基于ATCA架構(gòu)的并發(fā)SRIO測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孟珞珈

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十研究所，四川成都，610041）

基于ATCA架構(gòu)的并發(fā)SRIO測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孟珞珈

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十研究所，四川成都，610041）

本文通過(guò)對(duì)SRIO總線板卡在量產(chǎn)過(guò)程中的功能、性能集成測(cè)試需求進(jìn)行分析，并結(jié)合當(dāng)前測(cè)試技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，提出一種基于ATCA架構(gòu)的SRIO自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，以解決SRIO總線板卡在量產(chǎn)測(cè)試時(shí)，由于固定SRIO端口號(hào)、網(wǎng)絡(luò)IP以及MAC地址，導(dǎo)致無(wú)法直接進(jìn)行并發(fā)測(cè)試的問(wèn)題。該方案采用了先進(jìn)的系統(tǒng)架構(gòu)，支持并發(fā)測(cè)試，能夠滿足產(chǎn)品量產(chǎn)測(cè)試需求，有效提高生產(chǎn)測(cè)試效率，并具備良好的通用性和擴(kuò)展性，可作為基礎(chǔ)性測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行推廣應(yīng)用。

SRIO測(cè)試系統(tǒng)；ATCA架構(gòu)；并發(fā)測(cè)試

0　引言

隨著通信總線技術(shù)的不斷發(fā)展，板卡類通信產(chǎn)品越來(lái)越多的采用高速串行總線技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更高的通信帶寬與速率?；赩PX標(biāo)準(zhǔn)的串行RapidIO（SRIO）具有高可靠、高帶寬的特點(diǎn)，并且針對(duì)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，因此在軍工通信領(lǐng)域的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中被廣泛采用。該類產(chǎn)品形態(tài)以3U板卡為主，接口采用Multi-GigRT2連接器，支持SRIO 1x/4x串行協(xié)議，同時(shí)擴(kuò)展有以太網(wǎng)口及其它基本接口。該類產(chǎn)品進(jìn)行量產(chǎn)測(cè)試時(shí)，通常是將測(cè)試對(duì)象接入宿主機(jī)，用戶操作宿主機(jī)的測(cè)試軟件進(jìn)行測(cè)試。這種測(cè)試方法的缺點(diǎn)是方式單一，自動(dòng)化程度與測(cè)試效率極低，人力資源耗費(fèi)大，無(wú)法滿足產(chǎn)品定制化與規(guī)?；a(chǎn)的需求。為解決測(cè)試能力的不足，提升測(cè)試過(guò)程中的自動(dòng)化、智能化程度，提高測(cè)試效率，減少人工干預(yù)，滿足產(chǎn)品定制化需求，需從測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)入手，采用先進(jìn)平臺(tái)架構(gòu)，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)兼具通用性與擴(kuò)展性的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。

1　重點(diǎn)解決的問(wèn)題

從SRIO板卡類通信產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析，在生產(chǎn)測(cè)試階段，軟硬件版本均已經(jīng)固化到產(chǎn)品中，SRIO端口號(hào)、網(wǎng)絡(luò)IP以及MAC地址等參數(shù)均相同，若采用SRIO交換以及網(wǎng)絡(luò)交換的方式來(lái)進(jìn)行通信，則測(cè)試時(shí)需實(shí)時(shí)修改和配置相關(guān)參數(shù)，無(wú)法滿足自動(dòng)、并發(fā)以及快速測(cè)試的要求。因此，需設(shè)計(jì)分布式的測(cè)試邏輯架構(gòu)，該測(cè)試邏輯架構(gòu)應(yīng)具備多條測(cè)試通道，測(cè)試通道可同時(shí)獨(dú)立運(yùn)行且互不干擾，依靠單條測(cè)試通道實(shí)現(xiàn)單臺(tái)產(chǎn)品的接口適配及測(cè)試信息采集，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換實(shí)現(xiàn)測(cè)試信息的匯總處理，從而避免實(shí)時(shí)修改和配置產(chǎn)品參數(shù)，保證產(chǎn)品在測(cè)試過(guò)程中的狀態(tài)一致性。

通過(guò)對(duì)平臺(tái)及總線技術(shù)進(jìn)行調(diào)研分析，采用ATCA系統(tǒng)架構(gòu)可有效解決上述需求，且在處理能力、系統(tǒng)管控以及整機(jī)散熱上有明顯優(yōu)勢(shì)，支持并發(fā)測(cè)試，其通過(guò)高速串行總線交換+網(wǎng)狀背板的方式，既能有效解決通信中的帶寬瓶頸，也支持系統(tǒng)中各單元之間的獨(dú)立運(yùn)行與靈活互換。ATCA測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)如圖 1所示。

圖 1 ATCA測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)圖

本文以解決SRIO板卡類通信產(chǎn)品的功能、性能集成測(cè)試為出發(fā)點(diǎn)，同時(shí)考慮到通用性和擴(kuò)展性，提出了一種基于ATCA架構(gòu)的并發(fā)SRIO測(cè)試系統(tǒng)解決方案，以支持3U結(jié)構(gòu)形態(tài)的SRIO板卡為主，配合支持一鍵快速測(cè)試功能的自動(dòng)測(cè)試軟件，測(cè)試效率與測(cè)試靈活性大大提高。且測(cè)試單元之間可靈活互換，支持升級(jí)測(cè)試單元，滿足其它定制結(jié)構(gòu)形態(tài)的產(chǎn)品接入測(cè)試。文中重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的總體架構(gòu)、主要單元及測(cè)試軟件進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)分析。

2　測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

SRIO測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)上架式整機(jī)設(shè)備，機(jī)箱內(nèi)安裝各個(gè)單元模塊。測(cè)試軟件安裝在測(cè)試系統(tǒng)上，系統(tǒng)支持外接鼠標(biāo)、鍵盤(pán)及顯示器，整機(jī)采用交流220V供電。上電后，系統(tǒng)通過(guò)I2C總線對(duì)各個(gè)單元模塊進(jìn)行工作狀態(tài)的初始化配置。工作時(shí)，用戶操作測(cè)試軟件，通過(guò)選擇測(cè)試對(duì)象，設(shè)置測(cè)試參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試對(duì)象功能、性能的測(cè)試。測(cè)試軟件對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷和分析，并將測(cè)試結(jié)果通過(guò)人機(jī)交互界面與用戶進(jìn)行交互。其應(yīng)用方式如圖 2所示。

圖 2 SRIO測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用方式圖

SRIO測(cè)試系統(tǒng)按ATCA架構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)各硬件模塊功能進(jìn)行分類整理，提煉出相對(duì)獨(dú)立通用的功能單元。SRIO測(cè)試系統(tǒng)的硬件單元主要分為電源單元、主控單元、交換單元以及6路獨(dú)立的測(cè)試單元，各單元通過(guò)系統(tǒng)背板與主控單元進(jìn)行交換互通。系統(tǒng)背板總線主要包括系統(tǒng)電源（POWER）、系統(tǒng)管理總線（I2C）和測(cè)試業(yè)務(wù)總線（Gbe），系統(tǒng)主機(jī)原理如圖 3所示：

圖 3 SRIO測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖

3　主要技術(shù)指標(biāo)

本系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)包括：①實(shí)現(xiàn)6路并發(fā)測(cè)試通道；②系統(tǒng)交換總線采用千兆以太網(wǎng)交換；③系統(tǒng)擴(kuò)展VGA接口、USB2.0接口、LAN接口等通用接口；④系統(tǒng)采用交流供電，功耗≤250W；⑤操作系統(tǒng)支持Windows XP及以上；⑥支持對(duì)測(cè)試對(duì)象進(jìn)行狀態(tài)查詢、參數(shù)設(shè)置、功能測(cè)試、性能測(cè)試以及互通測(cè)試。

4　主要單元設(shè)計(jì)

4.1主控單元設(shè)計(jì)

主控單元作為測(cè)試系統(tǒng)的核心處理單元，采用高性能的計(jì)算機(jī)模塊作為處理器，設(shè)計(jì)載板用于通用接口擴(kuò)展。主控單元是運(yùn)行操作系統(tǒng)及測(cè)試軟件的主平臺(tái)，負(fù)責(zé)測(cè)試業(yè)務(wù)的發(fā)起以及測(cè)試信息匯總、處理及輸出顯示。通過(guò)系統(tǒng)管理總線（I2C）對(duì)系統(tǒng)各單元進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度控制，包括單元開(kāi)關(guān)電控制、主要芯片工作參數(shù)配置等；通過(guò)測(cè)試業(yè)務(wù)總線（Gbe）接入交換單元，實(shí)現(xiàn)與各測(cè)試單元之間的測(cè)試控制信息交互，對(duì)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行控制；通過(guò)載板擴(kuò)展出對(duì)外綜合接口，用于連接顯控設(shè)備及其它通用儀器。

4.2系統(tǒng)背板與交換單元設(shè)計(jì)

系統(tǒng)背板為混合背板，主要接插件采用VPX標(biāo)準(zhǔn)接插件，為系統(tǒng)中各單元提供物理和電器互聯(lián)。背板主要總線包括系統(tǒng)管理總線（I2C）和測(cè)試業(yè)務(wù)總線（Gbe），拓?fù)洳捎脝涡切徒Y(jié)構(gòu)，傳輸協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)協(xié)議。背板提供9個(gè)槽位，其中電源槽、系統(tǒng)槽和交換槽依次固定在1-3號(hào)槽位，分別對(duì)應(yīng)電源單元、主控單元和網(wǎng)絡(luò)交換單元；4-9號(hào)槽位為儀器槽，對(duì)應(yīng)測(cè)試單元。

交換單元按照二層交換機(jī)的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用BCM5396做為千兆以太網(wǎng)的交換芯片，實(shí)現(xiàn)主控單元與測(cè)試單元之間千兆網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換。

4.3測(cè)試單元設(shè)計(jì)

測(cè)試單元作為系統(tǒng)中直接與測(cè)試對(duì)象進(jìn)行電氣信號(hào)連接的單元，是測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。測(cè)試單元與測(cè)試對(duì)象之間采用Multi-GigRT2連接器進(jìn)行物理接口適配，實(shí)現(xiàn)控制總線以及業(yè)務(wù)總線的交互、測(cè)試系統(tǒng)通用測(cè)試協(xié)議到測(cè)試對(duì)象專用協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，以及對(duì)測(cè)試對(duì)象進(jìn)行供電。測(cè)試單元在硬件設(shè)計(jì)上采用DSP+FPGA的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其原理框圖如圖 4所示。

圖 4測(cè)試單元設(shè)計(jì)原理圖

其中，DSP采用了TI 公司的TMS320C6455，既作為SRIO接口通信芯片，也是測(cè)試單元的主處理核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試單元各芯片的管理和控制，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的應(yīng)用層處理以及SRIO接口適配。FPGA采用Xilinx公司Sparten6系列XC6SLX150T芯片，通過(guò)芯片集成的2路千兆MAC收發(fā)器可分別實(shí)現(xiàn)與測(cè)試對(duì)象以及背板單元的網(wǎng)絡(luò)通信；通過(guò)FPGA的邏輯設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的處理，以及與DSP之間的同步EMIF通信。

5　測(cè)試軟件設(shè)計(jì)

測(cè)試軟件在總體架上采用了分層設(shè)計(jì)理念，從下到上分別是系統(tǒng)層、適配層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層，系統(tǒng)層采用Windows XP及以上操作系統(tǒng)，安裝相關(guān)設(shè)備驅(qū)動(dòng)；適配層抽象出統(tǒng)一的接口支撐上層軟件的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)收發(fā)緩存處理、數(shù)據(jù)封裝解析以及測(cè)試結(jié)果判斷；應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，包括顯控外設(shè)的輸入輸出處理，軟件配置管理以及日志存取操作。測(cè)試軟件架構(gòu)圖如圖 5所示。

圖 5測(cè)試軟件架構(gòu)圖

測(cè)試時(shí)，主控單元運(yùn)行的測(cè)試軟件根據(jù)測(cè)試功能項(xiàng)的不同，調(diào)用相應(yīng)的測(cè)試指令通過(guò)交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)往對(duì)應(yīng)測(cè)試單元。測(cè)試單元對(duì)測(cè)試指令進(jìn)行解析和轉(zhuǎn)換，對(duì)測(cè)試對(duì)象的工作狀態(tài)進(jìn)行控制，并按照測(cè)試對(duì)象的接口協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)試指令；測(cè)試對(duì)象執(zhí)行測(cè)試指令并將測(cè)試結(jié)果按照接口協(xié)議發(fā)送到測(cè)試單元，測(cè)試單元將測(cè)試結(jié)果封裝成測(cè)試數(shù)據(jù)幀，通過(guò)交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到主控單元，通過(guò)測(cè)試軟件進(jìn)行分析處理及可視化呈現(xiàn)。

6　結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種基于ATCA架構(gòu)的SRIO總線類板卡通用測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供6路并發(fā)SRIO測(cè)試通道，支持千兆網(wǎng)絡(luò)無(wú)阻塞交換，并且成功解決了SRIO總線類板卡在量產(chǎn)測(cè)試時(shí)，由于固定SRIO端口號(hào)、網(wǎng)絡(luò)IP以及MAC地址，導(dǎo)致無(wú)法直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換方式進(jìn)行并發(fā)測(cè)試的問(wèn)題。在測(cè)試軟件設(shè)計(jì)上采用層次化設(shè)計(jì)，消除硬件及系統(tǒng)差異給軟件設(shè)計(jì)帶來(lái)的影響，有效減少各層次、各模塊之間的耦合。該測(cè)試系統(tǒng)集成度高，可擴(kuò)展性強(qiáng)，具備較高的自動(dòng)化測(cè)試能力。經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，該測(cè)試系統(tǒng)可滿足SRIO總線類板卡的量產(chǎn)測(cè)試需求，測(cè)試效率較以前提高了近6倍，是ATCA架構(gòu)與測(cè)試技術(shù)相結(jié)合的成功應(yīng)用。

［1］王洛欣，申衛(wèi)昌，朱莉明等.先進(jìn)的通信計(jì)算機(jī)架構(gòu)ATCA及應(yīng)用研究［J］，科學(xué)技術(shù)與工程，2006，6（14）：2132-2134.

［2］蒙佺.VPX抗惡劣環(huán)境通信計(jì)算機(jī)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究［J］，測(cè)控技術(shù)，2012，31（10）：88.

［3］劉斌，孫銓鈺.基于ATCA架構(gòu)的加固服務(wù)器主模塊設(shè)計(jì)技術(shù)［J］，計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2014，22（5）：1594.

［4］俞建，周維超，劉坤.DSP與FPGA的SRIO互連設(shè)計(jì)［J］，半導(dǎo)體光電，2012，12（6）：903.

The design of concurrent SRIO test system based on ATCA

Meng Luojia
（No.30 Institute of CETC，Chengdu Sichuan 610041，China）

This paper introduce an automatic SRIO test system，which based on ATCA architecture and combined with technology development trend of test ，in order to slove the problem that SRIO bus card can’t support concurrent test because of fixed parameter such as SRIO port，IP and MAC address，and match the needs of the SRIO bus card’s integration of function and performance test requirements in the process of mass production.The design of test system，using advanced system architecture，has a concurrent test mechanism，which can improve the test efficiency.This test system has good versatility and expansibility，can be used as a basic test platform in the similar application.

SRIO test system；ATCA；concurrent test

TN06

A