基于vxi总线的通用测试模块的研制

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1、基于VXi总线的通用测试模块的研制陈霄晗．阙沛文(上海交通大学自动检测研究所，上海200030)摘要：为满足航天测试的需要，设计实现了以DSP+FPGA构成的通用测试平台．通过配以不同的功能电路，并辅以相应的FPGA控制电路厦DSP算法，就可以方便、快速地实现各种不同功能的vxI测试模块．本文介绍了通用模块在多通道数据采集中的应用．整个设计实现100KSPS的采样速率，分辨率达到14-bit．关键词：VxI；DSP；FPGA；通用电路；A／D转换1引言VXI(vMEbusExtensionsforInstrumentation)是一种用丁．模块化仪器的总线

2、系统。它在组建人、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求较高的场合，有着其它仪器系统无法比拟的优势。在航空航天地面测试系统中陀螺信号、喷气信号、飞轮信号、遥测遥控信号等的记录和分析都需要VXI测试模块。这些模块都是由VXI接口电路，控制电路及算法组成，如果能采埘基于平台的设计方法，开发具有通埘接口的电路板，就可以避免设计时一切从头开始的繁琐．1：作，大人提高测试模块的设计速度，减少设计I：作鼙。本文设计的DsP+FPGA通用电路就可以实现这种构想。2通用电路板系统设计随着人规模可编程器件的发展，采川DSP(数字信号处理器)+FPGA(现场可编程门阵列)结构

3、的信号处理系统显示山其优越性，正逐步得到重视。与其他中小规模集成电路相比，其优点主要在于它有很强的灵活性，即其内部的具体逻辑功能可以根据需要配置，给电路的修改和维护带来很多方便。另外它还有较强的通用性，适于模块化设计和实时信号处理。实时信号处理系统中，低层的信号预处理算法处理的数据量大．对处理速度的要求高，但运算结构相对比较简单，适于用FPGA进行硬件实觋，这样能同时兼顾速度及灵活性。高层处理算法的特点是所处理的数据量较低层算法少，但算法的控制结构复杂，适丁．川运算速度高、寻址方式灵活、通信机制强大的DSP芯片来实现。这种通用测试模块应用于多通道数据采集时

4、，其设计方案如图1所示。通用电路系统分为四部分：底板、功能电路、FPGA电路及DSP电路，后三部分通过排针插在底板上。通过合理设计接El，不需要重新设计硬件，而只要更换功能电路，并适当修改FPGA中的控制逻辑以及DSP中的算法程序，就可以方便快捷地实—-84—-幽1多通道数据采集模块的设计方案现VXI器件的开发。充分体现了“标准化”、“通用化”和“模块化”的设计思想。由丁FPGA不仅控制VXI接口还负责DSP和功能电路的控制，因此器件的选择还要考虑内部逻辑资源及外部I／O口数目能否满足要求。综合考虑各个测试信号的要求，选择Altera公司的FLEXIOKE

5、系列的产品EPFlOK30EQ208—3，它有10，000的门阵列资源，208个管脚，114个I／O口，输出电压为3．3V。利川F载数据线，可以方便地进行在线编程调试。DSP电路采HJ美国德州仪器(TI)公司的TMS320C54x(简称’C54x)系列定点数字信号处理器芯片实现数据的滤波和处理。通过采_l{J增强型哈佛结构，高度专业化的指令系统及先进的Icr艺，使’C54x具有功耗小，高度并行等优点，运行速度达80MIPS，可以满足实时处理的要求。另外为了便丁I系统扩展，充分利_【_}j硬件资源，将DSP芯片中_【fJ于块操作等功能的引脚与功能电路的部分引

6、脚通过跳线有选择地接入FPGA的I／O口。设计中采_【{{VXI背板提供的16M时钟信号经FPGA内部分频后，输山给功能电路和DSP使朋，这就保证了整个系统的同步运行。下面结合多通道数据采集模块具体介绍FPGA逻辑和DSP算法。3FPGA逻辑的实现FPGA中的逻辑是采用硬件编程语言对其功能进行描述的，具有系统抽象程度高，便丁修改等优点。目前流行的硬件描述语言有VHDL(VeryHighSpeedIntegrationCircuitsHDL)tVerilogHDL等。前者较之后者系统抽象能力略胜一筹。实际中采埘VHDL编写。使用Altera公司开发的可编程逻

7、辑设计环境MAX+PLUSII，完成设计、综合、布线、仿真及程序F载的全过程。设计时采用了模块化、自顶向下和I逐层分解的结构化设计思想。如图1所示将FPGA中的逻辑分成四个部分：VXIInterface，ADcontrol，FIFO雨iDSPcontrol。ADcontrol部分产生AD转换芯片所需的信号。转换后的16位数字信号存入FIFO，再经过DSPcontrol送给DSP程序处理，处理厉的结果通过VXIInterface送至总线上。除了FIFO利用MAx+PLUsIl自带的DCFIFO宏模块外，其余三个部分用VHDL自行设计。这样既满足了设计要求，义

8、提高了设计速度。3．1VXI接口VXIInterface部分包括V