CN104865457A - 一种通用检测板卡 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通用检测板卡，该通用检测板卡由电源电路、两个满足CPIC标准的背板连接器、PXI接口电路、ARM9处理器模块、FPGA电路、专用通信接口检测模块连接器和与被测试设备互联的接口信号连接器等硬件电路组成；这些硬件电路不同的组合，并调用ARM9处理器模块和FPGA电路内部不同程序，分别实现基于传统并行CPU总线标准的检测板卡，实现基于PXI总线标准的检测板卡，以及实现基于以太网总线标准的检测板卡。同时，根据专用通信接口检测模块连接器插接不同的功能模块，分别实现被检测设备不同通信接口的检测。本发明是一种兼容多种测试仪器总线标准，并且根据被测试对象不同进行灵活配置专用通信接口检测模块的通用检测板卡，具有通用性强、成本低等优点。
Description
技术领域
本发明属于测试仪器技术领域，特别涉及一种通用检测板卡的设计技术。
背景技术
在军民通信领域，装备了各种型号的通信设备，大量通信设备的故障检测离不开各种维修检测设备，特别是专用通信领域，被检测的设备型号繁多，通信接口多种多样，各型号的通信设备通过各种有线通信接口和无线射频接口进行互联组网，其有线通信接口包括模拟用户V口、数字用户K口、群路E1接口、群路A接口、群路B接口、群路HDLS接口、光接口、V.35接口、V.24接口、RS232接口、RS485等十多种接口；检测设备的需求往往比实装的通信设备数量要少很多，并且对相同的被检测设备的检测，因需求部门不同呈现多元化的趋势。但为了保障种类繁多、接口多样的被检测设备的正常工作，其检测设备必不可少。目前，各种维修检测设备大多根据具体的检测需求，最常见的是采用自定义的专用的检测板卡技术，也有采用基于某一标准的测试总线构建的检测板卡，如PXI总线。按照传统思路开发各种专用的检测板卡或者专用检测设备势必造成检测设备功能单一、通用性差、成本高、重复开发和资源浪费。
现有技术中，通信设备的检测设备多种多样，检测设备的构成既有专用测试板卡，也有基于标准测试仪器总线的检测板卡。其构成和检测方法也各不相同，适用范围也各不相同，在中国专利申请号CN 103176068A，名称为一种基于总线的测试模块，公开了一种基于PXI 总线的数字测试模块，包括PXI 总线接口电路，FPGA 内部功能电路，前端驱动电路，同步触发电路，可变时钟控制电路等。采用PXI 总线结构，可以方便地集成于计算机自动测试系统中，但是，该测试模块为单一的PXI总线接口模块 ；
专利申请号为CN103368667A，名称基于PXI总线构架的射频测试单元，公开了一种基于PXI总线构架的射频测试单元。利用了PXI总线的开放性、模块化仪器总线构建射频测试单元，但是，该测试模块只能兼容一种测试总线，并且射频接口模块和PXI接口总线是一体化设计，如果被测试设备频段变化，需要重新设计本检测单元而不是不是仅仅改变射频接口电路模块，该单元的通用性受到一定的限制。
总之，当前的检测板卡和检测设备的构成要么是传统的专用CPU总线的测试技术，要么是基于某单一的测试仪器总线技术，无既兼容传统CPU总线架构和又兼容当前主流的仪器总线标准的技术的检测板卡。
发明内容
本发明是要解决现有通信设计检测设备功能单一、通用性差、功能扩展需重新开发、成本高等缺点和问题。提出了一种针对各种通信设备不同通信接口进行故障检测的通用检测板卡，该通用检测板卡采用并行CPU总线、标准的PXI总线和以太网总线相融合的技术，并在接口上采用通用检测底板插接不同专用通信接口检测模块的思路，实现通用检测板卡测试总线的通用性和通信接口检测的通用性。通用检测板卡既可以形成单独的检测仪器，也可以多个相同的通用检测板卡和不同的专用通信接口模块组合，配上机箱形成传统的台式检测仪器，还可以配置标准的PXI机箱和PXI控制器，形成标准的PXI检测仪器；
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：
一种通用检测板卡，其特征在于：电源电路（1）、CPCI连接器J1（2）、CPCI连接器J2（3）、PXI接口电路（4）、ARM9处理器模块（5）、FPGA电路（6）、专用通信接口检测模块连接器（7）、RJ45以太网连接器（9）和66芯接口信号连接器（8）组成通用检测板卡底板，满足3U结构标准，长为160mm，宽为100mm；其中：
所述电源电路（1）由电源转换电路（101）和电源连接器（102）组成。电源转换电路（101）将CPCI连接器J1（2）或者电源连接器（102）送来的±12V电源、+5V电源和+3.3V电源经过滤波处理和电压转换处理，转换为通用检测板卡内部各功能电路所需要的±12V、+5V、+3.3V、+2.5V、+1.8V和+1.2V电源；CPCI连接器J1（2）上的±12V电源、+5V电源和+3.3V电源的管脚分布满足CPCI标准；为了让通用检测板卡单独加电，电源连接器（102）的管脚上定义了±12V电源、+5V电源和+3.3V电源三组电源信号，当不焊接CPCI连接器J1（2）时通过电源连接器（102）实现对通用检测板卡的单独加电。
所属CPCI连接器J1（2）为满足CPCI标准的连接器，被用作32位PCI接口信号。所属CPCI连接器J2（3）为满足CPCI标准的连接器，在PXI标准中，被用作64位PCI信号和PXI增加的信号。本发明将该连接器上信号重新定义，其中的PCI_AD[63..32]共32个信号用作CPU总线的32为数据总线信号CPU_DATA[31..0]，将PXI增加的本地总线信号PXI_LBL[12..0]和PXI_LBR[12..0]共26个信号用作CPU总线的地址信号CPU_ADDR[19..0]和CPU总线读写控制信号，CPU总线读写控制信号包括读CPU_RD、写CPU_WR、片选CPU_CS和中断信号CPU_INIT；将PCI_C/BE#[7..4]共4信号用作连接ARM9处理器模块（5）的以太网接口的以太网数据正ETH_RX+、 收数据负ETH_RX-、 发数据正ETH_TX+和 发数据负ETH_TX-。
所属PXI接口电路（4）包括完成32位PCI总线的接口芯片PCI9054及其外围电路，完成驱动PXI所增加的触发信号PXI_TRG、同步时钟信号CLK10M和星型触发信号PXI_STAT的驱动芯片IDTQS3861及其外围电路。
所属ARM9处理器模块（5）由ARM9、NAND FLASH、FPGA、SDRAM、NAR FLASH、1路以太网接口和模块连接器等电路组成。其中，该模块的CPU总线连接到FPGA(601)和CPCI连接器J2（2）上，以太网接口连接到RJ45以太网连接器（9）和CPCI连接器J2（2）上。
所属FPGA电路（6）由Xilinx公司的Spartan-3A 系列FPGA(601)芯片XC3SD3400A、FPGA的配置电路（602）、FPGA的系统时钟（603）和FPGA外围I/O驱动芯片（604）组成。FPGA(601)的普通I/O信号经过驱动芯片(604)后送到专用通信接口检测模块连接器（7）的64芯连接器B（702）上，用于和专用通信接口检测模块连接器（7）上所插接的专用通信接口检测模块接口电路进行时钟、数据和控制信息的传输。
所属专用通信接口检测模块连接器（7）由两个普通的2.54mm孔间距、高度可变的64芯板间对插连接器座子组成。其中，64芯连接器B（702）上定义了52个管脚的普通I/O信号，这52个信号从FPGA(601)的普通I/O信号经过双向驱动芯片（604）后送来，定义了12个地信号为I/O信号提供回路，40个I/O信号和8个地信号合理相间分布于64芯连接器B（702）上；64芯连接器A（701）上定义了+12V、+5V、+3.3V三组电源共6个管脚的电源信号，为专用通信接口检测模块供电，定义了12个地信号，定义了46个管脚的普通I/O接口信号，这46个管脚信号连接到66芯接口信号连接器（8）上，然后通过外部的接口测试电缆和被测试设备对应通信接口互联，这46个管脚的信号可根据专用通信接口检测模块对外提供的接口信号功能自行定义。
所属66芯接口信号连接器（8）为J30J系列66芯微矩形连接器，焊接在通用检测板卡印制板上，然后通过外部的接口测试电缆和被测试设备对应通信接口互联。
所属RJ45以太网连接器（9）为标准的RJ45水晶头，用于连接ARM9处理器模块（5）的以太网接口。
附图说明
图1、总体示意图。
图2、基于CPU总线构建的通用检测板卡及其整机检测设备硬件框图。
图3、基于PXI总线构建的通用检测板卡及整机检测设备硬件框图。
图4、基于以太网总线构建的通用检测板卡及整机检测设备硬件框图。
图5、本发明与不同通信接口检测模块组合成多种接口功能检测板卡示意图。
具体实施方式
当通用检测板卡以并行CPU总线构建整机检测设备时候，其通用检测板卡的实现方式如下：
通用检测板卡可以通过传统的CPU总线构建基于并行CPU总线的检测仪器。采用通用检测板卡和不同的专用通信接口检测模块进行组合，形成不同通信接口检测功能板卡，其中一块通信接口检测板卡作为主控单元，其余通信接口检测板卡作为扩展单元，一块主控单元、数块扩展单元和相应的背板以及机箱组合成一台满足某种检测需求的整机检测设备。作为主控单元的通用检测板卡由电源电路（1）、ARM9处理器模块（5）、FPGA电路（6）、CPCI连接器J2（3）、CPCI连接器J1（2）、专用通信接口检测模块连接器（7）、66芯接口信号连接器（8）组成；作为扩展单元的通用检测板卡和主控单元相比，无需贴装ARM9处理器模块（5）。
当主控单元和扩展单元组成一台整机检测设备时，整机电源通过背板由CPCI连接器J1（2）对本检测板卡供电，在板卡内部由电源电路（1）实现本单元的电源处理和电压转换。
主控单元的ARM9处理器模块（5）作为整机检测设备的控制器，负责整机检测设备的协调控制和软件协议的处理，对上通过CPCI连接器J2（3）的以太网口，然后通过背板到整机检测设备对外的以太网口连接器，和人机界面如PC机进行整机检测设备所有检测控制命令和检测结果信息的交互；对下通过CPU总线CPU_BUS和本单元的FPGA进行测试控制命令、测试结果和测试协议等信息的交互，控制完成本单元通信接口的检测功能，和其它扩展单元通过CPU总线CPU_BUS由本单元的CPCI连接器J2（3）连接到背板上，再由背板连接到其它扩展单元的CPCI连接器J2（3）上，实现和扩展单元的检测控制命令、测试结果和测试协议等信息的交互，控制扩展单元完成扩展单元的通信接口的检测功能。主控单元FPGA电路（6）在ARM9处理器模块（5）控制下进行逻辑处理，产生测试数据并进行测试结果处理，和本单元对应的专用通信接口检测模块一起实现被检测通信接口的检测。扩展单元的CPCI连接器J2（3）将CPU_BUS连接到本单元的FPGA(601)上， FPGA电路（6）在主控单元ARM9处理器模块（5）控制下进行逻辑处理，产生测试数据并进行测试结果处理，和本单元对应的专用通信接口检测模块一起实现被被检测通信接口的检测。
当通用检测板卡以PXI总线构建整机检测设备时候，其通用检测板卡的实现方式如下：
通用检测板卡可以实现32位PXI总线标准的通用检测板卡，构建基于PXI总线标准的PXI检测仪器。采用通用检测板卡和不同的专用通信接口检测模块组合，形成不同通信接口检测功能板卡，每块通信检测板卡为满足PXI标准的32位PXI检测板卡，数块通用检测板卡和PXI控制器板卡、PXI背板以及PXI机箱组合成一台满足某种检测需求的整机检测设备。通用检测板卡由电源电路（1）、PXI接口电路（4）、ARM9处理器模块（5）、FPGA电路（6）、CPCI连接器J2（3）、CPCI连接器J1（2）、专用通信接口检测模块连接器（7）、66芯接口信号连接器（8）组成；
电源电路（1）将CPCI连接器J1（2）送来的±12电源、+5V和+3.3V电源进行滤波和电压转换处理，转换为检测板卡内部各功能电路所需要的±12V、+5V、+3.3V、+2.5V、+1.8V和+1.2V电源；CPCI连接器J1（2）将32位PCI接口送到PXI接口电路（4）的PCI接口转换芯片，让后通过Local_bus和FPGA相连，在FPGA（601）内构建两个FIFO数据空间，用于和ARM9处理模块（5）之间进行数据的上传和下发，同时完成PCI接口的Local_bus总线的时序控制； ARM9处理器模块（5）内部完成PXI接口驱动功能， ARM9处理器模块（5）通过解析PXI接口电路（4）送来的各种控制命令，由CPU_bus总线控制FPGA(601)和插接在专用通信接口检测模块连接器（7）上的专用通信接口检测模块完成被检测设备本通信接口功能的检测，同时反方向将测试结果消息通过PXI接口电路（4）送到PXI控制器板卡单元进行显示输出处理。
另外，在PXI接口电路（4）中，其中的PXI_TRG触发总线、CLK10M同步时钟信号和PXI_STAT星型触发信号连接到FPGA（601）和CPCI连接器J2(3)上，实现PXI通用检测板卡单元之间的精确同步和触发。
当通用检测板卡以太网总线构建整机检测设备时候，其通用检测板卡的实现方式如下：
通用检测板卡可以实现基于以太网总线的整机检测设备。此时，可以由一块通用检测板卡并配置相应的通信接口检测模块，加上特定的机箱和外部的电源构成一台整机检测设备，一块检测板卡即为一台检测设备，通用检测板卡由电源电路（1）、ARM9处理器模块（5）、FPGA电路（6）、专用通信接口检测模块连接器（7）、66芯接口信号连接器（8）、RJ45连接器（9）组成；其电源输入由外部电源通过电源连接器（102）提供，再通过电源转换芯片（101）转换成内部功能模块所需要的±12V、+5V、+3.3V、+2.5V、+1.8V和+1.2V电源；ARM9处理器模块（5）通过RJ45连接器（9）以以太网接总线方式和外部的人机界面如PC相连，解析人机界面送来的以太网报文信息，控制FPGA（601）和插接在专用通信接口检测模块连接器（7）上的专用通信接口检测模块完成被检测设备本通信接口功能的检测，同时将测试结果消息通过该以太网总线送到人机界面显示。
也可以由多个通用检测板卡和相应的通信接口检测模块组合，构成一台多通信接口检测设备。通用检测板卡由电源电路（1）、ARM9处理器模块（5）、FPGA电路（6）、CPCI连接器J2（3）、CPCI连接器J1（2）、专用通信接口检测模块连接器（7）和66芯接口信号连接器（8）组成。
电源电路（1）将背板连接器CPCI连接器J1（2）送来的±12电源、+5V和+3.3V电源进行滤波处理和电压转换，转换为检测板卡内部各功能电路所需要的±12V、+5V、+3.3V、+2.5V、+1.8V和+1.2V电源；各个通用检测板卡的ARM9处理器模块（5）的以太网总线接口通过CPCI连接器J2(3)，再由背板单元连接到整机检测设备内部的以太网交换单元板或者外部的以太网交换机上，再和外置的人机界面如PC机进行互联。各个通用检测板卡单元在整机检测设备内部相互独立，各自的以太网IP地址处于同一个网段，通过以太网交换单元后和人机界面进行测试命令、测试结果信息的交互。ARM9处理器模块（5）解析人机界面送来的以太网报文信息，控制FPGA（601）和插接在专用通信接口检测模块连接器（7）上的专用通信接口检测模块完成被检测设备本通信接口功能的检测，同时将测试结果消息通过该以太网总线送到人机界面显示。
通用检测板卡除了在测试总线上的通用性外，在通信接口检测功能上具有很强的通用性，其通用检测板卡的实现方式如下：
通用检测板卡采用和专用通信接口检测模块组合的方式实现不同通信接口的检测。通用检测板卡通过64芯连接器A(701)和64芯连接器B（702）将专用通信接口检测模块重叠起来，底板的尺寸为3U标准，大小为长160mm，宽100mm，专用通信接口检测模块尺寸可以灵活定义，只需要小于底板尺寸即可。通用检测板卡和专用通信接口检测模块之间的64芯连接器A(701)和64芯连接器B（702）高度可根据专用通信接口检测模块相关器件高度进行灵活的调整。64芯连接器B（702）上定义的52个管脚的普通I/O信号来自FPGA(601)的普通I/O管脚，为TTL电平标准，这些I/O信号的方向和功能可自由灵活定义，主要用于传输专用通信接口芯片和FPGA（601）之间的时钟、数据业务以及控制信息。FPGA(601)通过这些I/O管脚控制专用通信接口芯片正常工作，并将检测业务信息、协议信息送到专用通信接口芯片，专用通信接口电路将这些信息经过接口匹配、电平转换等处理后送到64芯连接器B（702）后，再经过66芯接口信号连接器（8）送到被检测设备上，并在反方向接收被检测设备送来的协议和数据业务，由FPGA(601)和ARM9处理器模块（5）处理实现对应通信接口功能的检测。64芯连接器B（702）和66芯接口连接器之间的52个接口信号根据当前所插接的通信接口检测模块的接口名称和功能自行定义。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够兼容多种测试总线技术而非传统的非标准测试总线技术或者是只满足一种标准的测试总线技术，并且通用检测板卡上两个自定义通信接口检测模块连接器插接不同的通信接口检测模块，通用检测板卡硬件不改变而形成不同的通信接口检测板卡单元。
Claims (5)
1.一种通用检测板卡，其特征在于：包括电源电路（1）、CPCI连接器J1（2）、CPCI连接器J2（3）、PXI接口电路（4）、ARM9处理器模块（5）、FPGA电路（6）、专用通信接口检测模块连接器（7）、66芯接口信号连接器（8）和RJ45以太网连接器（9），通用检测板卡满足3U结构标准，长为160mm，宽为100mm；通用检测板卡内部不同功能电路和相应的软件组合，分别构成基于传统并行CPU总线的检测板卡单元，构建32位PXI测试总线标准的PXI检测板卡单元，构建基于以太网总线的检测板卡单元；同时，基于这三种总线方式构建的任意一种通用检测板卡，在通用检测板卡硬件不改变的情况下，和不同的专用通信接口检测模块组合，形成可以检测多种通信设备和多种通信接口的多功能检测板卡。
2.根据权利要求1所述通用检测板卡可构成基于传统并行CPU总线的检测板卡单元，其特征在于：由电源电路（1）、ARM9处理器模块（5）、FPGA电路（6）、CPCI连接器J2（3）、CPCI连接器J1（2）、专用通信接口检测模块连接器（7）、66芯接口信号连接器（8）组成主控单元；在主控单元的基础上去掉ARM9处理器模块（5）即成为扩展单元；主控单元和扩展单元之间通过用于和背板连接的CPCI连接器J2（3）上的32位的并行CPU总线进行信息交互，通过用于和背板连接的CPCI连接器J1（2）上的电源进行供电。
3.根据权利要求1所述通用检测板卡可以构建基于标准PXI测试总线标准的32位PXI检测板卡单元，其特征在于：由电源电路（1）、PXI接口电路（4）、ARM9处理器模块（5）、FPGA电路（6）、CPCI连接器J2（3）、CPCI连接器J1（2）、专用通信接口检测模块连接器（7）、66芯接口信号连接器（8）组成PXI检测板卡单元；ARM9处理器模块（5）完成PXI接口驱动，FPGA(601)完成PXI接口芯片的时序控制和建立PXI总线信息传输的逻辑通道，PXI接口电路完成PCI总线和本地总线的转换。
4.根据权利要求1所述通用检测板卡可以构建基于以太网总线的检测板卡单元，其特征在于：由电源电路（1）、ARM9处理器模块（5）、FPGA电路（6）、CPCI连接器J2（3）、CPCI连接器J1（2）、专用通信接口检测模块连接器（7）、66芯接口信号连接器（8）和RJ45以太网连接器（9）组成以太网总线的检测板卡单元；人机交互界面通过RJ45以太网连接器（9）或者CPCI连接器J2（3）的以太网和ARM9处理器模块（5）以太网相连，外部电源通过电源连接器（102）或者CPCI连接器J1（2）对检测板卡单元供电；单个通用检测板卡单元可以组成检测较少通信接口的整机检测设备，多个检测板卡单元通过以太网交换机单元（或者以太网交换机）组成检测多种通信接口功能的整机检测设备。
5.根据权利要求1所述通用检测板卡硬件不改变的情况下，和不同的专用通信接口检测模块组合，形成可以检测多种通信设备、多种通信接口的多功能检测板卡，其特征在于：通用检测板卡的两个专用通信接口检测模块连接器（7）上的信号是通用信号，其中，64芯连接器B（702）定义了+12V、+5V和+3.3V三组电源为专用通信接口检测模块供电，定义了52个TTL标准的I/O信号，专用通信接口检测模块通过这些信号和FPGA（601）相连，其信号功能随专用通信接口检测模块功能自行定义；64芯连接器B（702）定义了52个接口信号和66芯接口信号连接器（8）相连，这52个接口信号根据当前插接的专用通信接口检测模块功能自行定义。
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