基于PXI/cPCI总线的高可靠自动测试系统的研究与实现

摘要

在工业自动化、测量和网络通信领域，随着人们对标准化、开放性以及技术面向未来特性认识的不断提高，compactPcI/PxI技术不断地被市场认同和接纳，应用也越来越广泛。 本文便以国家某重点型号工程中某装备自动测试系统的研制为背景，探讨了如何采用CompactPCI/PXI技术，设计和实现符合现代测控系统要求的高实时性、高可靠性自动测试系统，并详细阐述了基于CompactPCI/PXI总线的各种专用测控模块的设计和实现方法。 首先，本文叙述了测试系统的组成及测试原理，介绍了测试系统中所需的各种测控模块及其性能指标。本系统需要五个测控模块：ARINC429通讯模块、BMK接口模块、CPU模拟模块、频率代码模块和电源监控模块，每个模块即是一块CompactPCI/PXI总线扩展板卡。 然后，本文详细阐述了作为测试系统基础的CompactPCI/PXI技术，具体介绍YcompactPCI总线的特点及其电气、机械和软件规范，深入地分析了热插拔技术，并针对不同应用提出了多种切实可行的设计和实现CompactPCI/PXI总线接口的方法：通过PCI9052、PCI9054等专用接口芯片实现，或者通过大规模FPGA实现。 在此基础上，本文依次阐述了测试系统中的五个测控模块的设计和具体实现。通过基于ARM7微处理器的ARINC429通讯模块的设计与实现，阐述了如何有效组合ARM7微处理器、双口存储器等器件来设计智能化测控模块，以保证测试系统的实时性。通过全隔离电源控制模块的设计实现，阐述了如何采用模拟隔离技术来保证测试系统的可靠性与准确性。对于其它三个测控模块的设计与实现，针对技术难点进行了阐述，例如CPU模拟模块实现了数字信号的双向隔离。 在测试系统的软件设计方面，本文简要介绍了操作系统选型以及驱动程序和测试软件的设计思路与方法。 最后本文总结了测试系统的设计工作和不足之处，相应提出了一些改进方法，并对CompactPCI/PXI的热插拔技术的进一步研究提出了一些思路。 目前，该测试系统已经投入运行，且反映良好。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1课题来源及意义

1.2 国内外同类可利用资源开发状况

1.3 研制测试系统所需的关键技术

1.4 本论文的研究内容和预期目标

1.5 论文结构安排

第二章测试系统概述

2.1 测试系统的硬件组成

2.2 测试原理

2.3 测试项目

2.4 测试系统核心模块的功能与技术指标

2.4.1 BMK接口模块的性能要求与技术指标

2.4.2 ARINC429通讯模块的性能要求与技术指标

2.4.3 CPU模拟模块的性能要求与技术指标

2.4.4电源监控模块的性能要求与技术指标

2.4.5频率代码模块的性能要求与技术指标

2.5 小结

第三章 CompactPCI/PXI总线技术与实现

3.1 CompactPC /PXI总线技术的产生和发展

3.2 CompactPCI及其特点

3.2.1 CompactPCI定义

3.2.2机械结构特点

3.2.3总线背板结构

3.3 PXI规范

3.3.1 PXI机械规范

3.3.2 PXI面向仪器领域的特性

3.3.3 PXI软件规范

3.4热插拔技术

3.4.1热插拔技术的基本概念

3.4.2热插拔系统的级别

3.4.3热插拔的基本技术问题

3.4.4解决热插拔问题的方法

3.4.5热插拔过程

3.5 CompcactPCI/PXI接口技术实现

3.5.1方案选择

3.5.2 CompactPCI/PXI电气信号的连接

3.5.3机械结构设计

3.5.4连接器的选用

3.6小结

第四章智能化ARINC429通讯模块的设计与实现

4.1智能化ARINC429通讯模块组成

4.2 CompactPCI/PXI总线接口设计

4.2.1设计方案选择

4.2.2 PCI9052介绍

4.3 ARM7微处理器介绍及选型

4.4 ARM微处理器与双口 RAM的连接

4.4.1电路连接方法

4.4.2双口RAM的互斥访问

4.5 ARM微处理器与ARINC429协议芯片的连接

4.5.1 ARINC429协议芯片介绍

4.5.2 ARM与ARINC429协议芯片的电路连接

4.4 小结

第五章全隔离电源监控模块的设计与实现

5.1 电源监控模块的功能和电路组成

5.2 CompactPCI/PXI总线接口设计与实现

5.2.1设计方案选择

5.2.2 FPGA芯片选型

5.2.3 PCI总线接口逻辑

5.3 模拟电路部分的设计与实现

5.3.1调理电路的设计与实现

5.3.2比较电路的设计与实现

5.3.3模拟隔离电路的设计与实现

5.3.4 AD转换电路的设计与实现

5.3.5继电控制电路的设计与实现

5.4 FPGA控制逻辑的设计与实现

5.4.1 A/D转换器接口逻辑

5.4.2过流过压欠压保护和通断控制逻辑

5.5 电源监测控制模块的自检与校准

5.6 小结

第六章其他测控模块的设计与实现

6.1 BMK接口模块的设计

6.1.1 BMK接口模块的收发时序

6.1.2 BMK接口模块的组成

6.1.3 BMK接口模块各功能电路设计

6.1.4 BMK接口模块的自检

6.2 CPU模拟模块设计

6.2.1飞控计算机模拟模块的组成

6.2.2 CPU模拟模块各功能电路设计

6.3频率代码模块设计

6.3.1频率代码模块的组成

6.3.2频率代码模块各功能电路的设计

6.4 小结

第七章软件设计概要

7.1 操作系统及编程语言环境的选择

7.2设备驱动程序编制

7.3 设备自检和产品测试程序的功能和流程

7.3.1设备自检程序的功能与自检过程

7.3.2产品测试软件的功能与流程

7.4 小结

第八章总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

附录