CN113328887B - 一种基于m-lvds总线的负载板测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于M‑LVDS总线的负载板测试系统及方法，所述系统包含：两组负载板，一个负载板为主板，其余为从板；背板，包含与负载板连接的第一、第二路M‑LVDS总线；主板设有程序，该程序被配置为在主板上电时分别通过第一、第二路M‑LVDS总线向从板发送第一、第二测试信号，从板根据接收的第一、第二测试信号通过对应的第一、第二路M‑LVDS总线向主板发送第一、第二反馈信号，主板根据接收到的第一、第二反馈信号判断该从板的第一路、第二路M‑LVDS总线功能是否故障；跳线帽、第一连接器、第二连接器，均连接第二路M‑LVDS总线并设置在第一、第二组负载板之间，跳线帽设置在第一、第二连接器之间，通过跳线帽，第一、第二连接器实现两组负载板在第二路M‑LVDS总线级联。

Description

一种基于M-LVDS总线的负载板测试系统及方法

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，特别涉及一种基于M-LVDS总线的负载板测试系统及方法。

背景技术

轨道交通行业的控制系统，通常使用负载板来处理数据，数据的传输必须具备高速、实时、可靠性高等特点。一般来说，各负载板之间通过M-LVDS(Multipoint low VoltageDifferential Signaling多点低电压差分信号)总线进行数据传输，背板作为M-LVDS总线传输的载体。为保证系统的安全性，在系统投入使用之前，需要检测每个负载板的数据传输功能。为节约成本，待测试的背板和负载板都设置在标准机箱内，受背板和机箱的尺寸限制，一次只能测试少量的负载板，测试效率低下。为一次测试更多的负载板，通常需要使用定制机箱，大大提高了测试成本。

现有技术中，为了实现长距离数据传输下的负载板测试，通常将两个机箱的负载板进行级联，若其中一个机箱内的设备元件发生故障影响负载板的正常测试，则必须更换该故障机箱。不仅跨机箱接线复杂，更换故障机箱的误操作可能导致正常机箱受影响而无法正常工作。

现有技术中的负载板测试装置，完全基于一路M-LVDS总线传输数据信号，M-LVDS总线的信号质量低，抗风险能力差，可用性弱。

因而现有技术无法完全满足基于M-LVDS总线的负载板测试需求，影响了测试效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于M-LVDS总线的负载板测试系统及方法，通过设计负载板的分组布置方式，最大限度利用机箱空间，增加了一次测试的负载板数量，提高了测试效率。本发明通过两路冗余的M-LVDS总线，保证了负载板间通讯的稳定性，并且能够同时测量负载板在两路M-LVDS总线的数据传输功能。本发明的测试系统，将负载板分为两组，通过连接第二路M-LVDS总线的跳线帽及两个连接器实现该两组负载板在第二路M-LVDS总线进行级联与非级联模式的切换，实现同时测试两组负载板在级联、非级联模式的M-LVDS总线功能。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于M-LVDS总线的负载板测试系统，包含设置在机箱内的：

若干个负载板，其中的一个负载板作为主板，其余的负载板作为从板；所述若干个负载板分为两组；

背板，包含两路M-LVDS总线，分别为第一、第二路M-LVDS总线，用于实现负载板间的冗余通讯；各个负载板均连接所述第一、第二路M-LVDS总线，所述主板内烧录有预置的程序；所述程序被配置为在主板上电时分别通过第一、第二路M-LVDS总线向所述从板发送第一、第二测试信号；从板根据接收的所述第一、第二测试信号通过对应的第一、第二路M-LVDS总线向主板发送第一、第二反馈信号；主板根据接收的所述第一、第二反馈信号判断对应从板的第一路、第二路M-LVDS总线功能是否正常；

跳线帽，连接第二路M-LVDS总线，并设置在第一组负载板与第二组负载板之间；

第一连接器、第二连接器，均连接第二路M-LVDS总线并设置在第一组负载板与第二组负载板之间；跳线帽设置在所述第一、第二连接器之间；通过跳线帽，第一连接器、第二连接器实现两组负载板在第二路M-LVDS总线级联。

可选的，所述负载板包含：驱动模块、隔离模块、FPGA；所述隔离模块设置在驱动模块和FPGA之间，用于电气隔离驱动模块和FPGA；所述驱动模块连接设置在外部电路与所述隔离模块之间，用于转换FPGA的单端信号为M-LVDS总线的差分信号，或转换M-LVDS总线的差分信号为对应的单端信号。

可选的，所述基于M-LVDS总线的负载板测试系统还包含可调阻值的第一至第四匹配电阻；所述第一、第二匹配电阻分别连接第一路M-LVDS总线的两端；所述第三、第四匹配电阻分别连接第二路M-LVDS总线的两端。

可选的，负载板的驱动模块连接所述第一、第二路M-LVDS总线；所述第一路M-LVDS总线包含第一对差分信号线，所述第二路M-LVDS总线包含第二对差分信号线。

可选的，第一组的负载板设置在第三匹配电阻与第一连接器之间；第二组的负载板设置在第四匹配电阻与第二连接器之间。

可选的，所述基于M-LVDS总线的负载板测试系统还包含第一电源板和第二电源板；所述第一电源板、第二电源板分别用于为第一组的负载板、第二组的负载板供电。

可选的，所述若干个负载板分为上、下两排放置在机箱内；第一组负载板及第一电源板放置在上排，第二组负载板及第二电源板放置在下排。

本发明还提供一种基于M-LVDS总线的负载板测试方法，采用本发明所述的基于M-LVDS总线的负载板测试系统实现的，用于对两组负载板同时进行级联、非级联条件下的M-LVDS总线功能测试，所述方法包含步骤：

S1、将第一、第二电源板和第一、第二组负载板插入背板对应的槽道；

S2、断开跳线帽，连接第一连接器和第二连接器；实现第一组负载板在第二路M-LVDS总线级联第二组负载板；

S3、主板上电时分别通过第一、第二路M-LVDS总线向从板发送第一、第二测试信号；从板根据接收的所述第一、第二测试信号通过对应的第一、第二路M-LVDS总线向主板发送第一、第二反馈信号；

S4、主板根据接收的从板的第一、第二反馈信号判断该从板的第一路、第二路M-LVDS总线功能是否正常。

所述基于M-LVDS总线的负载板测试方法还包含步骤：调节第一至第四匹配电阻的阻值，提高第一、第二M-LVDS总线的信号质量。

本发明还提供一种基于M-LVDS总线的负载板测试方法，采用本发明所述的基于M-LVDS总线的负载板测试系统实现的，用于对若干负载板进行非级联条件下的M-LVDS总线功能测试，所述方法包含步骤：

f1、将第一、第二电源板和第一、第二组负载板插入背板对应的槽道；

f2、短接跳线帽，断开第一连接器和第二连接器，实现第一组负载板在第二路M-LVDS总线非级联第二组负载板；

f3、主板上电时分别通过第一、第二路M-LVDS总线向从板发送第一、第二测试信号；从板根据接收的所述第一、第二测试信号通过对应的第一、第二路M-LVDS总线向主板发送第一、第二反馈信号；

f4、主板根据接收到的从板的第一、第二反馈信号判断该从板的第一路、第二路M-LVDS总线功能是否正常。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明将若干个待测的负载板分为两组，将该两组负载板对应放置在机箱的上、下两排，通过负载板的紧凑布置方式，最大限度利用机箱空间，增加了一次测试的负载板数量，提高了测试效率，节约了测试时间；能在最大节点数(负载板个数)情况下，测量负载板间通讯的最大带宽以及数据量；

2)通过本发明能够在现有的标准机箱内测试更多的负载板，无需定制非标准尺寸的机箱，降低了经济成本，避免因采用非标准机箱花费更多的调试时间；

3)本发明通过两路冗余的M-LVDS总线，保证了负载板间通讯的稳定性，并且能够同时测量负载板在两路M-LVDS总线的数据传输功能；

4)本发明无需跨机箱，即可通过连接第二路M-LVDS总线的跳线帽及两个连接器实现两组负载板在第二路M-LVDS总线进行级联与非级联模式的切换；当两组负载板在第二路M-LVDS总线上为级联，本发明能够同时测试两组负载板在非级联模式(通过第一路M-LVDS总线)、级联模式(通过第二路M-LVDS总线)下的M-LVDS总线通讯功能；当两组负载板在第二路M-LVDS总线上为非级联模式，本发明能够在冗余模式下基于最大节点数测试负载板的M-LVDS总线通讯功能；通过本发明提高了系统的可扩展性、可靠性；

5)本发明中，两路M-LVDS总线的通信速率是可配置的，能够根据实际使用情况为两路M-LVDS总线配置不同的速率，提高了系统的灵活性；

6)本发明通过调节第一至第四匹配电阻的阻值，有效提高第一、第二路M-LVDS总线的信号质量；

7)本发明的测试系统能够自动诊断出M-LVDS总线功能故障的负载板，诊断方法简单，易于实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明测试系统的负载板设置在机箱内示意图；

图2为本发明负载板的结构示意图；

图3为本发明测试系统中，第二路M-LVDS总线的电路示意图；

图3A为本发明测试系统中，两组负载板在第二路M-LVDS总线为非级联模式的等效电路图；

图3B为本发明测试系统中，两组负载板在第二路M-LVDS总线为级联模式的等效电路图；

图4为本发明基于M-LVDS总线的负载板测试系统示意图；

图5为本发明的测试系统中，第一路M-LVDS总线的等效电路图；

图中：1～32、第一～第三十二负载板；

41、第一电源板；42、第二电源板；

51～54、第一匹配电阻～第四匹配电阻；

M-LVDS1、第一路M-LVDS总线；

M-LVDS2、第二路M-LVDS总线；

61、跳线帽；62、第一连接器；63、第二连接器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图4所示，本发明提供一种基于M-LVDS总线的负载板测试系统，包含设置在机箱内的若干个负载板、背板、第一电源板41、第二电源板42、第一至第四匹配电阻51～54、跳线帽61、第一连接器62、第二连接器63。

在本发明的实施例中，包含32个负载板，分别记为第一至第三十二负载板1～32(此仅作为本发明的示例，不应作为本发明的限制)；将第一至第十六负载板1～16作为第一组负载板，第十七至第三十二负载板17～32作为第二组负载板。32个负载板中的一个作为主板，其余负载板作为从板。

如图4所示，所述背板包含两路M-LVDS总线，分别为第一路M-LVDS总线M-LVDS1、第二路M-LVDS总线M-LVDS2，用于实现负载板间的冗余通讯。通过将所述第一电源板41、第二电源板42、负载板插入背板对应的槽道，实现第一电源板41、第二电源板42分别为第一组的负载板、第二组的负载板供电(此为现有技术)，并实现负载板间通过第一路M-LVDS总线M-LVDS1、第二路M-LVDS总线M-LVDS2通讯。在本发明的实施例中，背板上两路M-LVDS总线的PCB走线等长且有完整的参考平面，两路M-LVDS总线的阻抗优选为100欧姆。

如图1所示，本实施例中，32个负载板分为上、下两排放置在机箱内；第一组负载板及第一电源板41放置在上排，第二组负载板、第二电源板42放置在下排。通过这种布置方式，实现负载板的紧密排列，在现有的机箱内设置尽可能多的负载板，增加了一次测试的节点数。

如图4、图5所示，所述第一路M-LVDS总线M-LVDS1包含第一对差分信号线(M-LVDS1_DATA+和M-LVDS1_DATA-)。如图3、图3A、图3B、图4所示，所述第二路M-LVDS总线M-LVDS2包含第二对差分信号线(M-LVDS2_DATA+和M-LVDS2_DATA-)。

如图2、图4所示，所述负载板包含：驱动模块、隔离模块、FPGA。各负载板的驱动模块均连接所述第一对差分信号线，以及第二对差分信号线。通过驱动模块转换FPGA的单端信号为第一M-LVDS总线的差分信号(通过第一对差分信号线传输的电平信号生成，此为现有技术)、第二M-LVDS总线的差分信号(通过第二对差分信号线传输的电平信号生成，此为现有技术)，或转换第一、第二M-LVDS总线的差分信号为对应的单端信号。所述隔离模块设置在驱动模块和FPGA之间，用于电气隔离驱动模块和FPGA。

如图3、图4所示，所述跳线帽61，连接第二对差分信号线，并设置在第一组负载板与第二组负载板之间(在本实施例中，设置在第十六负载板16、第十七负载板17之间)。

如图3、图4所示，所述第一连接器62、第二连接器63，均连接第二对差分信号线并设置在第一组负载板与第二组负载板之间，跳线帽61设置在所述第一连接器62、第二连接器63之间。通过跳线帽61、第一连接器62、第二连接器63实现两组负载板在第二路M-LVDS总线M-LVDS2级联。在本发明的实施例中，所述第一连接器62和第二连接器63为M12，其型号为1424177。

如图5所示，两组负载板在第一路M-LVDS总线M-LVDS1的连接方式为非级联模式。两组负载板在第二路M-LVDS总线M-LVDS2可以实现级联和非级联两组模式。通过短接跳线帽61，断开第一连接器62和第二连接器63，如图3A所示，使两组负载板在第二路M-LVDS总线M-LVDS2为非级联模式。通过两路冗余的M-LVDS总线，保证了负载板间非级联模式下板间通讯的稳定性，能够同时测量负载板在两路M-LVDS总线的数据传输功能。如图3B所示，通过断开跳线帽61，连接第一连接器62和第二连接器63，实现在第二路M-LVDS总线M-LVDS2上，第一组负载板级联第二组负载板。此时能够同时测量负载板在非级联模式(第一路M-LVDS总线M-LVDS1)、级联模式(第二路M-LVDS总线M-LVDS2)的数据传输功能。

在本实施例中，所述主板内烧录有预置的程序，该程序被配置为在主板上电时分别通过第一路M-LVDS总线M-LVDS1、第二路M-LVDS总线M-LVDS2向所述从板发送第一、第二测试信号。该第一、第二测试信号由主板的FPGA以单端信号的形式发出，经过主板的隔离模块进行电气隔离，然后经过主板的驱动模块进行电平转换为对应的差分信号后，分别进入第一路M-LVDS总线M-LVDS1、第二路M-LVDS总线M-LVDS2。从板的驱动模块转换差分信号形式的第一、第二测试信号为对应的单端信号，并经过从板的隔离模块发送给该从板的FPGA。从板的FPGA根据接收的所述第一、第二测试信号通过对应的第一路M-LVDS总线M-LVDS1、第二路M-LVDS总线M-LVDS2向主板发送第一、第二反馈信号。主板根据接收的从板的第一、第二反馈信号判断该从板的第一路M-LVDS总线M-LVDS1、第二路M-LVDS总线M-LVDS2功能是否故障。在本发明的实施例中，主板通过第一、第二反馈信号中的特定字节判断第一路M-LVDS总线M-LVDS1、第二路M-LVDS总线M-LVDS2功能是否故障。此仅作为本发明的示例，不作为本发明的限制。

所述第一匹配电阻51、第二匹配电阻52分别设置在第一路M-LVDS总线M-LVDS1的首尾两端。所述第三匹配电阻53、第四匹配电阻54分别设置在第二路M-LVDS总线M-LVDS2的首尾两端。在本实施例中，第一组的负载板(第一负载板1至第十六负载板16)设置在第三匹配电阻53与第一连接器62之间；第二组的负载板(第十七负载板17至第三十二负载板32)设置在第四匹配电阻54与第二连接器63之间。通过调节第一至第四匹配电阻51～54，提高第一路M-LVDS总线M-LVDS1、第二路M-LVDS总线M-LVDS2的信号质量。

本发明还提供一种基于M-LVDS总线的负载板测试方法，采用本发明所述的基于M-LVDS总线的负载板测试系统实现的，用于对两组负载板同时进行级联、非级联条件下的M-LVDS总线功能测试，包含步骤：

S1、将第一电源板41、第二电源板42和第一、第二组负载板插入背板对应的槽道；

S2、断开跳线帽61，连接第一连接器62和第二连接器63(在本实施例中，通过屏蔽双绞线连接第一连接器62、第二连接器63)；实现第一组负载板级联第二组负载板；

S3、主板上电时分别通过第一路M-LVDS总线M-LVDS1、第二路M-LVDS总线M-LVDS2向从板发送第一、第二测试信号；从板根据接收的所述第一、第二测试信号通过对应的第一路M-LVDS总线M-LVDS1、第二路M-LVDS总线M-LVDS2向主板发送第一、第二反馈信号；

S4、主板根据接收到的从板的第一、第二反馈信号判断该从板的第一路、第二路M-LVDS总线M-LVDS2功能是否正常。

可选的，所述基于M-LVDS总线的负载板测试方法还包含步骤：调节第一至第四匹配电阻51～54的阻值，提高第一、第二M-LVDS总线的信号质量。

本发明还提供一种基于M-LVDS总线的负载板测试方法，采用本发明所述的基于M-LVDS总线的负载板测试系统实现的，用于对若干负载板进行非级联条件下的M-LVDS总线功能测试，包含步骤：

f1、将第一电源板41、第二电源板42和第一、第二组负载板插入背板对应的槽道；

f2、短接跳线帽61，断开第一连接器62和第二连接器63；

f3、主板上电时分别通过第一路M-LVDS总线M-LVDS1、第二路M-LVDS总线M-LVDS2向从板发送第一、第二测试信号；从板根据接收的所述第一、第二测试信号通过对应的第一路M-LVDS总线M-LVDS1、第二路M-LVDS总线M-LVDS2向主板发送第一、第二反馈信号；

f4、主板根据接收到的从板的第一、第二反馈信号判断该从板的第一路、第二路M-LVDS总线M-LVDS2功能是否正常。

本发明的基于M-LVDS总线的负载板测试系统及方法，通过负载板的紧凑布置方式，最大限度利用机箱空间，无需定制非标准尺寸的机箱,实现增加一次测试的负载板数量，提高了测试效率；能在最大节点数(负载板个数)情况下，测量负载板间通讯的最大带宽以及数据量，同时降低了经济成本，避免因采用非标准机箱花费更多的调试时间；

本发明无需跨机箱，即可通过连接第二路M-LVDS总线M-LVDS2的跳线帽61及两个连接器实现两组负载板在第二路M-LVDS总线M-LVDS2进行级联与非级联模式的切换；当两组负载板在第二路M-LVDS总线M-LVDS2上为级联，本发明能够同时测试两组负载板在非级联模式、级联模式下的M-LVDS总线通讯功能；当两组负载板在第二路M-LVDS总线M-LVDS2上为非级联模式，本发明能够在冗余模式下基于最大节点数测试负载板的M-LVDS总线通讯功能；通过本发明提高了系统的可扩展性、可靠性；

本发明通过调节第一至第四匹配电阻51～54的阻值，有效提高第一路M-LVDS总线M-LVDS1、第二路M-LVDS总线M-LVDS2的信号质量；本发明的测试系统能够自动诊断出M-LVDS总线功能故障的负载板，诊断方法简单，易于实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于M-LVDS总线的负载板测试系统，其特征在于，包含设置在机箱内的：

若干个负载板，其中的一个负载板作为主板，其余的负载板作为从板；所述若干个负载板分为两组；

背板，包含两路M-LVDS总线，分别为第一、第二路M-LVDS总线，用于实现负载板间的冗余通讯；各个负载板均连接所述第一、第二路M-LVDS总线，所述主板内烧录有预置的程序；所述程序被配置为在主板上电时分别通过第一、第二路M-LVDS总线向所述从板发送第一、第二测试信号；从板根据接收的所述第一、第二测试信号通过对应的第一、第二路M-LVDS总线向主板发送第一、第二反馈信号；主板根据接收的所述第一、第二反馈信号判断对应从板的第一路、第二路M-LVDS总线功能是否正常；

跳线帽，连接第二路M-LVDS总线，并设置在第一组负载板与第二组负载板之间；

第一连接器、第二连接器，均连接第二路M-LVDS总线并设置在第一组负载板与第二组负载板之间；跳线帽设置在所述第一、第二连接器之间；通过跳线帽，第一连接器、第二连接器实现两组负载板在第二路M-LVDS总线级联。

2.如权利要求1所述的基于M-LVDS总线的负载板测试系统，其特征在于，所述负载板包含：驱动模块、隔离模块、FPGA；所述隔离模块设置在驱动模块和FPGA之间，用于电气隔离驱动模块和FPGA；所述驱动模块连接设置在外部电路与所述隔离模块之间，用于转换FPGA的单端信号为M-LVDS总线的差分信号，或转换M-LVDS总线的差分信号为对应的单端信号。

3.如权利要求2所述的基于M-LVDS总线的负载板测试系统，其特征在于，还包含可调阻值的第一至第四匹配电阻；所述第一、第二匹配电阻分别连接第一路M-LVDS总线的两端；所述第三、第四匹配电阻分别连接第二路M-LVDS总线的两端。

4.如权利要求1所述的基于M-LVDS总线的负载板测试系统，其特征在于，负载板的驱动模块连接所述第一、第二路M-LVDS总线；所述第一路M-LVDS总线包含第一对差分信号线，所述第二路M-LVDS总线包含第二对差分信号线。

5.如权利要求4所述的基于M-LVDS总线的负载板测试系统，其特征在于，第一组的负载板设置在第三匹配电阻与第一连接器之间；第二组的负载板设置在第四匹配电阻与第二连接器之间。

6.如权利要求1所述的基于M-LVDS总线的负载板测试系统，其特征在于，还包含第一电源板和第二电源板；所述第一电源板、第二电源板分别用于为第一组的负载板、第二组的负载板供电。

7.如权利要求1所述的基于M-LVDS总线的负载板测试系统，其特征在于，所述若干个负载板分为上、下两排放置在机箱内；第一组负载板及第一电源板放置在上排，第二组负载板及第二电源板放置在下排。

8.一种基于M-LVDS总线的负载板测试方法，采用如权利要求1至7任一所述的基于M-LVDS总线的负载板测试系统实现的，用于对两组负载板同时进行级联、非级联条件下的M-LVDS总线功能测试，其特征在于，包含步骤：

S1、将第一、第二电源板和第一、第二组负载板插入背板对应的槽道；

S2、断开跳线帽，连接第一连接器和第二连接器；实现第一组负载板在第二路M-LVDS总线级联第二组负载板；

S3、主板上电时分别通过第一、第二路M-LVDS总线向从板发送第一、第二测试信号；从板根据接收的所述第一、第二测试信号通过对应的第一、第二路M-LVDS总线向主板发送第一、第二反馈信号；

S4、主板根据接收的从板的第一、第二反馈信号判断该从板的第一路、第二路M-LVDS总线功能是否正常。

9.如权利要求8所述的基于M-LVDS总线的负载板测试方法，其特征在于，还包含步骤：调节第一至第四匹配电阻的阻值，提高第一、第二M-LVDS总线的信号质量。

10.一种基于M-LVDS总线的负载板测试方法，采用如权利要求1至7任一所述的基于M-LVDS总线的负载板测试系统实现的，用于对若干负载板进行非级联条件下的M-LVDS总线功能测试，其特征在于，包含步骤：

f1、将第一、第二电源板和第一、第二组负载板插入背板对应的槽道；

f2、短接跳线帽，断开第一连接器和第二连接器，实现第一组负载板在第二路M-LVDS总线非级联第二组负载板；

f3、主板上电时分别通过第一、第二路M-LVDS总线向从板发送第一、第二测试信号；从板根据接收的所述第一、第二测试信号通过对应的第一、第二路M-LVDS总线向主板发送第一、第二反馈信号；

f4、主板根据接收到的从板的第一、第二反馈信号判断该从板的第一路、第二路M-LVDS总线功能是否正常。

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