基于1553B總線的BU-61580芯片測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張世兵，苗克堅(jiān)

（西北工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，陜西 西安 710075）

隨著航空電子系統(tǒng)的發(fā)展，多路數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)總線在航空電子系統(tǒng)中起著越來(lái)越重要的作用，其主要特點(diǎn)是集中控制、實(shí)時(shí)性要求高、分布處理[1]。目前MIL-STD-1553總線通信協(xié)議在航空電子系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛，其全稱是飛機(jī)內(nèi)部時(shí)分制命令/響應(yīng)式多路復(fù)用數(shù)據(jù)總線[2-3]。1553B總線是由美國(guó)公布的一種串行多路數(shù)據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn)，具有確定的傳輸延遲、可靠地傳輸能力、數(shù)據(jù)完整性高、系統(tǒng)可靠性高等特點(diǎn)。BU61580是美國(guó)DDC公司推出的一款1553B總線接口協(xié)議芯片，在航空電子總線通訊系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)。因此研制一套測(cè)試系統(tǒng)在該使用芯片之前進(jìn)行測(cè)試其是否滿足要求，在出問(wèn)題時(shí)測(cè)試芯片對(duì)問(wèn)題進(jìn)行準(zhǔn)確定位是十分必須的。為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)芯片的準(zhǔn)確測(cè)試，在需求分析的基礎(chǔ)上，提出并設(shè)計(jì)了一種基于1553B總線的BU-61580芯片測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該方案能夠滿足設(shè)計(jì)要求，滿足用戶需求。

1 測(cè)試系統(tǒng)需求分析

針對(duì)該款芯片進(jìn)行測(cè)試的需求，結(jié)合測(cè)試卡與1553B通訊設(shè)備的連接關(guān)系，需要采用PCI總線接口的專用芯片測(cè)試卡，在其上面裝有專用芯片測(cè)試插座，結(jié)合測(cè)試軟件，使用示波器測(cè)試信號(hào)，可進(jìn)行BU-61580系列芯片的協(xié)議和電氣特性等測(cè)試。在設(shè)計(jì)時(shí)主要注意以下幾點(diǎn)：

1）BU-61580芯片測(cè)試卡：采用專用芯片測(cè)試插座，便于芯片裝卸，不損壞芯片引腳；支持RT地址跳針或軟件設(shè)置可選；支持對(duì)芯片TX_INH_A/B、RT_AD_LAT、MSTCLR進(jìn)行配置；待測(cè)重要電信號(hào)通過(guò)D型插座引出版外；

2）總線信息傳輸測(cè)試：BC發(fā)送各種總線命令和數(shù)據(jù)信息，BC接收RT到BC的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息；RT接收BC到RT的命令和數(shù)據(jù)信息，RT發(fā)送RT->BC、RT->RT的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息，包含廣播方式；MT記錄總線信息傳輸；

3）片上資源測(cè)試：依次讀寫芯片上的寄存器和內(nèi)存資源，檢測(cè)片上資源訪問(wèn)的正確性，包括可寫資源是否正確寫入，可讀資源是否正確讀出；通過(guò)片上資源訪問(wèn)和外部通訊觸發(fā)芯片的各種中斷，檢測(cè)中斷相關(guān)寄存器數(shù)據(jù)和中斷信號(hào)產(chǎn)生的正確性；

4）61580芯片接口邏輯測(cè)試：自動(dòng)化測(cè)試軟件模擬不同用戶的接口訪問(wèn)邏輯設(shè)計(jì)模式，檢驗(yàn)當(dāng)前模式下，芯片的各方面性能表現(xiàn)，并可不斷自動(dòng)調(diào)整芯片接口的訪問(wèn)延遲，并在每個(gè)時(shí)序點(diǎn)檢查芯片表現(xiàn)，從而找出芯片訪問(wèn)時(shí)序的臨界點(diǎn)。

2 總體設(shè)計(jì)

該測(cè)試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，在對(duì)BU-61580芯片測(cè)試過(guò)程中，需要將芯片安裝在測(cè)試計(jì)算機(jī)的測(cè)試卡的卡槽中，并且通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)置芯片的各種參數(shù)；在將芯片設(shè)置為不同的工作模式時(shí)，為了測(cè)試其是否正常工作，必須連接外部的正常工作的符合1553B總線協(xié)議的通訊設(shè)備；在測(cè)試過(guò)程中，可以將需要查看的信號(hào)例如 INT*、READYD*、IOEN*等信號(hào)通過(guò)信號(hào)連接器連接至示波器上觀察，以得出信號(hào)是否正常；最終將測(cè)試結(jié)果在測(cè)試計(jì)算機(jī)上顯示出來(lái)，并完成測(cè)試結(jié)果的打印。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of chip test system

3 測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)硬件主要由顯示器、測(cè)試計(jì)算機(jī)、耦合器、D型信號(hào)連接器、1553B通訊設(shè)備、示波器組成。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示[1，4]。耦合器主要是連接測(cè)試計(jì)算機(jī)中的測(cè)試卡中BU-61580芯片的通訊通道與外部1553B通訊設(shè)備的；信號(hào)連接器主要是將需要觀測(cè)的信號(hào)如INT*、READYD*、IOEN*、TX/RX-A/B、TX/RX-A/B*、CLOCK_IN、SSFLAG 以及變壓器輸出信號(hào)等從測(cè)試卡中引出來(lái)，便于用示波器測(cè)量查看。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of the hardware system

工控機(jī)中裝有測(cè)試卡，原理如圖2所示，包括PCI9054協(xié)議芯片、EPPROM、可編程控制邏輯、BU-61580芯片插槽、隔離變壓器等。測(cè)試卡與工控機(jī)連接選用PCI9054協(xié)議芯片，它將PCI總線上的操作轉(zhuǎn)換為局部總線上的操作，支持33 MHz時(shí)鐘頻率，最大速度達(dá)到132 MB/s，超過(guò)1553B傳輸速度1 Mbps?？删幊炭刂七壿嬆K實(shí)現(xiàn)局部總線譯碼邏輯、RT地址設(shè)置、控制邏輯、通道選擇邏輯；BU-61580芯片插槽實(shí)現(xiàn)安裝61580芯片，能夠便于更換芯片。

4 測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)的軟件采用VC++6.0編寫，運(yùn)行在WindowsXP系統(tǒng)下。結(jié)合需求分析將測(cè)試系統(tǒng)分為幾個(gè)模塊：片上資源訪問(wèn)模塊、工作方式/時(shí)序調(diào)整模塊、總線控制器BC模塊、遠(yuǎn)程終端RT模塊、總線檢測(cè)器BM模塊，具體結(jié)構(gòu)框架如圖3所示。下面介紹每一模塊的工作流程原理。

圖3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Schematic diagram of the software test system

4.1 工作方式/時(shí)序調(diào)整模塊

芯片在不同的使用場(chǎng)合、不同的用戶手中，接口訪問(wèn)邏輯設(shè)計(jì)一般是不盡相同的，使用方式的略微差別往往會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題。通過(guò)測(cè)試軟件模擬不同用戶的接口訪問(wèn)邏輯設(shè)計(jì)方式，檢驗(yàn)在當(dāng)前的模式下，芯片的各方面性能表現(xiàn)。不斷自動(dòng)調(diào)整芯片接口的訪問(wèn)時(shí)序，查看在每個(gè)時(shí)序點(diǎn)檢查芯片表現(xiàn)，從而找出芯片訪問(wèn)時(shí)序的臨界點(diǎn)。

設(shè)計(jì)要求用戶能夠設(shè)置芯片的訪問(wèn)方式；能夠調(diào)整訪問(wèn)時(shí)序，圖形化界面實(shí)現(xiàn)；具有默認(rèn)功能，提供默認(rèn)正確工作狀態(tài)；具有預(yù)防功能，預(yù)防用戶設(shè)置不可能實(shí)現(xiàn)的芯片訪問(wèn)時(shí)序。用戶只需要在如圖4所示的界面上選擇工作方式，調(diào)整不同信號(hào)對(duì)應(yīng)的曲線時(shí)序，達(dá)到設(shè)置要求，然后測(cè)試芯片在此情況下的表現(xiàn)。

圖4 工作方式/時(shí)序調(diào)整模塊界面Fig.4 Interface of select working mode and time sequence

4.2 總線控制器BC（Bus Controller）模塊

61580工作于BC模式，能完成所有的MIL-STD-1553B消息格式[2-5]。BC模塊是1553B總線的控制中樞，所有的控制命令都由其發(fā)出，起著重要作用。BC模塊設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足下述要求：可以使能或禁止自動(dòng)重試或中斷請(qǐng)求；可以設(shè)置自動(dòng)重復(fù)幀或者發(fā)送指定數(shù)量的幀數(shù)；可以查看片上資源，檢查芯片的工作狀態(tài)；BC控制字能夠允許對(duì)消息格式、1553A/B類型的RT、總線通道、自檢以及狀態(tài)字屏蔽字分別指定；在單個(gè)消息的基礎(chǔ)上，能夠?qū)ο㈤g隔定時(shí)進(jìn)行編程；能夠統(tǒng)計(jì)發(fā)送或接收的消息個(gè)數(shù)，保存數(shù)據(jù)。

BC模塊的設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示。首先初始化芯片，配置BC模式，然后添加相應(yīng)的消息，注冊(cè)中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中判斷中斷類型，根據(jù)中斷類型執(zhí)行不同的動(dòng)作，如果是消息完成中斷則把消息數(shù)據(jù)取回并保存、更新界面數(shù)據(jù)，以供用戶事后分析；改變消息統(tǒng)計(jì)數(shù)字，判斷是否與要初始設(shè)置的個(gè)數(shù)相等，如果相等則停止BC工作，完成任務(wù)。

圖5 BC工作流程圖Fig.5 Flow chart of the Bus Controller

4.3 遠(yuǎn)程終端 RT（Remote Terminal）模塊

BU-61580電路可以工作于RT模式，可以完成所有的MIL-STD-1553B消息格式以及模式碼[2-3，6]。RT設(shè)計(jì)要求如下：RT模塊能夠動(dòng)態(tài)設(shè)置RT地址；能夠隨時(shí)訪問(wèn)片上資源，修改或者設(shè)置61580芯片的寄存器內(nèi)容；在添加RT消息時(shí)能夠選擇子地址、消息存儲(chǔ)方式包括單緩沖、雙緩沖、循環(huán)緩沖模式，能夠修改緩沖區(qū)數(shù)據(jù)；能夠編程設(shè)置RT子地址忙位；能夠設(shè)置非法化查詢表；能夠設(shè)置添加各種方式碼，并且能夠修改部分帶數(shù)據(jù)的方式碼的數(shù)據(jù)。

RT模塊設(shè)計(jì)流程圖如圖6所示。首先初始化，設(shè)置RT模式；然后注冊(cè)中斷服務(wù)程序；設(shè)置RT地址、分辨率、超時(shí)等；添加RT子地址SA；修改RT非法字，設(shè)置RT子地址忙位等；最后將RT設(shè)置為工作狀態(tài)。在添加RT子地址時(shí)需要完成子地址內(nèi)存分配，根據(jù)添加的RT子地址動(dòng)態(tài)管理內(nèi)存，有效使用芯片的有限內(nèi)存資源。

圖6 RT工作流程圖Fig.6 Flow chart of the Remote Terminal

在中斷服務(wù)程序中，首先獲得關(guān)鍵字信息，包括RAM堆棧區(qū)域中4消息塊描述字、中斷狀態(tài)、中斷屏蔽字等；根據(jù)中斷狀態(tài)做出響應(yīng)，如果是消息完成中斷，那么根據(jù)取回的關(guān)鍵字信息計(jì)算此次中斷與上次中斷之間收到消息個(gè)數(shù)，把對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息從芯片中取回到應(yīng)用程序中，顯示到界面中并保存。

4.4 總線監(jiān)測(cè)器BM（Bus Monitor）模塊

BU-61580芯片提供了3種總線監(jiān)測(cè)模式，即字檢測(cè)模式、可選擇的消息檢測(cè)模式、同步終端/可選擇消息模式[2-3，7]。設(shè)計(jì)要求BM實(shí)現(xiàn)以下功能：BM 3種模式能夠可選擇；能夠訪問(wèn)61580片上資源；把總線上的所有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)取回來(lái)，并將數(shù)據(jù)按照消息格式存儲(chǔ)；能夠根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出各個(gè)消息所代表的狀態(tài)，并且分類統(tǒng)計(jì)。 BM模式設(shè)計(jì)流程圖如圖7所示。

在字監(jiān)測(cè)模式下，BM能監(jiān)測(cè)并存儲(chǔ)兩條總線上收到的所有的命令字、狀態(tài)字和數(shù)據(jù)字信息。采用多媒體定時(shí)器查詢方式，設(shè)置定時(shí)器每隔5 ms查詢一次RAM緩沖區(qū)指針，計(jì)算出與上次緩沖區(qū)指針之間的緩沖區(qū)大小，然后將數(shù)據(jù)取到緩沖區(qū)中，調(diào)用分割消息函數(shù)將其分割成一條完整的消息。下面是定時(shí)器查詢函數(shù)的代碼。

在可選擇消息監(jiān)測(cè)模式下，默認(rèn)監(jiān)測(cè)所有RT的消息，可以設(shè)置過(guò)濾某些RT消息。注冊(cè)BM中斷回調(diào)函數(shù)，首先從RAM中取回狀態(tài)字、屏蔽字，然后根據(jù)不同的中斷類型做出響應(yīng)；接著從堆棧區(qū)域中獲得4個(gè)描述字；根據(jù)描述字判斷消息是否有響應(yīng)，數(shù)據(jù)字有多少個(gè)；根據(jù)得到的數(shù)據(jù)字個(gè)數(shù)從數(shù)據(jù)棧中取出消息數(shù)據(jù)；最后根據(jù)狀態(tài)字分析消息狀態(tài)，歸類存放。中斷回調(diào)函數(shù)的偽代碼如下。

圖7 BM模式工作流程圖Fig.7 Flow chart of Bus Monitor

5 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

該測(cè)試系統(tǒng)為了測(cè)試DDC公司的BU-61580系列芯片，然后測(cè)試芯片的臨界點(diǎn)。在測(cè)試時(shí)，首先打開測(cè)試軟件，然后打開模式時(shí)序調(diào)整模塊，這樣調(diào)整時(shí)序。最后選則芯片工作于BC、RT還是BM模式下，選擇完工作模式后，進(jìn)行相應(yīng)的初始化，以及設(shè)置。程序的部分操作界面如圖8所示。根據(jù)測(cè)試結(jié)果判斷芯片在該時(shí)序接口下工作是否正常，并在在暫停芯片工作時(shí)，可以隨時(shí)打開操作內(nèi)存寄存器界面查看值以及修改值，達(dá)到能夠自動(dòng)測(cè)試或者可以手工設(shè)置的要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

測(cè)試系統(tǒng)采用裝有61580芯片插槽能夠隨時(shí)更換芯片的BU61580芯片測(cè)試卡作為硬件平臺(tái)，軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。測(cè)試系統(tǒng)摒棄了以往測(cè)試手段，提供了友好的測(cè)試界面。目前該系統(tǒng)已經(jīng)交付用戶使用，實(shí)際應(yīng)用情況表明，該測(cè)試系統(tǒng)系統(tǒng)提高了測(cè)試效率，具有測(cè)試準(zhǔn)確、人機(jī)交互界面友好、簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圖8 測(cè)試系統(tǒng)部分界面Fig.8 Interface chart of testing system

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