[发明专利]可用于现场测试的LXI嵌入式可重配置通用测试平台

摘要

本发明公开了一种可用于现场测试的LXI嵌入式可重配置通用测试平台，主要包括核心控制单元、FPGA集成测试单元、仪器功能单元、测试程序集和Web服务器等。模块化的硬件设计利用紧凑坚固的便携机箱对功能模块进行可靠紧密的连接；核心控制单元完成整个系统的控制和通信；集成测试单元主要完成各测试仪器的逻辑功能；仪器功能单元主要完成信号的转换。本发明基于LXI标准设计，具备多种通信方式，适合移动测试，便于二次开发；硬件上模块化设计，结构紧凑，体积小重量轻；软件上符合IVI、SCPI、ATML等标准，通用性强；仪器具有很强的数据处理能力，具备多通道并行测试和软硬件在线可重配置功能；仪器的使用只要通过浏览器即可远程操作仪器和对仪器进行在线配置。

主权项

本发明的可用于现场测试的LXI嵌入式可重配置通用测试平台，其特征在于，系统电路部分包括核心控制单元、FPGA集成测试单元、仪器功能单元和通信单元，核心控制单元由电源板和核心控制板构成；系统机械部分包括紧凑坚固便携机箱和仪器适配面板；系统软件部分包括FPGA仪器逻辑单元、测试程序集和Web服务器；核心控制单元由电源板和核心控制板构成；电源板将外部电源转换成系统所需要的多种电源，同时兼顾不同模块对电源质量以及功率的要求，做到多路合理分配输出，降低电源干扰；核心控制板包括核心板、CPLD、以太网接口、UART、RS232等；OMAP3530核心板通过B2B接口安装在底板上；核心控制板实现测试信息的人机交互，测试信号的信号处理以及测试系统的控制；CPLD用于FPGA的在线配置，并完成ARM外围总线的接口管理，实现与FPGA通信；在上电情况下，如果用户需要改变仪器功能，从上位机发送命令给核心板，再由核心板通知CPLD重新配置FPGA中的FPGA逻辑电路；FPGA集成测试单元主要包括FPGA、SDRAM、电平驱动器以及扩展接口，其中FPGA器件是实现大规模信号激励测试所需仪器功能单元的硬件基础，所有的测试仪器的具体逻辑实现、时序控制、数据存储以及预处理均在FPGA上实现；FPGA另一主要功能则是实现核心控制板与仪器功能板之间的数据处理及通信功能；仪器功能单元作为前端I/O设备，任务是完成信号的输入/输出功能，与FPGA集成测试板连接，共同实现仪器测试功能；各类仪器功能板与FPGA集成测试板连接处使用统一的D‑SUB26接口，保证测试仪的通用性及可扩展性，有利于二次开发；仪器功能单元主要包括A/D转换板、D/A转换板、频率/相位测量板、数字I/O板以及视频信号采集板等；通信控制单元是主要包括通信控制模块、CAN模块、无线ZigBee模块、无线Wifi模块，其中CAN模块、无线ZigBee模块均通过UART接口与核心控制板的完成通信，无线Wifi模块实现无线网络通信，有线LAN通信方式直接引出，不同的通信模式完成相同的仪器控制功能；通信控制模块根据用户的通信模式配置信息选择具体的通信方式；紧凑加固便携机箱是专为严酷环境和狭小区域条件下的应用而设计的，保证了核心控制单元、FPGA集成测试单元以及可更换的仪器功能单元之间可靠连接；机箱整体结构紧凑，体积小重量轻，可单手移动，适合于现场测试；仪器适配面板针对特定的测试对象，将各个功能卡的测试信号线，以及通信线、电源线通过转接线缆接到与测试对象相适应的航空插头；仪器适配面板的形状适应整个机箱，能直接安装在机箱上方，配合紧密；整个机箱采用全金属结构，利于抗电磁干扰；FPGA仪器逻辑单元主要是各个测试仪器的具体逻辑实现，其底层仪器时序逻辑电路负责完成对仪器功能板的时序控制和数据通信，其上层的总线接口单元负责与核心控制板通信；处 理器通过底层的总线驱动程序与FPGA仪器功能单元进行通信，同时再按照IVI‑C仪器驱动标准将这些不同功能单元封装成统一的驱动接口，以便供上层调用；测试程序集是该测试仪器根据具体测试对象所能提供的多种测试程序的总和，用户可以随时根据需要进行选择性配置，包含应用程序层、仪器驱动层和信号处理层；应用程序的结构自上而下分为通信接口层、命令解析层、系统管理层；通信接口层负责通信模式的选取和系统通信通道的建立，是人机交互的桥梁，该层提供网络、CAN以及ZigBee等多种通信方式的标准接口函数，实现各种通信的初始化与关闭、读写操作，其中网络的通信方式通过Socket服务器与Web服务器实现信息交换，CAN和ZigBee则通过不断读写二者的通信缓存区实现信息交换；为了增强互操作性，本LXI仪器根据SCPI标准制定了统一的数据通信协议，所有上位机传递下来的用户操作命令均封装成SCPI格式的命令；命令解析层将数据和信息从通信接口接收到的SCPI命令中提取出来，然后传递给相应仪器驱动实现仪器的操作，相当于仪器识别用户操作过程中的翻译官；系统管理层以一个独立的线程存在，创建特定的数据结构，用以表示测试信息，包括测试结果报告、测试描述、仪器描述等；仪器驱动层的将各类功能仪器的设备驱动的操作函数接口进行封装，向应用程序提供统一的函数调用接口；所有的仪器驱动均通过底层的总线设备驱动与各个FPGA仪器逻辑单元进行通信，采用模块化设计,按照IVI‑C仪器驱动标准进行封装，提高了仪器的标准化，便于系统在软件上进行升级；信号处理层实现对系统采集的数据作进一步算法分析，主要包括用户定制的多个DSP算法软件，采用模块化设计，集成在算法服务器上，并基于DaVinci技术的xDAIS/xDM标准实现各个算法策略的VISA接口，供应用程序调用；这些DSP算法软件，应用程序通过仪器驱动调用CodecEngine使之运行于DSP端，效率高且不影响ARM核的控制任务，保证了系统软件的并行运行性能；使用网络通讯时用户通过上位机操作系统的浏览器访问LXI仪器的网页，该网页是通过嵌入式Web服务器实现的；Web服务器采用Apache服务器实现，用于与测试程序集的Socket服务器之间的数据通信；其中Socket的数据格式均以符合LXI规范的程控仪器命令标准进行编写；用户通过网页下载、更换和配置仪器的测试程序集，达到软件在线重构的目的；使用CAN和ZigBee通讯时用户在上位机通过VS开发的软件界面完成对仪器的控制，此时软件发出的操作命令也按照LXI规范的程控仪器命令标准进行编写，通过通信接口发送到仪器的命令缓存区，仪器再去读缓存进行解析。