CN103037020A - 一种用于单粒子效应检测的多通道高速数据传输系统 - Google Patents

Abstract

一种用于单粒子效应检测的多通道高速数据传输系统，包括辐照环境外的主控计算机、路由器、程控电源以及辐照环境内的试验电路板。主控计算机与程控电源、试验电路板均通过路由器连接，主控计算机控制程控电源向被辐照电路板提供工作电压及电源通断。多个路由器相连接组成多个高速数据传输通道，可通过TCP/IP协议与被辐照试验电路板的通讯，实现数据的高速传输。试验电路板包括网口协议芯片、可编程逻辑器件、受辐照电路，可编程逻辑器件移植有自带TCP/IP协议栈的UC/OS操作系统。试验电路板具有网口通讯能力，实现通过网线与主控计算机进行数据传输和通讯。本发明系统可以实现在一次单粒子试验中完成与多块被测器件的通讯。

Description

一种用于单粒子效应检测的多通道高速数据传输系统

技术领域

本发明涉及一种数据传输系统。

背景技术

随着集成电路加固技术和工艺的迅猛发展，航天宇航器件的工作频率也越来越高。同时，许多宇航器件在应用之前需要经过一定的验证试验，由于种种因素的限制，抗辐射加固的器件只能进行地面模拟试验来进行抗辐射加固能力的验证。在验证试验中，需要将被测器件配置为典型工作状态，因此，对于高频器件来说，检测其输出端的数据变化情况就是急需解决的一个问题。随着宇航技术的发展，抗辐射加固器件的应用也越来越多，这就使得如何高效的完成辐射验证试验的问题成为各试验单位需要考虑的问题。

目前在单粒子效应检测试验中采用的数据传输系统主要是以串口和USB数据线为主，主要有以下不足之处：数据传输数量少、速度低，传输大量的高速数据时容易造成数据传输系统死机；需要手动切换数据传输的通道，降低了工作效率；由于计算机的USB和串口的接口数有限，只能同时完成有限通道(1～5路)的数据传输；采用串口和USB传输数据的方式，则在真空罐内布线繁杂而多，且在接线时还需要一一对应和标记，使得试验前的准备工作较为繁琐。这些都使得单粒子效应检测的效率和数据的可靠性都大大的降低了。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于单粒子效应检测的多通道高速数据传输系统，可同时对多个半导体器件进行单粒子效应检测。

本发明的技术解决方案是：一种用于单粒子效应检测的多通道高速数据传输系统，包括置于辐照环境外的主控计算机、路由器、程控电源，以及置于辐照环境内的试验电路板；试验电路板与程控电源均通过路由器连接主控计算机，主控计算机控制程控电源向被辐照电路板提供工作电压或者断电，所述的路由器采用串连连接的方式组成数据传输通道；

所述的试验电路板包括网口协议芯片、被辐照电路板和控制可编程逻辑器件，其中控制可编程逻辑器件移植有自带TCP/IP协议栈的UC/OS操作系统；控制可编程逻辑器件中包含数据采集模块、被测电路控制模块、可编程芯片系统，可编程芯片系统又包含CPU、网口协议模块和DMA数据传输控制模块；可编程芯片系统通过网口协议芯片、网口协议模块和DMA数据传输控制模块从主控计算机获取控制指令并经由CPU送至被测电路控制模块；被测电路控制模块控制被辐照电路板的测试模式和测试向量，数据采集模块采集被辐照电路板的测试数据并将测试结果发送给可编程芯片系统；可编程芯片系统的CPU将测试结果通过DMA数据传输控制模块、网口协议模块和网口协议芯片反馈至主控计算机；

所述的试验电路板的IP地址可以在上电之后从路由器得到，也可以预先指定，试验电路板和主控计算机根据IP地址通过TCP/IP协议进行通讯。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明系统能够提高单粒子效应检测试验中数据传输的速率，提高试验过程中数据的获取量，利于分析被辐照器件的抗单粒子效应能力。利用串口和USB口传输数据，限制了系统的工作速度，利用网口可以极大提高提升系统的工作速度，系统速度提高，采集被辐照电路数据的速度提高，系统分析比较结果的速度提升，系统向主控计算机传输数据的速度提升，能够更快的监测被辐照电路的工作状态，有利于更快的分析和判断被辐照器件发生的单粒子效应；

(2)本发明系统能够是根据试验电路板的IP实现数据传输，可以灵活地在不同试验电路板之间来回切换，提高了试验的效率，简化了试验操作过程；

(3)本发明系统可根据需要构建不同数量的高速数据传输通道，具有良好的一致性和通用性，只需一次研发，增加了系统的通用性；

(4)本发明系统是根据试验电路板的IP地址确定数据传输通道的，接线过程中可以不用特定指定，大大减少了以往采用串口接线时一一对应的工作量；

(5)本发明系统可以实现在一次单粒子试验中完成与多块电路板的通讯，克服现有的单粒子试验系统存在的试验数据传输速率低、数据传输通道数目受限等不足，提高了试验数据获取的有效性和全面性。

附图说明

图1为本发明系统的组成原理图；

图2为本发明试验电路板的组成原理图；

图3为本发明系统的工作流程图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明传输系统的组成原理图。硬件系统主要包括辐照环境外的主控计算机、路由器、程控电源，以及辐照环境内的试验电路板。其中，试验电路板与程控电源均通过路由器连接主控计算机，主控计算机可控制程控电源向被辐照电路板提供工作电压及电源的通断。多个路由器串连组成多个高速数据传输通道，可通过TCP/IP协议与被辐照试验电路板的通讯，实现数据的高速传输。

本发明中的关键在于试验电路板，试验电路板的基本功能框图如图2所示。它主要用于搭载被辐照电路。试验电路板主要包括网口协议芯片、可编程逻辑器件、受辐照电路。其中，网口协议芯片(例如DM9000A、DP83848等)用于支持可编程逻辑器件和网口的通讯。可编程逻辑器件中需要设有数据采集模块、被测电路控制模块、SOPC(可编程芯片系统)和其他功能模块。SOPC包含了网口协议模块和DMA数据高速传输控制模块。其中，网口协议模块和DMA数据高速传输控制模块用于实现网口的高速传输，数据采集模块和被测电路控制模块用于监控被测电路；其他的功能模块可根据需求添加。试验电路板上的可控制编程逻辑器件移植入自带TCP/IP协议栈的UC/OS操作系统，该操作系统占用的内核和RAM资源少、执行速度快、效率高，采用这种方式能够使数据传输速度能够高达100MHZ。

网口协议模块主要用来控制网络接口芯片的工作，主要分为数据接收模块、数据发送模块、控制模块。数据接收模块和数据发送模块主要用于数据传输，控制模块用于控制数据的传输和产生中断。

DMA数据高速传输控制模块主要包含数据传输路径和地址传输路径，数据传输路径负责数据流的传递，地址传输路径负责初始化和更新源地址和目的地址及产生DMA中断实现结束DMA传输过程。

在ALTERA公司的软件QUARTUS中已经集成了几种网口协议模块和DMA数据高速传输控制模块，例如网口协议模块(Triple-speed Ethernet)和DMA数据高速传输控制模块(Scatter-Gatter DMA Controller)。在使用时，直接在建立SOPC过程中添加这两种功能模块即可，应用非常方便，这些模块还可以根据所选择的网口协议芯片的型号进行设置参数。

被测电路控制模块主要分为工作模式控制模块、时钟产生模块以及测试向量模块，工作模式模块主要是控制被辐照电路的测试模式：功能测试模式或者DFT(扫描链测试)模式。时钟产生模块主要用来向被辐照电路提供工作时钟(若没有工作时钟，则可以使该模块的时钟输出悬空)，使工作模块处于所需的工作频率状态下。测试向量产生模块主要是用来产生测试向量并输入给被辐照电路。

数据采集模块主要高速采集被辐照电路的输出，将采集的数据结果提供给SOPC。

SOPC包含了CPU、网口协议模块和DMA数据高速传输控制模块。主要用来接受主控计算机发来的控制指令，控制和协调控制可编程逻辑器件中各个功能模块的工作。

下面具体介绍本发明系统的工作过程，如图3所示。

(1)主控计算机通过控制程控电源向需要被辐照的试验电路板供电；

(2)试验电路板复位：移植到可编程逻辑器件内的UC/OS操作系统开始运行并建立四个操作任务。这四个任务分别是：网络链接任务、监控被测电路任务、统计任务、计算CPU利用率任务。其中，网络链接任务的优先级最高，监控被测电路任务次之，统计任务和计算CPU利用率任务为空闲任务(优先级较低)。网络链接任务用来建立SOPC与主控计算机的网络通讯通道，网络链接建立成功之后，主控计算机通过网络可以访问SOPC，对SOPC发送控制指令和接受SOPC通过已建立的高速数据传输通道发回的数据。监控被测电路任务主要是根据主控计算机发送给SOPC的指令，执行相应的控制程序并输出测试向量给被测电路并且监测和采集和比较被测电路的输出，并将结果通过数据传输通道发送给主控计算机。统计任务和计算CPU空闲率任务是UC/OS操作系统自带的两个优先级较低的任务，用来防止用户使用操作系统时，这是操作系统在启动时是不允许没有任务运行的。

上电后试验电路板完成复位，之后优先开始执行网络链接任务，开始自动获取IP：试验电路板向路由器发出获取IP地址请求，若可以获取到由路由器分配的动态IP则试验电路板的IP地址为获取到的动态IP；若长时间无法获取到由路由器分配的动态IP则试验电路板的IP地址为可编程逻辑器件预先设定的IP地址。

试验电路板在执行网络链接任务的同时其余3个任务也在执行，不过执行的是空任务。例如，网络链接任务没有完成，监控被测电路的任务就无法完成。

(3)试验电路板获取IP之后，向主控计算机发送建立网络链接请求，并等待主控计算机应答信号，若主控计算机发出应答信号，则试验电路板与主控计算机网络链接成功，如果主控计算机没有应答信号即是网络链接建立失败，试验电路板等待一段时间重新发出网络链接请求，直至链接成功；

(4)UC/OS操作系统有效执行监控被测电路任务，主控计算机通过已建立的由网口协议芯片、网口协议模块和DMA数据高速传输控制模块组成的高速通讯通道向试验电路板发送命令，完成试验电路板的初始化配置；

(5)主控计算机通过已建立的通讯通道向试验电路板发送命令，使被辐照电路开始工作；

(6)判断被测器件是否正常工作，若无法正常工作则跳转步骤(4)，若能否正常工作则进入步骤(7)；

(7)打开辐照源并开始辐照被测器件，试验电路板将被测器件辐照过程中的工作情况通过已建立的通讯通道发送回主控计算机进行分析处理；

(8)判断是否结束试验，若否则跳转步骤(7)，否则进入步骤(9)；

(9)停止试验。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种用于单粒子效应检测的多通道高速数据传输系统，其特征在于：包括置于辐照环境外的主控计算机、路由器、程控电源，以及置于辐照环境内的试验电路板；试验电路板与程控电源均通过路由器连接主控计算机，主控计算机控制程控电源向被辐照电路板提供工作电压或者断电，所述的路由器采用串连连接的方式组成数据传输通道；

所述的试验电路板包括网口协议芯片、被辐照电路板和控制可编程逻辑器件，其中控制可编程逻辑器件移植有自带TCP/IP协议栈的UC/OS操作系统；控制可编程逻辑器件中包含数据采集模块、被测电路控制模块、可编程芯片系统，可编程芯片系统又包含CPU、网口协议模块和DMA数据传输控制模块；可编程芯片系统通过网口协议芯片、网口协议模块和DMA数据传输控制模块从主控计算机获取控制指令并经由CPU送至被测电路控制模块；被测电路控制模块控制被辐照电路板的测试模式和测试向量，数据采集模块采集被辐照电路板的测试数据并将测试结果发送给可编程芯片系统；可编程芯片系统的CPU将测试结果通过DMA数据传输控制模块、网口协议模块和网口协议芯片反馈至主控计算机；

所述的试验电路板的IP地址可以在上电之后从路由器得到，也可以预先指定，试验电路板和主控计算机根据IP地址通过TCP/IP协议进行通讯。

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