基于KAM500采集器的測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

胡慶武

摘 要： 為了獲取關(guān)鍵測(cè)試數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，在有限的空間下組件一套高效的測(cè)試系統(tǒng)是至關(guān)重要的。根據(jù)實(shí)際工程測(cè)試案例，對(duì)以KAM500采集器為核心的測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及軟件裁剪編譯方法進(jìn)行了分析，為KAM500采集器在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供借鑒作用。

關(guān)鍵詞： PCM數(shù)據(jù)； 時(shí)統(tǒng)； 429總線； GPS

中圖分類號(hào)： TN06?34； TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）03?0108?02

Design of test system based on the KAM500 collector

HU Qing?wu

（Shenyang Aircraft Design and Research Institute， Shenyang 110035， China）

Abstract： To obtain key testing data and real?time monitor the system state， it is crucial to set up an efficient testing system in the confined space. Based on a practical engineering test case， the system design and software clipping and compiling of the test system is analyzed， of which the core is KAM500 collector. The system provided a reference for the application of KAM500 in practical engineering.

Keywords： PCM data； time unity； 429 bus； GPS

0 引 言

KAM500數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)由兩大部分組成，即KAM500數(shù)據(jù)采集器與KSMVZ應(yīng)用軟件[1]。其采用了現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件，數(shù)據(jù)的采集、傳輸及編碼相對(duì)獨(dú)立，所有通道可以同時(shí)采樣。本文根據(jù)實(shí)際工程測(cè)試需求，構(gòu)建了以KAM500采集器為核心，輔以離散量采集板、429總線采集板、1553總線采集板構(gòu)成的測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)429總線信號(hào)、1553總線信號(hào)以及視頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集記錄，系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。該測(cè)試方案在實(shí)際工程中得到了成功的應(yīng)用。

1 關(guān)鍵系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

1.1 時(shí)統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

為使所采集的數(shù)據(jù)有統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，需要通過GPS[2-3]授時(shí)系統(tǒng)為KAM500采集器授時(shí)。目前時(shí)碼信號(hào)應(yīng)用最普遍的就是IRIGB標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)，其包括直流碼與交流碼。為了適合遠(yuǎn)距離傳輸需要，通常選用IRIGB交流碼格式，其有很嚴(yán)格的高低幅比值，即調(diào)制比要在3∶1到6∶1之間，工程中通常選用[4?5]10∶3。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)IRIGB格式信號(hào)的上述特點(diǎn)，本文選用了TCG/001板卡來讀取時(shí)間信息，其上電初期，時(shí)間讀取模塊檢查每一位是否有正確的波形、字的位數(shù)和類型是否正確，以及每個(gè)幀的開始是否有兩個(gè)有效的參考位。如果SBS和CF位不用，則需將其置零。在IRIGB數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)時(shí)，接地設(shè)計(jì)是非常重要的，如果選擇的時(shí)間源是單端的，那么“地”線應(yīng)接到IRIGB輸入的“負(fù)”端。

為了使PCM數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)可以和視頻記錄的時(shí)標(biāo)一致，便于后續(xù)分析數(shù)據(jù)，在GPS發(fā)生器上并出一路IRIGB信號(hào)，供視頻圖像使用。具體連接方式如圖2所示。

1.2 PCM數(shù)據(jù)傳輸電路設(shè)計(jì)

目前，測(cè)試系統(tǒng)遙測(cè)數(shù)據(jù)普遍采用PCM格式輸出，它是一種符合IRIG?106標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，基于這種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備輸出的串行比特流以主幀為單元進(jìn)行循環(huán)，而每個(gè)主幀又由一系列的子幀或副幀構(gòu)成，每個(gè)子幀由同步碼組、數(shù)據(jù)字構(gòu)成。由于每個(gè)主幀都包含有時(shí)間信息，因此，它能很好地解決多個(gè)數(shù)據(jù)流之間的同步問題[6]。

圖2 時(shí)統(tǒng)電路接線圖

基于PCM數(shù)據(jù)格式的這種特點(diǎn)，本文選用了BCU/001板卡作為采集系統(tǒng)的主控制器，它以時(shí)間為標(biāo)記，實(shí)時(shí)采集各信號(hào)板卡寄存器中的信號(hào)，并完成PCM格式數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，選用的PCM碼型為NRZ?L碼，信號(hào)電平為±2.5 V。因此，在PCM數(shù)據(jù)傳輸時(shí)[7-8]，為了提高采集數(shù)據(jù)的抗干擾能力，文中設(shè)計(jì)了適合長距離傳輸?shù)?22電平連接方式，將PCM數(shù)據(jù)流存儲(chǔ)到所選擇的記錄設(shè)備中。具體連接方式如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)交換電路接線圖

2 軟件編譯設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)得以成功運(yùn)行的關(guān)鍵，在于根據(jù)每塊板卡的數(shù)據(jù)采集特點(diǎn)對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行設(shè)置與編譯。

（1） TCG/001板卡起到時(shí)碼接收器的作用，分辨率為1 μs，系統(tǒng)漂移小于3 ppm，接收IRIGB時(shí)間。在軟件編譯過程中，如果SBS或CF位不用，則將它們均設(shè)置為0。同時(shí)，還要修改以下參數(shù)：

HI_TIME時(shí)間高字：

“TCG1_0_J3_T_H”=“HOUR”；

LO_TIME時(shí)間低字：

“TCG1_0_J3_T_L”=“MINUTE”；

MICRO_TIME時(shí)間微秒：

“TCG1_0_J3_T_M”=“SECOND”；

（2） 幀結(jié)構(gòu)軟件設(shè)置

為了將采集到的數(shù)據(jù)指定到具體的路徑下，需要在數(shù)據(jù)采集前統(tǒng)一規(guī)劃BCU/001板卡的幀結(jié)構(gòu)設(shè)置，通常，幀結(jié)構(gòu)的設(shè)置非常靈活，幀結(jié)構(gòu)的字長、子幀長、主幀長、位速率等等可以根據(jù)各自的需求逐一設(shè)置。在本系統(tǒng)中主要按如下方式設(shè)置：

Words/Frame=256；Minor Frames=32；

Bits Per Word=16；

Frame Frequence=8；PCM Code=NRZL；

Synhronization Pattern=FE6B2840h

雖然軟件有自動(dòng)編譯功能，但為了進(jìn)行幀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，合理分配空間，提高運(yùn)行效率，建議根據(jù)每個(gè)參數(shù)的采樣頻率，逐一進(jìn)行具體路徑規(guī)劃。

ARI/001板卡可以監(jiān)控8條429總線數(shù)據(jù)，每個(gè)通道最大采樣率為500 kHz，其字節(jié)定義見表1。為了獲取最優(yōu)的使用效果，可以考慮設(shè)置SNARFER濾波器，這樣可以在有錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，將其標(biāo)記下來。同時(shí)，需要說明的是，在429總線上，DATA、SDI與SSM的最低有效位是先行傳輸?shù)模鴮?duì)于Label則是后傳最低有效位[9?10]。

表1 429總線字節(jié)定義

[1～8＼&9＼&10＼&11～29＼&30＼&31＼&32＼&Label[7：0]＼&SDI[1：0]＼&Data[0：18]＼&SSM[1：0]＼&P＼&]

軟件編譯過程中，根據(jù)數(shù)據(jù)字節(jié)定義設(shè)計(jì)硬件線路，主要修改以下參數(shù)：

HighMask=0x7fff；LowMask=0xffff；Rate=1；DataWord=Data。

其余參數(shù)可以根據(jù)不同的測(cè)試需求進(jìn)行設(shè)置，在本系統(tǒng)中，進(jìn)行了裁剪，將HighTime/LowTime/MicroTime/WordCount均設(shè)置為0。系統(tǒng)設(shè)置完成后，通過compile XID將文件轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制格式，通過program hardware將文件燒寫至采集器中。至此，構(gòu)建的測(cè)試系統(tǒng)可以成功的對(duì)外部信號(hào)進(jìn)行采集。

3 總 結(jié)

通過實(shí)際的工程驗(yàn)證，測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，證明了系統(tǒng)的組建與軟件的設(shè)置是正確的。隨著測(cè)試設(shè)備的應(yīng)用越來越普遍，像這種集成簡單，軟件設(shè)置編譯靈活的采集設(shè)備，必將適用于更多的工程領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1] 田方正，顏義紅，黃甫大宏，等.新一代機(jī)載數(shù)據(jù)采集器設(shè)計(jì)思路及應(yīng)用技術(shù)探討[J].遙測(cè)遙控，2004，25（1）：31?35.

[2] 趙一，張中荃，韓悅，等.基于統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)演算的端到端時(shí)延上界研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（3）：74?76.

[3] 王千喜，李秋鳳，楊曉昆，等.高性能維特比在衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)中FPGA實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（6）：107?110.

[4] 夏雙林.基于GPS的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢：華中科技大學(xué)，2008.

[5] 雷立動(dòng)，裴海龍.基于無線數(shù)傳模塊的無人機(jī)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2012，20（2）：175?178.

[6] 陳廣.分布式試飛測(cè)試系統(tǒng)總線研究與軟件設(shè)計(jì)[D].成都：電子科技大學(xué)，2007.

[7] 單立超，謝雪松，張小玲，等.基于FPGA的混合遙測(cè)數(shù)據(jù)復(fù)接收技術(shù)的研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2012，38（10）：11?15.

[8] 郅銀周，張彥軍，洪應(yīng)平.基于FPGA的脈沖變換器測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電測(cè)與儀表，2010，47（5）：55?58.

[9] 劉耀軍.ARINC429總線在飛機(jī)電源功率控制器中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2010，18（7）：1545?1548.

[10] 趙顯紅，何谷惠.基于FPGA的ARINC429機(jī)載總線接口[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008，31（10）：93?95.

（2） 幀結(jié)構(gòu)軟件設(shè)置

為了將采集到的數(shù)據(jù)指定到具體的路徑下，需要在數(shù)據(jù)采集前統(tǒng)一規(guī)劃BCU/001板卡的幀結(jié)構(gòu)設(shè)置，通常，幀結(jié)構(gòu)的設(shè)置非常靈活，幀結(jié)構(gòu)的字長、子幀長、主幀長、位速率等等可以根據(jù)各自的需求逐一設(shè)置。在本系統(tǒng)中主要按如下方式設(shè)置：

Words/Frame=256；Minor Frames=32；

Bits Per Word=16；

Frame Frequence=8；PCM Code=NRZL；

Synhronization Pattern=FE6B2840h

雖然軟件有自動(dòng)編譯功能，但為了進(jìn)行幀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，合理分配空間，提高運(yùn)行效率，建議根據(jù)每個(gè)參數(shù)的采樣頻率，逐一進(jìn)行具體路徑規(guī)劃。

ARI/001板卡可以監(jiān)控8條429總線數(shù)據(jù)，每個(gè)通道最大采樣率為500 kHz，其字節(jié)定義見表1。為了獲取最優(yōu)的使用效果，可以考慮設(shè)置SNARFER濾波器，這樣可以在有錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，將其標(biāo)記下來。同時(shí)，需要說明的是，在429總線上，DATA、SDI與SSM的最低有效位是先行傳輸?shù)模鴮?duì)于Label則是后傳最低有效位[9?10]。

表1 429總線字節(jié)定義

[1～8＼&9＼&10＼&11～29＼&30＼&31＼&32＼&Label[7：0]＼&SDI[1：0]＼&Data[0：18]＼&SSM[1：0]＼&P＼&]

軟件編譯過程中，根據(jù)數(shù)據(jù)字節(jié)定義設(shè)計(jì)硬件線路，主要修改以下參數(shù)：

HighMask=0x7fff；LowMask=0xffff；Rate=1；DataWord=Data。

其余參數(shù)可以根據(jù)不同的測(cè)試需求進(jìn)行設(shè)置，在本系統(tǒng)中，進(jìn)行了裁剪，將HighTime/LowTime/MicroTime/WordCount均設(shè)置為0。系統(tǒng)設(shè)置完成后，通過compile XID將文件轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制格式，通過program hardware將文件燒寫至采集器中。至此，構(gòu)建的測(cè)試系統(tǒng)可以成功的對(duì)外部信號(hào)進(jìn)行采集。

3 總 結(jié)

通過實(shí)際的工程驗(yàn)證，測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，證明了系統(tǒng)的組建與軟件的設(shè)置是正確的。隨著測(cè)試設(shè)備的應(yīng)用越來越普遍，像這種集成簡單，軟件設(shè)置編譯靈活的采集設(shè)備，必將適用于更多的工程領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1] 田方正，顏義紅，黃甫大宏，等.新一代機(jī)載數(shù)據(jù)采集器設(shè)計(jì)思路及應(yīng)用技術(shù)探討[J].遙測(cè)遙控，2004，25（1）：31?35.

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[4] 夏雙林.基于GPS的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢：華中科技大學(xué)，2008.

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[9] 劉耀軍.ARINC429總線在飛機(jī)電源功率控制器中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2010，18（7）：1545?1548.

[10] 趙顯紅，何谷惠.基于FPGA的ARINC429機(jī)載總線接口[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008，31（10）：93?95.

（2） 幀結(jié)構(gòu)軟件設(shè)置

為了將采集到的數(shù)據(jù)指定到具體的路徑下，需要在數(shù)據(jù)采集前統(tǒng)一規(guī)劃BCU/001板卡的幀結(jié)構(gòu)設(shè)置，通常，幀結(jié)構(gòu)的設(shè)置非常靈活，幀結(jié)構(gòu)的字長、子幀長、主幀長、位速率等等可以根據(jù)各自的需求逐一設(shè)置。在本系統(tǒng)中主要按如下方式設(shè)置：

Words/Frame=256；Minor Frames=32；

Bits Per Word=16；

Frame Frequence=8；PCM Code=NRZL；

Synhronization Pattern=FE6B2840h

雖然軟件有自動(dòng)編譯功能，但為了進(jìn)行幀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，合理分配空間，提高運(yùn)行效率，建議根據(jù)每個(gè)參數(shù)的采樣頻率，逐一進(jìn)行具體路徑規(guī)劃。

ARI/001板卡可以監(jiān)控8條429總線數(shù)據(jù)，每個(gè)通道最大采樣率為500 kHz，其字節(jié)定義見表1。為了獲取最優(yōu)的使用效果，可以考慮設(shè)置SNARFER濾波器，這樣可以在有錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，將其標(biāo)記下來。同時(shí)，需要說明的是，在429總線上，DATA、SDI與SSM的最低有效位是先行傳輸?shù)?，而?duì)于Label則是后傳最低有效位[9?10]。

表1 429總線字節(jié)定義

[1～8＼&9＼&10＼&11～29＼&30＼&31＼&32＼&Label[7：0]＼&SDI[1：0]＼&Data[0：18]＼&SSM[1：0]＼&P＼&]

軟件編譯過程中，根據(jù)數(shù)據(jù)字節(jié)定義設(shè)計(jì)硬件線路，主要修改以下參數(shù)：

HighMask=0x7fff；LowMask=0xffff；Rate=1；DataWord=Data。

其余參數(shù)可以根據(jù)不同的測(cè)試需求進(jìn)行設(shè)置，在本系統(tǒng)中，進(jìn)行了裁剪，將HighTime/LowTime/MicroTime/WordCount均設(shè)置為0。系統(tǒng)設(shè)置完成后，通過compile XID將文件轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制格式，通過program hardware將文件燒寫至采集器中。至此，構(gòu)建的測(cè)試系統(tǒng)可以成功的對(duì)外部信號(hào)進(jìn)行采集。

3 總 結(jié)

通過實(shí)際的工程驗(yàn)證，測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，證明了系統(tǒng)的組建與軟件的設(shè)置是正確的。隨著測(cè)試設(shè)備的應(yīng)用越來越普遍，像這種集成簡單，軟件設(shè)置編譯靈活的采集設(shè)備，必將適用于更多的工程領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

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[2] 趙一，張中荃，韓悅，等.基于統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)演算的端到端時(shí)延上界研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（3）：74?76.

[3] 王千喜，李秋鳳，楊曉昆，等.高性能維特比在衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)中FPGA實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（6）：107?110.

[4] 夏雙林.基于GPS的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢：華中科技大學(xué)，2008.

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[8] 郅銀周，張彥軍，洪應(yīng)平.基于FPGA的脈沖變換器測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電測(cè)與儀表，2010，47（5）：55?58.

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