基于FPGA的新型元器件验证方法的分析以及优点

摘 要： 应用于宇航领域的新型元器件必须经过严格的性能功能的验证，传统的验证平台是针对特定的待验证器件设计的，不同的器件需要设计不同的验证平台，使得验证工作周期长、成本高、可移植性差。本文介绍基于FPGA控制器设计出的新型元器件通用验证方法，硬件由通用验证平台和功能应用子板两部分组成。软件包含有上位机调试工具、命令解析模块、通信模块、数据智能处理模块等。解决了新型元器件验证周期长、成本高、难以实时控制和智能数据分析等缺点。用此方法已成功对芯片JS71238进行了性能功能的验证，取得了理想的验证效果。

0 引言

目前，我国宇航事业进入快速发展阶段，新型航天器和新一代运载火箭对配套元器件的性能、功能、可靠性和适应性提出了更高的要求，因此新型元器件性能的验证工作对确保航天事业顺利快速发展起着至关重要的作用。目前，对宇航元器件的应用验证的研究大多是基于系统工程方法上的理论研究，主要是对新型元器件验证的工程路线、技术体系、方法工具等提出了理论上的框架，并且大多数的实施方案是面向特定的被测元器件设计出一套专用的验证设备，这样就造成了验证工作成本高、周期长、可移植性差[1]的问题。针对这些不足，基于国内外对宇航元器件应用验证的研究及工程实践，本文设计出一种通用性强、应用范围广、自动化程度高、功能齐全的元器件应用验证平台和方法，使宇航元器件的验证工作变得极为智能、便捷、高效、准确，为我国航天工程的快速发展提供了先进的技术方法。

1 通用应用验证平台分析

 

为了实现对不同元器件的性能功能的验证，设计出如图1所示的自动验证系统，验证系统由通用验证平台、功能应用平台和配套的测试向量等组成，控制母板的核心是一块Xilinx的V5FX100T FPGA芯片[2]，控制着验证平台中的各项功能模块，并负责验证装置与通信终端的显示链接[3]。验证子板为各类待验证器件及外围电路，只需设计待验证芯片的外围应用电路即可搭载在该平台上进行验证工作。

控制母板是整个验证平台中的核心模块，负责数据传输、A/D采集、对元器件的指令操作、指令采集译码和测试环境的控制等重要功能[4]。母板通过RS485总线与监控计算机连接，监控计算机通过RS485发送指令，控制母板通过通信接口发送检测的数据。OC指令发送用于控制验证子板的被验证元器件和外围电路器件。D/A输出用于对某些特定要求的电压源输入的精确控制。A/D采集被验证元器件的电压值、温度量和电流检测电阻的电压值。通过FPGA对采集到的信息数据进行缓存和封装，对接收到的指令进行译码，发送控制信号和地址数据[5]。

2 基于通用验证平台的JSR71238芯片应用验证

2.1 验证目标

JSR71238为16路RS422收发器芯片，包括16位驱动器和16位接收器。驱动器接收CMOS数字信号，转换成RS422电平信号输出。接收器接收RS422兼容的差分输入信号，转化成CMOS输出信号。其功能性能验证主要从驱动功能验证、自闭环验证、接收功能验证及器件功耗验证四个方面展开。

2.2 验证过程分析

依据通用验证平台提供的接口定义，在功能子板上构建所需要的应用电路，对测试向量进行修改达到验证不同元器件的目的。验证过程框图如图2所示[6]。

 

通用验证平台上FPGA包括通信模块、指令解析模块、命令执行模块、数据采集模块和数据处理模块，主要功能是接收来自终端PC设备的指令并发送指令控制子板，采集由子板反馈回来的数据进行处理后发送给终端PC设备；终端PC设备通过上位机软件向FPGA发送控制指令和数据，监控FPGA的状态，接收来自FPGA的数据，并对数据进行分析、诊断，图形化显示出测试的结果。子板通过软排线与通用验证平台相连。

通信模块用于上位机和FPGA的通信，是信号传输的唯一通道。在FPGA中实现UART的功能很方便、灵活，因此采用UART来完成数据的传输[7]。在数据接收时，接收模块将输入的串行数据转换为并行数据，将接收到的数据暂时存储到接收FIFO中，由数据处理操作读取数据进行处理，执行后再写入到发送FIFO中，发送模块再把数据发送到上位机软件。可传送数据位、数据帧和数据包等格式。通信模块总体框图如图3所示[8]。