CN105277081B - 用于导弹自动测试的i/o测试监测器及监测方法 - Google Patents

用于导弹自动测试的i/o测试监测器及监测方法 Download PDF

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用于导弹自动测试的I/O测试监测器及监测方法，属于数据监测领域。解决了现有导弹自动测试设备对导弹的故障诊断和诊断过程中故障定位存在局限性的问题。它包括开关量及TLL信号采集模块、A/D采集模块、FPGA、DDR存储模块和CF卡；A/D采集模块用于对采集16路电压信号进行处理，并输出电压数字信号，开关量及TLL信号采集模块用于将16路电压信号进行A/D转换并输出模拟信号，FPGA，用于对接收电压数字信号和电压模拟信号进行数据重组，发送重组后的电压信号、电压模拟信号、同步存储控制信号和掉电存储控制信号，还用于与上位机进行通信；DDR存储模块和CF卡均用于对数据进行存储。它主要用于进行数据监测。

Description

用于导弹自动测试的I/O测试监测器及监测方法
技术领域
本发明属于数据监测领域。
背景技术
随着导弹自动测试技术的发展，由传统的手动、半自动测试转变为自动测试，而自动测试系统也经历了从VXI总线发展为更为紧凑的PXI总线、以及分布式的网络化总线。
自动测试系统大大提高了测试速度和执行效率，然而对于导弹这类十分重要的被测对象来说，必须保证测试系统在测试过程中始终处于正常、正确的工作状态，以免对被测对象带来损坏或不利影响。实际构建导弹自动测试系统过程中，往往采用导弹模拟器的方式，在自动测试系统对导弹测试之前，进行流程一致的自检，以检查接口、软件、和硬件等各种工作状态的正确性，确保测试的顺利、可靠进行。
这种测试前自检的方式，虽可在一定程度上降低测试风险、提升测试的可靠性和安全性，然而却无法完全避免在测试过程中，有效记录测试设备尤其是测试和被测信号的全过程，从而造成即便测试结果不合格，往往很难快速、直接定位是被测对象的问题，还是测试设备的问题，对快速诊断、快速故障定位带来很大的局限。
发明内容
本发明是为了解决现有导弹自动测试设备对导弹的故障诊断和诊断过程中故障定位存在局限性的问题，本发明提供了一种用于导弹自动测试的I/O测试监测器及监测方法。
用于导弹自动测试的I/O测试监测器，它包括开关量及TLL信号采集模块、A/D采集模块、FPGA、DDR存储模块和CF卡；
A/D采集模块，用于采集被测设备与测试系统间的被监测路径上的16路电压信号，对采集的16路电压信号进行量程选择后，对16路电压信号进行衰减或放大，然后对衰减或放大的信号调理滤波，满足模数转换器ADC的输入要求后，由模数转换器ADC实现对模拟信号的采样，采样后获得的电压数字信号经过磁电隔离后输出；所述的16路电压信号包括8路开关量信号和8路TLL信号；
开关量及TLL信号采集模块，用于采集被测设备与测试系统间的被监测路径上的8路开关量信号和8路TLL信号，并对采集的8路开关量信号和8路TLL信号进行光电隔离，并输出经处理后的开关量信号和TLL信号；
FPGA，用于对接收的电压数字信号、开关量信号及TLL信号进行数据重组，用于发送重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，用于发送同步存储控制信号和掉电存储控制信号，还用于与上位机进行通信；
DDR存储模块，用于根据同步存储控制信号，在上电的情况下存储重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号；
CF卡，用于根据掉电存储控制信号，在掉电的情况下存储重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号；
所述的FPGA包括功能IP核、内嵌控制器IP核、网络控制IP核和两个内存控制IP核；
功能IP核，用于接收/发送电压数字信号、开关量信号及TLL信号；
内嵌控制器IP核，用于对接收的电压数字信号、开关量信号及TLL信号进行数据重组，用于发送重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，用于发送同步动态控制信号、掉电控制信号和流量控制信号；
一个内存控制IP核，用于接收重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，当接收到同步动态控制信号时，发送同步存储控制信号以及重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号；
另一个内存控制IP核，用于接收重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，当接收到掉电控制信号时，发送掉电存储控制信号以及重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号；
网络控制IP核包含MAC层模块，用于根据流量控制信号，在全双工模式下进行流量控制，实现MAC帧的发送/接收、MAC帧的封装/解包以及MAC帧的错误检测。
用于导弹自动测试的I/O测试监测方法，该方法包括如下步骤：
用于采集被测设备与测试系统间的被监测路径上的16路电压信号，对采集的16路电压信号进行量程选择后，对16路电压信号进行衰减或放大，然后对衰减或放大的信号调理滤波，满足模数转换器ADC的输入要求后，由模数转换器ADC实现对模拟信号的采样，采样后获得的电压数字信号经过磁电隔离后输出的步骤；所述的16路电压信号包括8路开关量信号和8路TLL信号；
用于采集被测设备与测试系统间的被监测路径上的8路开关量信号和8路TLL信号，并对采集的8路开关量信号和8路TLL信号进行光电隔离，并输出经处理后的开关量信号和TLL信号的步骤；
用于对接收的电压数字信号、开关量信号及TLL信号进行数据重组，用于发送重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，用于发送同步存储控制信号和掉电存储控制信号，还用于与上位机进行通信的步骤；
用于根据同步存储控制信号，在上电的情况下存储重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号的步骤；
用于根据掉电存储控制信号，在掉电的情况下存储重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号的步骤；
所述的用于对接收的电压数字信号、开关量信号及TLL信号进行数据重组，用于发送重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，用于发送同步存储控制信号和掉电存储控制信号，还用于与上位机进行通信的步骤包括；
用于接收/发送电压数字信号、开关量信号及TLL信号的步骤；
用于对接收的电压数字信号、开关量信号及TLL信号进行数据重组，用于发送重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，用于发送同步动态控制信号、掉电控制信号和流量控制信号的步骤；
用于接收重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，当接收到同步动态控制信号时，发送同步存储控制信号以及重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号的步骤；
用于接收重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，当接收到掉电控制信号时，发送掉电存储控制信号以及重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号的步骤；
用于根据流量控制信号，在全双工模式下进行流量控制，实现MAC帧的发送/接收、MAC帧的封装/解包以及MAC帧的错误检测的步骤。
本发明通过两种方式对8路开关量信号和8路TLL信号进行采集，第一种方式通过A/D采集模块实现，第二种方式采用开关量及TLL信号采集模块实现。
本发明带来的有益效果是，本发明所述的用于导弹自动测试的I/O测试监测器连接在导弹和自动测试系统之间，用于采集导弹向自动测试系统传输数据的路径上的信号，当I/O测试监测器采集不到信号时，证明是导弹自身I/O端口出现问题，当I/O测试监测器采集可以采集到信号时，自动测试系统所采集的信号也可能因为其自身I/O端口的问题，存在数据失真的情况，而本发明可实时地对导弹向自动测试系统传输数据进行实时的监测，实时的对数据进行监测和存储，当自动测试系统检测到导弹自身存在问题时，上位机可实时的调用I/O测试监测器中的数据，对其数据进行分析，判断故障的所在位置，提高诊断速度，诊断速度提高了5％以上，并可快速的进行故障定位。
附图说明
图1为本发明所述的用于导弹自动测试的I/O测试监测器的原理示意图；
图2为具体实施方式一中A/D采集模块的一种具体电路原理示意图；附图标记2-1表示磁电隔离电路，附图标记2-2表示串并转换器，附图标记2-3表示模数转换器ADC，附图标记2-4表示信号调理和滤波电路，附图标记2-5表示量程选择电路，附图标记8表示DC/DC模块；
图3为量程选择电路的一种电路连接关系图；
图4为开关量及TLL信号采集模块的一种电路连接关系图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1至4说明本实施方式，本实施方式所述的用于导弹自动测试的I/O测试监测器，它包括开关量及TLL信号采集模块1、A/D采集模块2、FPGA3、DDR存储模块5和CF卡4；
A/D采集模块2，用于采集被测设备与测试系统间的被监测路径上的16路电压信号，对采集的16路电压信号进行量程选择后，对16路电压信号进行衰减或放大，然后对衰减或放大的信号调理滤波，满足模数转换器ADC的输入要求后，由模数转换器ADC实现对模拟信号的采样，采样后获得的电压数字信号经过磁电隔离后输出；所述的16路电压信号包括8路开关量信号和8路TLL信号；
开关量及TLL信号采集模块1，用于采集被测设备与测试系统间的被监测路径上的8路开关量信号和8路TLL信号，并对采集的8路开关量信号和8路TLL信号进行光电隔离，并输出经处理后的开关量信号和TLL信号；
FPGA3，用于对接收的电压数字信号、开关量信号及TLL信号进行数据重组，用于发送重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，用于发送同步存储控制信号和掉电存储控制信号，还用于与上位机进行通信；
DDR存储模块5，用于根据同步存储控制信号，在上电的情况下存储重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号；
CF卡4，用于根据掉电存储控制信号，在掉电的情况下存储重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号。
本实施方式中，通过两种方式进行采集8路开关量信号和8路TLL信号；第一种方式通过A/D采集模块2实现，第二种方式采用开关量及TLL信号采集模块1实现，
A/D采集模块2是将采集的16路模拟信号转化为数字信号的方式进行采集，
开关量及TLL信号采集模块1是直接将采集16路模拟量(即：8路开关量、8路TLL信号)进行处理的方式进行采集。
A/D采集模块2主要实现的功能是实现16个通道同步并行的对电压信号进行连续的采集。输入模拟信号首先经过量程选择，对信号通道进行衰减/放大，然后经过调理滤波，满足ADC的输入要求后，由ADC实现对模拟信号的采样，采样后的信号经过磁电隔离后输入到FPGA3中，由FPGA3完成对数据的重组之后，将数据存储到DDR存储模块5内存中。
A/D采集模块2的控制单元的设计及存储单元控制的设计均由FPGA3实现。由于图2中每个通道都采用单独的DC-DC模块8供电，且ADC的控制信号，数据信号以及量程选择的控制信号都与控制FPGA3进行了隔离，所以各个通道间是电气隔离的，从而保证了输入信号的隔离。
图3中，量程选择电路2-5实现对输入信号的衰减和放大，量程选择电路2-5由衰减电路和程控仪器放大器AD8253组成。由R11、R9和R12组成衰减电路，R11的阻值为200KΩ，R9的阻值为200KΩ，R12的阻值为800KΩ，整个输入阻抗为1200KΩ，大于1MΩ的输入阻抗要求，且分压比例为固定的2/3。输入信号的范围为-15V～+15V，分压后仪器放大器AD8253的输入范围为-10V～+10V，满足其输入范围的要求。仪器放大器AD8253的放大倍数可通过A0和A1程控，用户可以根据输入信号的范围，自由的选择1×、10×、100×和1000×的放大倍数。
CF卡内部的Flash存储模块大多应用NAND Flash作为存储介质，NAND Flash容量大，成本低，可以达到较高的数据存取速度。
CF卡支持三种工作模式：(1)PC Card I/O模式；(2)PC Card Memory模式和(3)True IDE(Integrated Device Electronics)模式。其中PC Card模式完全符合PC机存储卡国际联合会PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association)协议，True IDE模式则符合ATA/IDE协议。
PC Card模式和True IDE模式的选择通过第9脚ATA-SEL来选择。上电后，若该引脚为高电平，CF卡进入PC Card模式，若为低电平，则进入True IDE模式。当CF卡工作在PCCard模式下，通过修改内部的配置寄存器即可进入PC Card Memory模式或PC Card I/O模式。
以上三种工作模式中，True IDE模式下的硬件电路最为简单，只需使用3根地址线A[2:0]即可，其余8根地址线A[10:3]接地。在True IDE模式下，CF卡的控制逻辑也较为简单，当CF卡工作与此模式下时，PCMCIA PC Card的协议和配置均被禁用，用户无需配置PCMCIA协议中的Memory寄存器或是Attribute寄存器，只需通过3根地址线访问8个TaskFile寄存器即可实现对CF卡的控制。由于True IDE模式下CF卡电路简单，控制方便，设计中将CF卡配置成True IDE模式进行数据的存取。
上电后当CF卡进入True IDE工作模式下有三种数据传输模式，分别为PIO模式、MultiWord DMA模式和Ultra DMA模式。在以上三种模式中，Ultra DMA模式下数据传输速度最快。在PIO和MultiWord DMA模式下，数据存取速度最快的PIO-6和MultiWord DMA-4下尖峰速度均为25MB/s，平均存取速度根据各生产厂商的不同而存在差异。在Ultra DMA模式下Ultra DMA-4、Ultra DMA-5和Ultra DMA-6的尖峰速度分别为66MB/s、100MB/s和133MB/s，不同商家生产的CF卡平均传输速度也不一样。
外部控制器与CF卡进行数据传输时，每次向CF卡申请读/写的扇区数在1到256扇区之间。单次申请数据传输的扇区数越大，CF卡数据总线的利用率越高，数据传输速度也就越快。
具体实施方式二：参见图1至4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的用于导弹自动测试的I/O测试监测器的区别在于，所述的FPGA3包括功能IP核3-1、内嵌控制器IP核3-2、网络控制IP核3-3和两个内存控制IP核3-4；
功能IP核3-1，用于接收/发送电压数字信号、开关量信号及TLL信号；
内嵌控制器IP核3-2，用于对接收的电压数字信号、开关量信号及TLL信号进行数据重组，用于发送重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，用于发送同步动态控制信号、掉电控制信号和流量控制信号；
一个内存控制IP核3-4，用于接收重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，当接收到同步动态控制信号时，发送同步存储控制信号以及重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号；
另一个内存控制IP核3-4，用于接收重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，当接收到掉电控制信号时，发送掉电存储控制信号以及重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号；
网络控制IP核3-3包含MAC层模块，用于根据流量控制信号，在全双工模式下进行流量控制，实现MAC帧的发送/接收、MAC帧的封装/解包以及MAC帧的错误检测。
本实施方式中，MAC层模块主要执行在全双工模式下的流量控制，MAC帧实现发送和接收功能，其主要操作有MAC帧的封装与解包以及错误检测，直接提供了到外部物理层器件的并行数据接口(MII接口)，物理层处理直接利用工业级PHY器件。
具体实施方式三：参见图1至4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的用于导弹自动测试的I/O测试监测器的区别在于，所述的TTL信号为0～5V变化范围内的电压信号，而开关量信号为0～28V变化范围内的电压信号。
具体实施方式四：参见图1至4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的用于导弹自动测试的I/O测试监测器的区别在于，它还包括以太网PHY芯片，用于实现FPGA3与上位机间的网络通信。
本实施方式，A/D采集模块2一次采集将采样1K个采样点，采集完1K个采样点后，将所有采样数据做均值，得到最终采样数据，此采样数据为最后存储到CF卡中的数据，待采集结束后，由网络将采集的数据传送至测试计算机。
具体实施方式五：本实施方式所述的用于导弹自动测试的I/O测试监测方法，该方法包括如下步骤：
用于采集被测设备与测试系统间的被监测路径上的16路电压信号，对采集的16路电压信号进行量程选择后，对16路电压信号进行衰减或放大，然后对衰减或放大的信号调理滤波，满足模数转换器ADC的输入要求后，由模数转换器ADC实现对模拟信号的采样，采样后获得的电压数字信号经过磁电隔离后输出的步骤；所述的16路电压信号包括8路开关量信号和8路TLL信号；
用于采集被测设备与测试系统间的被监测路径上的8路开关量信号和8路TLL信号，并对采集的8路开关量信号和8路TLL信号进行光电隔离，并输出经处理后的开关量信号和TLL信号的步骤；
用于对接收的电压数字信号、开关量信号及TLL信号进行数据重组，用于发送重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，用于发送同步存储控制信号和掉电存储控制信号，还用于与上位机进行通信的步骤；
用于根据同步存储控制信号，在上电的情况下存储重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号的步骤；
用于根据掉电存储控制信号，在掉电的情况下存储重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号的步骤。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五所述的用于导弹自动测试的I/O测试监测方法的区别在于，所述的用于对接收的电压数字信号、开关量信号及TLL信号进行数据重组，用于发送重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，用于发送同步存储控制信号和掉电存储控制信号，还用于与上位机进行通信的步骤包括；
用于接收/发送电压数字信号、开关量信号及TLL信号的步骤；
用于对接收的电压数字信号、开关量信号及TLL信号进行数据重组，用于发送重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，用于发送同步动态控制信号、掉电控制信号和流量控制信号的步骤；
用于接收重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，当接收到同步动态控制信号时，发送同步存储控制信号以及重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号的步骤；
用于接收重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，当接收到掉电控制信号时，发送掉电存储控制信号以及重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号的步骤；
用于根据流量控制信号，在全双工模式下进行流量控制，实现MAC帧的发送/接收、MAC帧的封装/解包以及MAC帧的错误检测的步骤。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五所述的用于导弹自动测试的I/O测试监测方法的区别在于，所述的TTL信号为0～5V变化范围内的电压信号，而开关量信号为0～28V变化范围内的电压信号。

Claims (5)

1.用于导弹自动测试的I/O测试监测器，它包括开关量及TLL信号采集模块(1)、A/D采集模块(2)、FPGA(3)、DDR存储模块(5)和CF卡(4)；
A/D采集模块(2)，用于采集被测设备与测试系统间的被监测路径上的16路电压信号，对采集的16路电压信号进行量程选择后，对16路电压信号进行衰减或放大，然后对衰减或放大的信号调理滤波，满足模数转换器ADC的输入要求后，由模数转换器ADC实现对模拟信号的采样，采样后获得的电压数字信号经过磁电隔离后输出；所述的16路电压信号包括8路开关量信号和8路TLL信号；
开关量及TLL信号采集模块(1)，用于采集被测设备与测试系统间的被监测路径上的8路开关量信号和8路TLL信号，并对采集的8路开关量信号和8路TLL信号进行光电隔离，并输出经处理后的开关量信号和TLL信号；
FPGA(3)，用于对接收的电压数字信号、开关量信号及TLL信号进行数据重组，用于发送重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，用于发送同步存储控制信号和掉电存储控制信号，还用于与上位机进行通信；
DDR存储模块(5)，用于根据同步存储控制信号，在上电的情况下存储重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号；
CF卡(4)，用于根据掉电存储控制信号，在掉电的情况下存储重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号；
其特征在于，所述的FPGA(3)包括功能IP核(3-1)、内嵌控制器IP核(3-2)、网络控制IP核(3-3)和两个内存控制IP核(3-4)；
功能IP核(3-1)，用于接收/发送电压数字信号、开关量信号及TLL信号；
内嵌控制器IP核(3-2)，用于对接收的电压数字信号、开关量信号及TLL信号进行数据重组，用于发送重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，用于发送同步动态控制信号、掉电控制信号和流量控制信号；
一个内存控制IP核(3-4)，用于接收重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，当接收到同步动态控制信号时，发送同步存储控制信号以及重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号；
另一个内存控制IP核(3-4)，用于接收重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，当接收到掉电控制信号时，发送掉电存储控制信号以及重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号；
网络控制IP核(3-3)包含MAC层模块，用于根据流量控制信号，在全双工模式下进行流量控制，实现MAC帧的发送/接收、MAC帧的封装/解包以及MAC帧的错误检测。
2.根据权利要求1所述的用于导弹自动测试的I/O测试监测器，其特征在于，所述的TTL信号为0～5V变化范围内的电压信号，而开关量信号为0～28V变化范围内的电压信号。
3.根据权利要求1所述的用于导弹自动测试的I/O测试监测器，其特征在于，它还包括以太网PHY芯片(6)，用于实现FPGA(3)与上位机间的网络通信。
4.用于导弹自动测试的I/O测试监测方法，该方法包括如下步骤：
用于采集被测设备与测试系统间的被监测路径上的16路电压信号，对采集的16路电压信号进行量程选择后，对16路电压信号进行衰减或放大，然后对衰减或放大的信号调理滤波，满足模数转换器ADC的输入要求后，由模数转换器ADC实现对模拟信号的采样，采样后获得的电压数字信号经过磁电隔离后输出的步骤；所述的16路电压信号包括8路开关量信号和8路TLL信号；
用于采集被测设备与测试系统间的被监测路径上的8路开关量信号和8路TLL信号，并对采集的8路开关量信号和8路TLL信号进行光电隔离，并输出经处理后的开关量信号和TLL信号的步骤；
用于对接收的电压数字信号、开关量信号及TLL信号进行数据重组，用于发送重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，用于发送同步存储控制信号和掉电存储控制信号，还用于与上位机进行通信的步骤；
用于根据同步存储控制信号，在上电的情况下存储重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号的步骤；
用于根据掉电存储控制信号，在掉电的情况下存储重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号的步骤；
其特征在于，所述的用于对接收的电压数字信号、开关量信号及TLL信号进行数据重组，用于发送重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，用于发送同步存储控制信号和掉电存储控制信号，还用于与上位机进行通信的步骤包括：
用于接收/发送电压数字信号、开关量信号及TLL信号的步骤；
用于对接收的电压数字信号、开关量信号及TLL信号进行数据重组，用于发送重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，用于发送同步动态控制信号、掉电控制信号和流量控制信号的步骤；
用于接收重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，当接收到同步动态控制信号时，发送同步存储控制信号以及重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号的步骤；
用于接收重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号，当接收到掉电控制信号时，发送掉电存储控制信号以及重组后的电压信号、开关量信号和TLL信号的步骤；
用于根据流量控制信号，在全双工模式下进行流量控制，实现MAC帧的发送/接收、MAC帧的封装/解包以及MAC帧的错误检测的步骤。
5.根据权利要求4所述的用于导弹自动测试的I/O测试监测方法，其特征在于，所述的TTL信号为0～5V变化范围内的电压信号，而开关量信号为0～28V变化范围内的电压信号。
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