基于PXI的时序信号监测设备设计

卢逸斌，吴睫，王楠，唐亮

（1.上海宇航系统工程研究所 上海 201109；2.上海航天电子技术研究所 上海 201109）

基于PXI的时序信号监测设备设计

卢逸斌1，吴睫2，王楠1，唐亮1

（1.上海宇航系统工程研究所 上海 201109；2.上海航天电子技术研究所 上海 201109）

为满足飞行器时序信号监测的需求，采用了基于PXI总线的时序信号监测设备的设计方案，阐述了设备构成、PCI接口、信号隔离、PCI总线通信等方面的原理，利用LabVIEW开发平台完成了各种界面显示、数据处理、数据传输等功能。结果表明，该设备具有高便携性、高可靠性、高可维修性、数据分析能力强大等特点，满足各项飞行器测试的需求。

PXI；PCI；时序信号；监测设备

时序信号监测设备主要用于飞行器火工品信号、时序指令等信号的监测，是飞行器地面测试的重要组成部分。针对该设备对便携性、可靠性要求较高的特点，采用基于PXI总线的测试技术的一体式设计，充分考虑各种故障模式下的备份应急措施，保证设备的稳定工作。

PXI（PCI Extensions for Instrumentation）是面向仪器的PCI扩展总线，由美国NI公司推出。它使用了PCI总线的电气特性，并结合了CPCI的坚固性、模块化、机械封装等特性。同时，增加了专用的同步总线，是目前测试领域应用最广泛的总线之一。

1　系统设计

时序信号监测设备采用一体式的PXI机箱，包含显示器、鼠标、键盘等，可以完成数据处理、保存、监测、打印等功能。设备配置采集板卡和数据处理板卡，可以满足时序最大通道数测试的需求。

每块数据采集功能板可以同时完成16路时序信号的输入和处理，并进行模拟滤波，滤除60 μs脉宽以下的干扰信号。6块采集功能板共完成96路信号的采集，并分别与数据处理功能板相连，通过板上的FPGA进行采集和处理，再通过PXI总线把采集到的数据传输给PXI零槽控制器［1-2］，具体如图1所示。

图1　时序信号监测设备组成图Fig.1　Diagram of signal monitoring equipment

2　硬件设计

2.1CPCI接口设计

PCI总线协议采用通用的PCI9054接口芯片，芯片内部集成了满足PCI时序的逻辑电路，可以完成PCI主控模块和目标模块的各项功能，将繁复的 PCI总线接口转换为相对简单的客户接口［3］。

2.2信号输入隔离板卡设计

16路信号输入隔离板卡电路如下图所示。信号输入隔离卡由子母板组成，子板负责信号的处理，脉宽Vin输入电压为0～32 V，经信号调理、光耦隔离以及电平转换后，送入板间接口。

母板为FPGA与PCI9054组成的总线协议板，从通用板间接口处接收子板输入的信号，判读脉冲信号，脉宽宽度小于60 μs，由FPGA自动滤除。

PCI9054负责与零槽的数据交换，当收到数据采集指令后，板卡开始采集信号，将脉冲信号到达的时间，脉冲宽度，保存至板卡的FPGA内存中，再通过零槽实时读取，具体如图2所示。

图2　信号输入隔离板卡原理框图Fig.2　Principle diagram of the signal input isolation board

输入隔离板卡采用硬件滤波和软件滤波相结合的去干扰措施。在硬件设计中，各个功能板脉冲采集接口处设置100 μs的滤波［4］。在软件处理中添加延时，在FPGA的逻辑代码中，设置脉冲采样时钟，进行数字滤波。

2.3FPGA读写PCI总线

FPGA作为开发板的控制模块，主要实现PCI局部总线的时序以及对SRAM的控制。FPGA实现PCI局部总线时序是通过一个状态机来完成的，如图3所示。

图3　PCI局部总线的状态机示意图Fig.3　Diagram of the PCI local bus state machine

当LLAD#=0时，说明PCI主设备发起一次访问，FPGA根据 LLW/R#来判断是读操作或是写操作，然后根据其值配置RAM控制信号，即RCE、ROE、RWE 3个信号，并将LLA ［14：0］的值写入RAM的地址线，这时读/写操作的配置阶段完成，状态机从状态 0跳转到状态 1［5］。状态 1进行读写操作并根据LLBLAST#的值来确定是否是最后一个读/写周期，若不是则设置LLREADY#信号为 1，继续读/写操作，并返回状态1，若 LLBLAST#=0则表示最后一个操作周期，设置LLREADY#信号为0，读/写操作结束后转入状态 0，并不断检验LLAD#的值，等待新的读/写周期。由于PCI总线功能开发板是单一的从设备，不存在设备忙状态，因此对申请本地总线信号总是立即应答，即在编写 FPGA的逻辑时总是将LLHOLD的值带入LLHOLDA［6］。

3　软件设计

计算机显示模块采用NI公司的LabVIEW 2013平台进行开发。可切换查看不同前端嵌入式设备的显示信息，并且保存显示的测试数据，用于事后分析。

软件分为2个模块，一个用于显示数据备份板卡的RS-485发送数据；另一个用于前端显示，加载在时序测试设备机箱上，并可通过以太网与外部设备通信。

测试人员可以通过主界面了解测试详情，通过修改配置文件，调整嵌入式测试设备的显示界面，并可以根据脉冲到来次数更换显示灯的颜色等功能。软件预读取相应状态的配置文件，可以根据理论数据进行自动判读。同时，通过界面切换可以进行数据的曲线形式显示和回放。

时序测试设备通过以太网口与后端进行通讯，当程序开始执行后，相应后端发出的运行信号，软件和FPGA电路进行相应的执行，等待各通道的信号，没有信号到来则保持原样，软件采用循采的模式执行，发现信号变化则立即显示，并把FPGA上的缓存数据进行读取。

4　结　论

时序信号监测设备以PXI总线技术为核心，结合了FPGA、LabVIEW等技术手段，实现对时序信号的高速可靠采集。同时采用了一体式的设计思路，增强了设备的整体性和便携性。目前已应用于多个飞行器型号的地面测试，大幅提高了测试的效率及有效性。

［1］黄现.基于PXI平台的FPGA高速自动化测试系统设计［J］.复旦大学，2013（8）：5-9.

［2］韩大伟.基于PXI总线的导弹自动测试系统设计［J］.计算机测量与控制，2008（11）：115-117.

［3］刘鑫.CompactPCI总线工控机技术的现状与应用［J］.电子技术应用，2002（7）：81-84.

［4］李睿鹏.基于PXI总线的半实物仿真系统的设计与实现［J］.电子设计工程，2015（1）：43-44.

［5］甄国涌.基于PXI接口多通道信源卡设计［J］.计算机测量与控制，2014（10）：23-26.

［6］张猛.基于LabVIEW的推进系统通用试验台设计［J］.测控技术，2014（12）：49-51.

Design of pulse signal monitor equipment based on PXI technology

LU Yi-bin1，WU Jie2，WANG Nan1，TANG Liang1
（1.Shanghai Aerospace System Engineering Institute，Shanghai 201109，China；2.Shanghai Aerospace Electronic Technology Institute，Shanghai 201109，China）

In order to meet the needs of aircraft pulse signal monitoring，This discourse use a design of pulse signal monitor equipment based on PXI technology，expounds the equipment constitution，PCI interface，signal isolation，PCI bus communication，using LabVIEW development platform，completed a variety of interface display，data processing，data transmission and other functions.The results shows that，this equipment has high portability，high reliability，strong maintainability data analysis ability etc，it can meet the aircraft testing needs.

PXI；PCI；pulse signal；monitoring equipment

TN98

A

1674－6236（2016）03-0076-02

2015-03-21稿件编号：201503291

卢逸斌（1982—），男，上海人，工程师。研究方向：飞行器综合测试系统设计。