)進行自動比對、診斷和修正,，分析結(jié)果以圖形化的界面顯示出來,，更直觀清晰，可以搭載不同的驗證元器件子板,，具有通用性,。以上都是在不改變驗證平臺硬件條件的情況下實現(xiàn)的，若要驗證不同的元器件只需要設(shè)計對應(yīng)的子板外圍電路和配套的測試向量,，即可完成元器件驗證工作,。驗證不同的元器件，以上的平臺可重復(fù)利用,，依靠上位機的測試軟件設(shè)置即可完成測試,，無需再花費時間和成本設(shè)計出新的驗證板，極大地提高了驗證效率，節(jié)約了驗證成本,，加速了項目的研制過程,。

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