CN105068445A

CN105068445A - 一种多功能信号路由适配矩阵

Info

Publication number: CN105068445A
Application number: CN201510460266.9A
Authority: CN
Inventors: 浦建开; 孙娜
Original assignee: China Aeronautical Radio Electronics Research Institute
Current assignee: China Aeronautical Radio Electronics Research Institute
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2015-11-18

Abstract

本发明公开了一种多功能信号路由适配矩阵，包含真件/仿真件切换模块、多路信号矩阵模块、上位机，所述上位机通过以太网发送控制指令，控制多路信号矩阵模块和真件/仿真件切换模块做出相应的切换动作；所述多路信号矩阵模块与真件/仿真件切换模块级联，并接入测试资源与被测产品之间，所述多路信号矩阵模块在上位机控制下实现多路的测试通道切换；所述真件/仿真件切换模块在上位机控制下实现仿真器、真实设备输入输出接口的快速切换。本发明提高了整个验证平台的通用性，并满足集成验证工作的需求。

Description

一种多功能信号路由适配矩阵

技术领域

本发明涉及一种在各类复杂系统(如航电系统、车电系统、自动化控制系统等)试验、离位测试、集成验证等领域中验证平台采用的多功能信号路由适配矩阵。

背景技术

复杂系统的功能、性能复杂度决定了系统内外部接口类型多、数量规模大的特点。在系统试验、测试、集成验证的过程中，需要将系统内各个子系统、模块进行交联，也需要实现系统与外围的测试资源和仿真模块的物理交互。这就需要系统的验证平台具备系统信号的汇接和测试通道分配能力。

传统的验证平台常设计专用的汇线箱和电缆，实现被测系统与验证平台的交联。这种连接方式往往通过硬线将验证平台内的各个测试I\O通道与被测信号进行映射，测试资源与被测信号绑定，导致测试资源无法复用。因此，传统的验证平台往往是专用的测试环境，存在测试功能单一、资源复用性差、无法满足不同产品测试，乃至同一产品不同技术状态下的测试。与此同时，传统的验证平台并不支持系统连接关系、试验构型的变更和切换，这导致被测信号的激励源与目标是不可更改的，这导致验证平台难以满足增量式集成的需求。

为了避免重复开发，减少项目开发成本、缩短项目周期。面向信号的通用测试平台架构已被引入复杂系统的验证工作中。本发明提供的多功能信号路由适配矩阵正是基于上述思想的设计成果，本适配矩阵不但可以避免测试资源与被测信号绑定，实现面向信号的测试，且可以根据集成验证活动的需求，快速配置被测信号与真实产品或仿真器的连接关系，满足集成工作的需求。

发明内容

针对传统验证平台的不足以及现有适配技术的缺失，本发明的发明目的在于一种基于面向信号测试思想设计的模块化多功能信号路由适配矩阵，拟解决传统验证平台存在的信号路由配置功能缺失的问题，提高整个验证平台的通用性，并满足集成验证工作的需求。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种多功能信号路由适配矩阵，包含真件/仿真件切换模块、多路信号矩阵模块、上位机；

所述上位机通过以太网发送控制指令，控制多路信号矩阵模块和真件/仿真件切换模块做出相应的切换动作；

所述多路信号矩阵模块与真件/仿真件切换模块级联，并接入测试资源与被测产品之间，所述多路信号矩阵模块在上位机控制下实现多路的测试通道切换；

所述真件/仿真件切换模块在上位机控制下实现仿真器、真实设备输入输出接口的快速切换。

优选地，所述真件/仿真件切换模块包含核心板、接口板、前面板、后面板、FPGA千兆网络控制模块；

所述FPGA千兆网络控制单元用于接收上位机的控制指令，并将控制指令解码送入核心板中处理；

所述核心板用于依据控制指令，控制接口板中的继电器，做出切换动作；

所述前面板用于提供真件/仿真件切换模块与外部的总线与非总线接口；

所述后面板用于提供JTAG接口、状态控制接口、监控接口。

优选地，所述核心板包含FPGA芯片、4个DB78接口、2个SFP接口；

所述FPGA芯片为主控制芯片；

所述4个DB78接口用于根据不同的需要连接不同总线子模块；

所述2个SFP接口分别用于提供光口/电口两种接口方式。

优选地，所述多路信号矩阵模块包含控制器和矩阵开关，所述控制器用于负责解析上位机的控制指令并控制矩阵开关的切换动作，从而实现多路的测试通道切换。

本发明的有益效果在于：使用本发明提出的模块化多功能信号路由适配矩阵，操作可视化的控制界面，通过真件/仿真件切换模块与多路信号矩阵模块，可以提高配线的工作效率和正确率，增加验证平台的通用性，使验证环境开发成本降低，并实现快速配置验证构型，提高工作效率，减少平台硬件和软件的重复开发。

附图说明

图1为本发明多功能信号路由适配矩阵的结构示意图。

图2为本发明中的真件/仿真件切换模块的结构示意图。

图3为真件/仿真件切换模块中核心板原理框图。

图4为真件/仿真件切换模块中接口板ARINC429/RS422配线设备原理图。

图5为真件/仿真件切换模块中接口板DIO配线设备原理图。

图6为真件/仿真件切换模块中DIO配线设备后面板及其接口定义。

图7为真件/仿真件切换模块中ARINC429配线后面板及其接口定义。

图8为监控端口控制模块原理框图。

图9为多路多路信号矩阵模块NI矩阵板卡连接关系原理图。

图10为多路多路信号矩阵模块配线矩阵使用原理框图。

具体实现方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示的一种多功能信号路由适配矩阵，在复杂系统集成验证活动中可以将信号通路在真实产品与仿真模型之间进行切换，从而快速实现验证平台的构型切换便于系统的增量式集成；在此基础上，可实现测试资源与被测信号间的数字化配线，从而实现测试资源复用。使用本发明公开的这种模块化的多功能信号路由适配矩阵，在验证平台与被测对象间增加相应配线系统，可隔离不同产品的硬件差异，大大提高验证平台的通用性；同时，可以使验证平台满足增量式集成的需求。

本发明包含真件/仿真件切换模块、多路信号矩阵模块、上位机。

上位机通过以太网发送控制指令，控制多路信号矩阵模块和真件/仿真件切换模块做出相应的切换动作；

所述多路信号矩阵模块与真件仿真件切换模块级联，并接入测试资源与被测产品之间，所述多路信号矩阵模块在上位机控制下实现多路的测试通道切换；

所述真件仿真件切换模块模块在上位机控制下实现仿真器、真实设备输入输出接口的快速切换。

(一)真件/仿真件切换模块

如图2所示，所述真件/仿真件切换模块包含核心板、接口板、前面板、后面板、FPGA千兆网络控制模块。

1、核心板设计

如图3所示，核心板采用的是Altera公司生产的FPGA，CycloneIII系列的EP3C120F780C7N作为主控制芯片。III系列FPGA前所未有地同时实现了低功耗、低成本和高性能。其体系结构包括高达120K的垂直排列逻辑单元(LE)、以9-Kbit(M9K)模块构成的4Mbits嵌入式存储器、200个18x18的嵌入式乘法器。CycloneIIIFPGA在布局上提供丰富的存储器、乘法器资源和IO口资源，包括200K逻辑单元、8Mbits嵌入式存储器和396个嵌入式乘法器、221路差分IO通道(即442路单端IO通道)。

核心板的主要功能是实现与上位机之间的通信，通过控制FPGA千兆网络控制模块来接收上位机下发的配线指令并根据指令来控制接口板继电器来完成配线工作。该芯片的选型除了满足目前产品200路配线开关控制的设计需要，还考虑了未来多种总线复用硬件平台的需要。

配线设备与上位机连接通过以太网来进行通信。其中网络PHY芯片采用Marvell公司的88E1111芯片，该收发器支持10M/100M/1000M网络互连，可为系统开发商提供一个稳定可靠、成本低廉的优质网络解决方案。Alaska系列的88E1111即支持铜介质的1000BASE-T又支持光纤介质的1000BASE-X的物理层收发器，主要具有如下特点：

●超低功耗，只需要0.75W；

●10/100/1000BASE-T/1000BASE-X兼容IEEE802.3，接口速度自动适应；

●支持多种数据传输接口；

●集成1.25GSERDES接口；

●自动探测铜介质与光纤介质；

●直接的LED指示灯控制，并且支持软件配置；

●用户可编程PHY地址；

核心板原理框图如图3所示，其设计有如下优点：

4个DB78接口部分采用独立并且可以完全复用的硬件设计，缩短了开发周期，根据不同的需要连接不同总线子模块，实现了系统硬件平台复用，简化了后续开发复杂度，并且为今后扩展衍生产品打下了良好的基础。

核心板单元支持两种1000M以太网接口SFP(支持光纤、RJ45)，可以通过光口/电口两种接口方式。

2、接口板设计

接口板采用高密度的IDC连接器与核心板连接，为了实现ARINC429和DIO的配线功能，采用Tyco公司型号为IM03TS-5VDC继电器。该继电器具有体积小、开关动作时间短、使用寿命长等优点，最大触点电流能达2A，最大电压能达到36V，完全能满足项目需求。

ARINC429和DIO配线设备原理图如图4、图5所示。

3、前面板及接口定义

DIO和ARINC429配线设备前面板共有四个SCSI100连接器，分别为FromLRU,ToLRU,FromSim和ToSim。

4、后面板及接口定义

(一)DIO配线设备后面板及接口

图6描述了设备机箱后面板及其接口定义：JTAG_C接口为调试接口，通过该接口可以调试FPGA的固件程序；JTAG_P接口可用于固化FPGA的固件程序；DevID为设备ID号八位拨码开关，通过该八位拨码开关可以设置设备的ID号，开关向上拨表示“1”，向下拨标示“0”。八位拨码开关右为低位，左为高位组成一个字节，因此一个网段中最多可以有256台设备存在；DevMAC为MAC地址和IP地址最后一个字节设置拨码开关。MAC地址的前五个固定字节为00，03，26，CC，00(十六进制)，IP地址前三个固定字节192.168.0。开关向上拨表示“1”，向下拨标示“0”，八位拨码开关右为低位，左为高位组成一个字节。MAC地址和IP地址最后一个字节的数值可以在0-255之间进行设置；RST按钮表示设备的硬件复位按钮，指示灯共有2个，分别表示电源指示灯和SFP2口是否接收到数据或者指令。

(二)ARINC429配线设备后面板及接口

ARINC429配线设备的后面板接口与DIO配线设备基本相同，不同之处是ARINC429配线设备没有采集监控接口，如下图所示：

5、LED指示灯板设计

DIO和ARINC429配线设备前面板采用三色LED指示灯来表示配线设备内部继电器的切换状态。指示灯为红色表示继电器通路为断开状态，绿色表示连接LRU通路的继电器导通，蓝色表示连接SIM的继电器导通。

6、FPGA千兆网络控制模块

千兆网络控制模块将核心板上的88E1111物理端口的带宽设定为1000M。完成PHY的控制、ARP应答、控制命令UDP报文解码、设备自检等工作。

千兆端口的网络PHY采用Marvell公司的88E1111芯片。该芯片网络端口支持1000M带宽的设备连接，不具备自协商能力，支持5类网线，主要的功能为响应上位机ARP请求，达到将配线设备的MAC地址和IP绑定的目的；接收上位机发出的UDP数据包(控制命令)，对数据进行拆包获得所需的控制命令数据，根据不同的命令字来控制接口板上继电器的吸合达到真件和仿真件切换的目的。其原理框图如图8所示。

(二)、多路多路信号矩阵模块

多路多路信号矩阵模块用以解决真件信号与接口仿真资源间任意互联。包含有控制器和矩阵开关。

1、矩阵开关

矩阵开关选用NI公司的PXI-2532B板卡。连接关系示意图如9所示，图中1为接线盒，用于连接测试系统中的测试资源；2为带状线缆；3为专用连接器；4为矩阵开关。

2、实现原理

如图10所示，验证环境提供的AARINC429信号和过配线的离散量(28V/开和地/开)仿真信号与真件交联端分别有16路信号串入了开关矩阵。这样，接入这16路中的信号无需关心连接关系，通过矩阵切换可以实现任意输入和输出的联通。

矩阵开关主要解决被测对象内部交联信号的自由联通。使用矩阵资源需要明确以下前提：

●真件信号必须明确输入输出方向；

●真件信号必须保证输入和输出均接入指定矩阵；

●如果真件连接方式改变，需要同步更新仿真配置，将ICD关联至正确的IO资源上。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种多功能信号路由适配矩阵，包含真件/仿真件切换模块、多路信号矩阵模块、上位机，其特征在于：

所述真件/仿真件切换模块在上位机控制下实现仿真器、真实设备输入输出接口的切换。

2.根据权利要求1所述的多功能信号路由适配矩阵，其特征在于所述真件/仿真件切换模块包含核心板、接口板、前面板、后面板、FPGA千兆网络控制模块；

所述后面板用于提供JTAG接口、状态控制接口、监控接口。

3.根据权利要求2所述的多功能信号路由适配矩阵，其特征在于所述核心板包含FPGA芯片、4个DB78接口、2个SFP接口；

所述FPGA芯片为主控制芯片；

所述4个DB78接口用于根据不同的需要连接不同总线子模块；

所述2个SFP接口分别用于提供光口/电口两种接口方式。

4.根据权利要求1所述的多功能信号路由适配矩阵，其特征在于所述多路信号矩阵模块包含控制器和矩阵开关，所述控制器用于负责解析上位机的控制指令并控制矩阵开关的切换动作，从而实现多路的测试通道切换。