CN107894760B - 一种基于等效激励测试模块的宇航元器件应用验证平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于等效激励测试模块的宇航元器件应用验证平台，包括控制计算机、等效激励测试模块、验证对象，等效激励测试模块，在控制计算机控制下等效模拟星上电路环境，产生不同的等效激励信号至验证对象；验证对象，放置在等效模拟星上系统电路环境中；控制计算机，根据外部指令控制等效激励测试模块等效模拟星上电路环境，产生不同的等效激励信号，并送至验证对象，实时监控读取验证对象数据，并送至外部进行存储、分析。

Description

一种基于等效激励测试模块的宇航元器件应用验证平台

技术领域

本发明涉及一种基于等效激励测试模块的宇航元器件应用验证平台，属于宇航元器件应用验证技术领域。

背景技术

航天工程是高技术、高风险、高成本的特殊工程，由于其成败事关国家安全和航天事业的发展，因此可靠性至关重要，需要通过宇航元器件应用验证的实施，促进航天工程元器件的规范选用，推动宇航元器件应用可靠性的提高，进而整体提升航天系统工程的可靠性。

在选择宇航元器件应用验证系统架构的调研中发现，欧美军方趋向于形成以VXI总线为标准的自动测试体制，如法国的DIADEME军用设计标准和前西德的REMUS标准化系统等等。在系统设计上，往往采用分布式结构或采集散式结构。因此具有模块化、标准化、开放式测试系统构架是欧美测试系统结构的趋势，以使测试系统有好的可扩展性和兼容性。未来测试系统的发展，对ATE/ATS提出了更高的要求。这促使了将通用数据接口技术、高性能嵌入式系统技术、高端测试等多项技术融为一体，研制出在全世界开放的更高性能仪器总线系统。随着国内电子技术以及航天技术的发展，自动测试技术越来越重要，已形成工程化、系列化的设计体制。从并串口，GPIB、STD总线向PXI、VXI总线发展，使我国自动测试系统研发水平有了很大的提高。

为了在有限条件下，尽量全面验证器件的宇航适用性，需要设计模拟型号真实应用状态的等效激励测试模块，为应用验证系统提供所规定各种模拟和数字信号，用于模拟应用验证系统各种控制、测量参数，以便在元器件测试、联试甚至在实际飞行验证过程中随时可靠的判断元器件在型号产品各系统的工作状态并现场进行故障诊断。

宇航元器件应用验证需要设计模拟型号真实应用状态的等效激励测试模块来为应用验证系统提供所规定各种模拟和数字信号，用于模拟应用验证系统各种控制、测量参数，以便在元器件测试、联试甚至在实际飞行过程中随时可靠的判断元器件在型号产品各系统的工作状态并现场进行故障诊断。大多数宇航元器件应用验证装置的设计与具体验证元器件相关，一旦开发成型，则很难进行升级改进，因此不同装置之间的兼容性和通用性差，造成资源浪费和研发进度拖延。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有应用验证手段的局限，提供了一种基于等效激励测试模块的宇航元器件应用验证平台构建方法，建立了基于等效器的元器件应用验证模拟测试系统架构，采用实际的硬件资源模拟型号真实应用状态，在保证验证的有效性和充分性基础上，实现了验证装置的兼容和通用，提高了验证的效率和效益。

本发明的技术解决方案是：一种基于等效激励测试模块的宇航元器件应用验证平台，包括控制计算机、等效激励测试模块、验证对象，其中

等效激励测试模块，在控制计算机控制下等效模拟星上电路环境，产生不同的等效激励信号至验证对象；验证对象，放置在等效模拟星上系统电路环境中；控制计算机，根据外部指令控制等效激励测试模块等效模拟星上电路环境，产生不同的等效激励信号，并送至验证对象，实时监控读取验证对象数据，并送至外部进行存储、分析。

所述的控制计算机、等效激励测试模块、验证对象通过星上并行总线进行连接。

所述的等效激励测试模块包括分别产生不同等效激励的等效激励模块、通信总线、信号调理电路与通信端口，其中，信号调理电路与通信端口与验证对象进行接口匹配和数据通信；等效激励模块根据控制计算机的控制指令产生等效激励信号，通过通信总线将产生的等效激励信号送至验证对象，通信总线连接验证对象则通过连接总线与等效激励测试模块相连接。

所述的等效激励测试模块通过通用验证板实现，通用验证板包括板载FPGA、板载ARM、电源控制模块、数字I/O接口、验证底板。

所述的效激励测试模块内部的总线包括数据总线、地址总线、控制总线。

所述的板载FPGA产生等效激励信号后传输到验证对象，并监测读取验证对象接收等效激励信号后产生的验证对象数据。

所述的板载ARM连接温度传感器检测验证对象管壳温度。

所述的电源控制模块调节控制、测量验证对象的电流和电压，验证底板集成并行总线通信、串行总线、数字IO扩展、模拟IO扩展

所述的板载FPGA设有DC-DC降压芯片，提供UART通信接口。

所述的板载ARM提供ADC接口、UART通信接口。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明在传统应用验证方案基础上结合宇航单机的特点，构建了基于星上总线协议的宇航元器件应用验证平台，提供的时序、激励等信号按照宇航典型单机CPU时序、指令设计，可模拟真实的宇航单机应用环境；有效提高了应用验证结论的覆盖度和可靠性，硬件设计上还具有充分的灵活性、开放性和扩展性，通过设备的配置，能够满足各种宇航元器件应用验证的需要；

(2)本发明跟普通应用验证系统相比，元器件通用验证板可根据不同类型、不同通道数任意组合，可按照对应的真实应用验证需求进行配置，能够为同一器件提供不同的实际电路应用状态，支持多种器件同时开展验证，实现了装置的平台化和通用化；验证控制板CPU可根据验证需求进行更换，其主频、程序存储器、数据存储器和IO端口等参数可根据需要等效的实际应用环境进行配置，包括地址分段重调整、插等待、时序调整等；这种方案不仅有利于验证系统高度拟真，而且还有利于增加可靠性、减少工作量、降低成本；

(3)本发明配置管理软件可实现I/O接口及软件运行环境的配置，通过配置软件，可对等效器系统进行快速、灵活设置，使得原型平台的I/O资源分配与地址分配与实际的宇航单机产品一致；自测试软件用于验证系统自身的功能正确性，尤其在更新配置方案后，通过该软件可以快速测试验证配置后的验证系统；仅需对验证软件和通用验证子板做少量修改，即能够投入新器件的应用验证；并使整个应用验证平台的设计接近型号真实使用情况，保证验证结果具有更高的可靠性。

附图说明

图1为本发明宇航元器件应用验证平台构成框架；

图2为本发明宇航元器件应用验证平台等效测试激励模块框架；

图3为本发明宇航元器件应用验证平台验证控制板原理框架；

图4为本发明宇航元器件应用验证平台通用验证底板原理框架；

图5为本发明宇航元器件应用验证平台通用验证子板原理框架；

图6为本发明宇航元器件应用验证平台被验证芯片测温示意图。

具体实施方式

本发明在传统应用验证方案基础上结合宇航单机的特点，基于星上总线协议构建应用验证平台，提高应用验证结论的覆盖度和可靠性，平台具有充分的灵活性、开放性和扩展性，可通过硬件的配置，满足各类宇航元器件应用验证的需要。本发明一种基于等效激励测试模块的宇航元器件应用验证平台，包括控制计算机、等效激励测试模块、验证对象，等效激励测试模块包括验证控制板、验证底板、验证子板建立的电路环境等效模拟星上电路环境，根据验证需要向被验器件产生相应的等效激励信号，被验器件置于等效模拟的星上系统电路环境中验证其电、力、热环境适应性，这样的验证环境十分接近器件在航天型号中的实际情况，有效提高了应用验证结论的覆盖度和可靠性。

本发明中上位机提供应用验证程序的运行环境，用户通过应用软件发送控制指令、命令参数，并可以实时读取监控数据、存储、分析处理，是人机交互接口平台；

等效激励测试模块是由一块星上标准验证控制板、若干宇航元器件通用验证板和采用星上计算机总线协议的总线板构成；

验证控制板是宇航元器件应用验证平台的主要组成部分，基于宇航单机标准设计，是实时操作系统和应用软件的开发运行平台。验证控制板由CPU、FPGA、存储器ROM和SRAM等组成。验证控制板CPU选用32位RISC SPARC指令集结构处理器，系统时钟可为10-100MHz，程序存储器容量不小于2MB，SRAM存储器容量不小于16MB，并可依据中断映射要求通过FPGA进行外部中断配置；

通用验证板可根据器件的类型和通道数任意组合，支持同类器件不同应用状态的验证；每路通用验证板卡提供多路数字IO、模拟ADC、数字DAC、电源以及常用总线接口资源等，只需更改系统内部验证板，即可实现对不同信号处理类器件的验证，实现了验证系统的平台化；

应用验证平台内部采用星上并行总线；星载验证控制板CPU可根据验证需求进行更换，其主频、程序存储器、数据存储器和IO端口等参数可根据需要模拟的实际应用环境进行配置，包括地址分段重调整、插等待、时序调整等，下面结合附图对本发明进行更详细的解释和说明。

1.应用验证平台总体设计

基于等效激励测试模块的元器件应用验证通用平台构成框架如图1所示，由控制计算机、等效激励测试模块、验证对象构成。其中，控制计算机提供应用程序的运行环境，用户通过应用软件发送控制指令、命令参数，并可以实时读取监控数据、存储、分析处理，是人机交互接口平台；等效激励测试模块包括各种等效激励模块、通信总线、信号调理电路与通信端口等，其中信号调理电路与通信端口主要用来与被验证对象进行接口匹配和数据通信；验证对象则通过连接总线与等效激励测试模块相连接。

应用验证平台的总体结构如图2所示，主要由验证控制板、通用验证板、配置管理软件、测试软件组成。

1)验证控制板：是实时操作系统和应用软件的开发运行平台。验证控制板由CPU、FPGA、存储器ROM和SRAM等组成。

验证控制板基于宇航单机设计，以满足系统能够以尽可能接近应用系统的状态进行验证，譬如CPU选用宇航常用的32位RISC SPARC指令集结构处理器，系统时钟可为10～100MHz，程序存储器容量不小于2MB，SRAM存储器容量不小于16MB，并可依据中断映射要求通过FPGA进行外部中断配置。

2)通用验证板：通用验证板由验证底板和验证子板组成，由板载FPGA、ARM、电源控制模块、数字I/O接口等组成等效激励测试模块，底板和子板可根据器件的类型和通道数任意组合，可按照对应的真实应用验证需求进行配置，以此实现平台化；每路通用验证板卡提供多路数字IO、模拟ADC、数字DAC、电源以及常用总线接口资源等；系统设计中留有一定的冗余量，以便适应不同宇航元器件型号产品的信号增减需求；应用验证系统需依据真实系统的配置情况，以及软件模块的接口要求，实现数据和指令的收发，接口线路需考虑冗余设计。

3)资源智能配置软件：可实现I/O接口及软件运行环境的配置，通过配置软件，可对应用验证系统进行快速、灵活设置，使得应用验证系统的I/O资源分配与地址分配与实际的宇航单机产品一致；界面友好，操作简单。

4)自测试软件：用于应用验证系统自身的功能正确性，尤其在更新配置方案后，通过该软件可以快速测试验证配置后的应用验证系统。

2.验证控制板的设计

验证控制板采用了处理器芯片级的可更换设计，保证了应用验证平台根据应用验证需要，可通过更换不同处理器芯片与宇航单机相同或类似。这种设计不仅有利于高度模拟，而且还有利于增加可靠性、减少工作量、降低成本。

对于验证控制板而言，内存是重要资源，用于程序、数据、变量的存贮。控制板通过外部存储器控制器可以访问PROM、存储器映射的I/O设备、SRAM。

验证控制板整体框图如图3所示。

上述存储器的控制信号均被接入FPGA，根据不同的星上软件的存储器和I/O配置，宇航元器件应用验证平台可以作不同的调整(通过配置文件)，包括地址分段重调整、插等待、时序调整等。

3.等效激励测试模块总线板设计

等效激励测试模块总线板是基于宇航单机一致的总线结构设计，由数据总线、地址总线和控制总线组成，是根据需要进行裁剪和定制的一种总线类型，以高性能、并行性、实时性和高可靠性四大特点。基于这种总线的宇航单机采用高强度机箱和底板来连接各功能模块，具有良好的抗震性，抗冲击能力。

4.元器件通用验证底板设计

元器件通用验证板基于星上并行总线平台，分为验证底板和验证子板两部分其框图如图4所示。由板载FPGA、ARM、电源控制模块、数字I/O接口等组成等效激励测试模块，FPGA产生等效激励信号通过连接器传输到被验证器件，被验证器件再将数据传回FPGA，FPGA将发送的数据和接收的数据进行比对，给出比对结果；由板载微控制器ARM连接温度传感器用于被验器件管壳温度检测、数字电位器用作远程电源调节控制、被验器件的电流和电压测量。通用验证底板的硬件资源主要集成基本的并行总线通信、串行总线、数字IO扩展和模拟IO扩展等资源。通过子板和ARM控制板的不同实现不同的配置功能。验证底板主要完成以下功能：

1)通过星上并行总线接口与星载CPU通信；

2)通过板载连接器对接不同功能的子板；

3)通过板载微控制器接口扩展远程通讯；

4)通过板在可调电源实现芯片验证中的电源拉偏功能；

5)提供多路数字IO输入或输出接口；

6)可通过板载FPGA产生等效激励信号。

表1验证底板接口和参数

5.元器件验证子板设计

被验证元器件装在验证子板上，通过连接器与底板连接，共同构成验证板，通过根据需要修改底板上FPGA和ARM的程序实现验证各种类型的器件，验证子板原理框架如图5所示，子板主要包括以下功能：

1)子板上载有与器件串联的精密采样电阻，用于采集器件电流电压数据；

2)电路中的信号通信频率由FPGA控制，设计多种等效激励信号对器件进行验证；

3)子板载有温度传感器用于采集器件在验证过程中的壳温数据，如图6所示；

4)以接口类器件为例，FPGA直接控制数据通过接口类电路发射器发送，通过电缆连接的接收器再将接收到的数据传回FPGA，FPGA将发送的数据和接收的数据进行比对，给出比对结果并上传至上位机。

表2验证子板功能和规格

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种基于等效激励测试模块的宇航元器件应用验证平台，其特征在于：包括控制计算机、等效激励测试模块、验证对象，其中

等效激励测试模块，在控制计算机控制下等效模拟星上电路环境，产生不同的等效激励信号至验证对象；验证对象，放置在等效模拟星上系统电路环境中；控制计算机，根据外部指令控制等效激励测试模块等效模拟星上电路环境，产生不同的等效激励信号，并送至验证对象，实时监控读取验证对象数据，并送至外部进行存储、分析；所述星上电路环境包括电、力、热环境；

所述等效激励测试模块包括通用验证板，所述通用验证板能够提供多路数字IO、模拟ADC、数字DAC、电源、总线接口；

等效激励测试模块还包括验证控制板，验证控制板的CPU选用宇航32位RISC SPARC指令集结构处理器，系统时钟为10～100MHz，程序存储器容量不小于2MB，SRAM存储器容量不小于16MB，并能够依据中断映射要求通过FPGA进行外部中断配置；验证控制板的CPU主频、程序存储器、数据存储器和IO端口参数根据需要模拟的实际应用环境进行配置；

通用验证板包括验证底板和验证子板；验证底板的供电电源支持9V至24V输入，通过微控制器控制数字电位器来调节输出电压并且带有过压、过流保护功能；验证子板上设有采样电阻，用于采集验证对象电流电压数据；验证子板上设有板载温度传感器用于采集验证对象在验证过程中的壳温数据，测温范围为-55℃至+125℃。

2.根据权利要求1所述的一种基于等效激励测试模块的宇航元器件应用验证平台，其特征在于：所述的控制计算机、等效激励测试模块、验证对象通过星上并行总线进行连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于等效激励测试模块的宇航元器件应用验证平台，其特征在于：所述的效激励测试模块内部的总线包括数据总线、地址总线、控制总线。

Images