摘要: 本文基于高性能DSP&CPLD/FPGA和PC接口技术，借鉴VXI/PXI先进经验，讨论了高性价比军用ATE中零槽通信控制卡的自主研制与开发。详细介绍了基于PC104嵌入式系统、USB-IDE接口和USB&HPI接口的零槽通信控制卡的研制实例。
关键词:  军用ATE;零槽通信控制卡;自主研发

1 引言
    军用ATE（Automatic Testing Equipment）标准化、系统化的一个重要内容就是系统体系结构的优化设计——MC3一体化，具体讲就是在承认测量(Measurement)、控制(Control)、通信(Communication)、计算机(Computer)4大要素相对独立、相对完整的基础上，削弱各要素的独立地位，弥合各要素之间的界面，使系统整体优化。在构建MC3一体化平台时应遵循模块化、总线接口标准化、通用化等电子仪器开放式体系结构（OSA, Opening System Architecture）准则。国内外发展趋向是引入VXI/PXI系统等标准技术，主要以零槽通信控制卡为核心、以数据采集与处理卡和其他功能模块卡为基础，搭建通用化、多功能、模块化、开放式系统。但VXI/PXI零槽通信控制卡价格昂贵，借鉴VXI/PXI技术，自主研发高性价比的零槽通信控制卡在军用ATE、ATS等领域具有深远的现实意义。
2 零槽通信控制卡总体设计
    图1所示为开放式体系结构的VI/ATS原理框图。零槽通信控制卡在整个系统中起承上启下的“桥梁作用”，作为上层PC软件的直接操控对象，、接收上位机控制命令、上传系统状态信息和测试数据，同时是底层硬件的“大脑”控制内部各功能模块卡。笔者以高性能DSP& FPGA为核心，主要基于外部PC通信接口模块、内部总线接口模块和扩展功能模块三部分进行零槽通信控制卡的自主研发，基本上涵盖了所有PC标准通信接口和DSP/MPU间通信接口设计，如图2所示。

3 工程实例
3.1 基于PC104嵌入式系统的零槽通信控制卡设计
    PC104嵌入式系统具有功能强、体积小、兼容性好、工作稳定、适应性强等优点。它采用ISA总线架构，易与DSP/MPU进行通信接口设计，硬件和软件与标准台式PC体系结构完全兼容，系统容易升级，开发周期短，且与典型的VXI/PXI嵌入式零槽严格对应，在大型仪器仪表、ATS和军用ATE中得到了广泛的应用。笔者应用研华公司的PCM-3346模块，通过PC104 ISA总线与高性能SHARC ADSP2106X相结合的方式研发了基于PC104嵌入式系统的零槽通信控制卡，其原理如图3所示。
DSP作为PC104嵌入式系统的协处理器，通过仪器总线用于内部管理各仪器模块。它们之间基于FIFO缓冲数据池进行高速数据交换和通信控制，支持突发式海量数据传输。大容量SDRAM可实现4M×32Bit的同步数据缓存。通过高速同步串口（SPORT0），可与其他仪器实现分布式同步互联;也可借助PC高速通信控制卡实现对本系统的监控调试和通信控制;对内借助总线驱动隔离和逻辑控制电路，与从功能模块卡建立起模块选择（IDx）、同步触发、时钟复位、读写、状态反馈等常用仪器系统状态控制信号的连接。零槽主控DSP可实现与从模块DSP/MPU的多种串行通信方式：SPORT1以TDM的方式可实现与最多32个从设备的高速同步通信，通过可编程IO脚FLAGx，可模拟实现UART、、SPI三种常用串行通信接口，可方便的与低端MPU进行通信交换。ADI公司的SHARC系列高性能浮点ADSP2106X提供了共享总线所必要的控制握手信号线/BR1∽6、ACK、/SW以及片内总线仲裁功能，使最多6片ADSP2106X无需外部控制电路直接相连就可以组成一个存储空间统一、DSP相互之间既紧密耦合又相对独立、数据传送效率极高的共享总线式并行处理系统。此外还可通过16位HPI以矢量中断驱动的方式建立主从DSP通信控制。PC104嵌入式系统主要包括CPU模块和系统扩展模块，CPU模块采用增强型DX66/75MHz的80486处理器，提供标准键盘鼠标、CRT、硬盘和10/100M以太网接口等，借助网络接口对外可将机内数据快速传送给主计算机和接收远程控制指令，操作平台为Windows 98/2000 ,用Visual C + +6.0编程，主要功能是通信控制、建立监测数据库以及确保友好的人机界面等。

3.2 基于USB-IDE接口的零槽通信控制卡设计
    USB采用菊花瓣结构可连接127个外设、能提供5V电源等卓越性能，因其可以即插即用和高速串行传输而成为ATS和智能仪器中通信控制模块对PC接口的首选。但基于芯片级的USB接口开发周期较长，高速传输速度的优势无法最大限度地发挥。根据“短、平、快”的工程开发原则，借助产品化USB移动硬盒，基于USB-IDE接口，笔者创造性地快速实现了PC与零槽通信控制卡主控DSP的高速USB通信，原理框图如图4所示。
    零槽通信控制卡主要包括高性能SHARC DSP，USB移动硬盘盒接口卡（简称接口卡），笔记本硬盘，8KB深度的FIFO、FIFO自检部分、ISP控制和总线接口逻辑等。其核心设计思想就是把主控DSP系统和笔记本硬盘分别作为两个IDE设备挂接在接口卡上。接口卡加上笔记本硬盘可直接实现与PC的USB通信，PC向移动硬盘中写数据时也同时写入了零槽DSP中;借助总线驱动隔离电路，接口卡可程控选择读取硬盘或零槽DSP数据，从而快捷地实现了PC与零槽DSP的高速双向通信，同时系统的海量数据也可存储于硬盘中。可通过USB2.0接口卡将机内数据快速传送给主控计算机同时接受其控制指令，最高无失真传输速度可达到72Mbps。RS232接口作为低速通信接口，可实现上层PC机对系统的监控调试和低速数据传输。DSP结合ISP控制逻辑，可灵活实现仪器内部总线的多种通信控制接口：8～32Bits 并行接口、同步串口和异步串口。大流量数据通过FIFO缓冲数据池进行传输;低速数据流、内部管理命令的下发和各功能模块状态信息的上传都是通过同步串口(SPORT)以TDM方式进行的;对MPU的控制则是通过异步串口。

3.3 基于USB2.0和HPI接口的零槽通信控制模块设计
    基于USB2.0和HPI的零槽通信控制卡原理框图如图5所示，主要包含高性能SHARC DSP、外部通信接口和内部总线控制电路三部分,采用USB2.0芯片(CY7C68001)和ISP1控制逻辑构成高速数据通信接口。通过RS232接口实现PC对系统的监控调试、通信控制和低速数据传输。CF卡和ISP2控制逻辑实现系统大容量数据存储。由驱动隔离、锁存逻辑电路和ISP3实现对仪器内部模块的同步控制。大流量数据通过HPI进行传输;低速数据流、内部管理命令的下发和各功能模块状态信息的上传可通过同步串口(SPORT)以TDM方式进行的;对MPU的控制则是通过SCI/SPI/串行接口。

4 结束语
军用ATE在国防科研实验中发挥着日益重要的作用, 从我国国情出发，按照“通用化、模块化、系列化、标准化”和“实用、可靠、先进、经济”的原则，走具有我军特色的建设之路，研制出具有自主知识产权、新型的、先进的ATE系统，实现跨越式发展。上述工程实例在实践中取得了良好的实用效果，对提升高端军用ATE的国产化水平具有深远的社会意义和重要的应用价值，同时在便携式智能仪器仪表中有广泛的适用性和可移植性。
参考文献
1.杜金榜,王跃科. 军用自动测试设备的发展趋向[J], 计算机测量与控制,2001.5
2.钟小鹏,杜金榜,王跃科, 基于VXI总线的控制系统检测平台设计, 第十二届全国测试与故障诊断技术研讨会,2003.8
3.X代步兵战车发动机综合参数测试系统研制报告[R],国防科技大学机电工程与自动化学院，2004.5
4.杜金榜，王跃科，基于多DSP并行处理的发动机综合参数测试系统设计[J],计算机测量与控制，2005.8(13) :763-765