自定義FPGA測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊崗

【摘要】本文對于自定義FPGA測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行了簡要的分析，對FPGA測試系統(tǒng)的主要功能進(jìn)行了介紹，并進(jìn)行了測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和軟件測試，取得了良好的測試結(jié)果，能夠有效的保障測試的準(zhǔn)確性。

【關(guān)鍵詞】自定義FPGA測試系統(tǒng)；軟件測試；Virtex5測試系統(tǒng)

由于電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，要對起進(jìn)行測試就要使用更為復(fù)雜的測試方法。通過FPGAPGA能夠提供一個(gè)硬件自定義設(shè)計(jì)途徑，使用戶能夠以軟件編程的方式來對硬件邏輯進(jìn)行重新配置。這樣一來，軟件工程師的測試時(shí)間就得到了縮短。

一、拓?fù)銯PGAPGA測試的功能

1、動(dòng)態(tài)測試盒閉環(huán)控制。主要是被測環(huán)境和被測系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)信號交互時(shí)，被測設(shè)備可以通過FPGAPGA來獲得反饋信息，從而使測試覆蓋的范圍滿足相應(yīng)的要求。在通信系統(tǒng)中經(jīng)常運(yùn)用這種方式。2、自定義協(xié)議接口。為了避免進(jìn)行解碼和編碼操作時(shí)必須按照傳統(tǒng)協(xié)議，可以在硬件上使用FPGAPGA進(jìn)行解碼和編碼，這樣能夠在自定義簡單協(xié)議的基礎(chǔ)上對測試系統(tǒng)的軟件進(jìn)行簡化，硬件還可以通過FPGAPGA的可重置性得到重復(fù)使用。3、自定義采集和觸發(fā)?？梢詫?shù)據(jù)記錄功能和自定義觸發(fā)功能添加到FPGAPGA上，對傳遞所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇。由于FPGAPGA 的可重置性，特定硬件的應(yīng)用要求也可以得到滿足，例如可以對頻譜分析儀進(jìn)行替代，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)頻率觸發(fā)功能。4、執(zhí)行實(shí)時(shí)連續(xù)測量。通過專享的硬件資源，F(xiàn)PGA可以實(shí)現(xiàn)快速、高吞吐率的數(shù)據(jù)處理，使傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模式得到改變，可以通過IO端口采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，從而使測試時(shí)間得到縮短[1]。

二、設(shè)計(jì)測試系統(tǒng)

本文設(shè)計(jì)的測試系統(tǒng)為CCD圖像數(shù)傳系統(tǒng)測試系統(tǒng)，其不僅具備基本功能，能夠進(jìn)行全面和深入的性能測試，還具有低成本、便捷性、實(shí)時(shí)性的優(yōu)點(diǎn)。對被測設(shè)備與FPGA之間的配合進(jìn)行測試，能夠?qū)Ρ粶y試系統(tǒng)需要的條件輸出進(jìn)行模擬，從而驗(yàn)證被測設(shè)備的功能。測量端口和數(shù)據(jù)能夠在被測系統(tǒng)的故障模式下進(jìn)行排查，對通信協(xié)議進(jìn)行模擬，能夠?qū)ν獠啃畔⑦M(jìn)行可控加載。對被測設(shè)備對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，能夠?qū)崿F(xiàn)有選擇的數(shù)據(jù)分析、保存與輸出。該測試系統(tǒng)使用到了XC5VLX50芯片，功能相對簡單，大規(guī)模FPGA測試的引腳需求能夠得到滿足，并滿足小規(guī)模的數(shù)據(jù)處理需求。該芯片的IP核與擴(kuò)展接口能夠滿足常規(guī)的接口協(xié)議應(yīng)用。

三、測試軟件

3.1測試軟件的主要組成部分

測試軟件包括FPGA軟件和PC軟件兩大部分，具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳存儲、內(nèi)部實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析、端口示波器測試3種測試手段。

上位機(jī)指令的發(fā)送主要由PC軟件來實(shí)行，其他可以實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的處理、分析和接收、測試用例的設(shè)置等等?？梢允褂么谡{(diào)試助手來完成485串行指令錯(cuò)誤用例。圖像數(shù)據(jù)的存儲、解析和獲取以及指令和參數(shù)的設(shè)置功能主要由自定義開發(fā)的上位機(jī)通訊軟件來完成。

測試FPGA軟件主要有以下幾個(gè)功能：獲取和解析CCD圖像數(shù)據(jù)頭，從而獲取和解析CCD圖像原始數(shù)據(jù)，解析和判讀內(nèi)部參數(shù)；解析和判讀視頻處理器加載參數(shù)；模擬北側(cè)FPGA異常運(yùn)行或正常運(yùn)行所需的外部信號。上述功能主要是通過上位機(jī)控制，在自定義485通訊協(xié)議的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。

測試設(shè)備與PC機(jī)通訊指令進(jìn)行直接連接解析，測試FPGA內(nèi)部并向被測設(shè)備發(fā)送，從而獲取被測設(shè)備的指令，并設(shè)置測試FPGA內(nèi)部指令[2]。

3.2測試的方法

①端口的狀態(tài)和時(shí)序：使用示波器進(jìn)行測量，能夠?qū)⒉僮鬟^程、加載過程、上電過程中的狀態(tài)圖得出來。②功能測試。使用485將異常和正常指令發(fā)送出去，對返回?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行觀察。主要有以下幾種返回?cái)?shù)據(jù)：視頻加載參數(shù)、圖像數(shù)據(jù)、圖像頭參數(shù)、內(nèi)部遙測參數(shù)。③模擬通路。對FPGA模擬外圍指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，與被測設(shè)備實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)實(shí)時(shí)運(yùn)行，并對被測設(shè)備輸出狀態(tài)對時(shí)序關(guān)系和性能進(jìn)行測量。④錯(cuò)誤測試和故障測試。⑤魯棒性測試。主要是對同一狀態(tài)進(jìn)行反復(fù)測試，判斷系統(tǒng)在異常切換、異常時(shí)序、異常操作、錯(cuò)誤值、典型值、臨界值條件下的反應(yīng)。⑥可靠性測試。對外部干擾源進(jìn)行模擬，對系統(tǒng)的可靠程度進(jìn)行測試，主要使用組合邏輯產(chǎn)生毛刺來模擬外部干擾源，產(chǎn)生的干擾信號低于一個(gè)時(shí)鐘周期。

四、測試結(jié)果

由端口測量和數(shù)據(jù)分析得到的功能測試結(jié)果能夠滿足測試要求，測試系統(tǒng)提高的測試向量能夠進(jìn)行模擬錯(cuò)誤模式和故障模式，并對被測設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行觀察。針對被測設(shè)備的內(nèi)部程序容錯(cuò)機(jī)制和輸入條件可以進(jìn)行可靠性測試和魯棒性測試。對于被測設(shè)備出現(xiàn)的問題，能夠通過測試FPGA提供的測試向量進(jìn)行分析和糾正。

五、結(jié)語

綜上所述，自定義的FPGA測試系統(tǒng)具有更加靈活的測試方式，不僅能夠降低測試的難度，而且能夠使被測系統(tǒng)的可靠性要求得到提高，能夠滿足低功耗、高性能的測試要求，并對后續(xù)測量過程進(jìn)行了兼容。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 余銘奇，譚偉，姚錫凡. 基于FPGAPGA和DSP的噴油器霧化粒徑測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)測量與控制. 2011（02）

[2] 白明方，楊瑞峰. 高精度角位移測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)械管理開發(fā). 2010（04）