[发明专利]基于LXI的并行多通道可重构仪器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于LXI的并行多通道可重构仪器，属于自动化测试领域，尤其涉及基于LXI总线的通用测试领域。

背景技术

电子系统的开发手段可以分为两种方法：硬件方法和软件方法。一方面，开发硬件系统能够为特定的目标任务进行定制，并且运行效率高，然而较长的开发周期，较大的开发成本和较低的灵活性(重用性)等明显缺点限制了它的发展。软件系统能够很好的解决硬件系统的不足，但是在大数据吞吐量的高速系统中，数据传输速率和计算速率往往成为软件系统的瓶颈。另一方面，软件系统的开发离不开其所依赖的硬件系统，所以软件系统的功能受限于硬件系统所提供的支持。硬件系统和软件系统各自的优缺点促使人们提出软硬件一体化的思想，而实时电路重构技术是当前最有效的解决途径之一。

虽然可重构系统(Reconfigurable System)的概念早在20世纪70年代就已经提出，但由于没有理想的可重构器件等原因，这方面的研究没有很大的突破。自20世纪90年代以来，随着大规模集成电路的迅速发展，在硬件方面，发展可重构处理的关键之处FPGA，无论在结构和规模方面都取得了较大的发展。可重构系统的最大特征是在电子系统工作状态下，通过软件动态地改变硬件电路，以适应不同的具体应用。

在自动化测试测试，传统仪器的功能由生产厂家设计和定义，用户只能使用既定的仪器功能。它一方面极大地降低了仪器的使用灵活性；另一方面，不同的仪器都拥有独立、完整的硬件系统和软件系统，不仅造成资源浪费，增加了系统体积，而且提高了整体的成本。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统仪器使用灵活性差和设计重用度低的技术问题，提出一种基于LXI的并行多通道可重构仪器，集成了万用表、示波器、直流电源、信号发生器等仪器功能，而且本发明通过嵌入式系统实现了一种基于LXI标准的仪器架构，标准的使用提高了仪器的通用性和重用性。

本发明的基于LXI的并行多通道可重构仪器，包括基板、仪器功能板、FPGA逻辑电路、测试程序集和Web服务器；

仪器功能板包括A/D转换模块、D/A转换模块和频率/相位测量模块；A/D转换模块和频率/相位测量模块连接输入调理电路，D/A转换模块连接输出调理电路；测试信号中的模拟信号量输入至仪器功能板的输入调理电路，然后经过A/D转换模块转换成数字量输出到基板；频率信号输入至仪器功能板的输入调理电路，频率/相位测量模块将其转换为TTL电平的方波，输出至基板；基板输出至仪器功能板的数字量经过D/A转换模块转换成模拟信号，然后通过输出调理电路输出；

仪器功能板和基板通过数字I/O连接器连接；

基板包括ARM9核心板、FPGA、CPLD、电源管理、以太网网络接口和USB接口，另外还设有用于调试的RS232C串口；电源管理给基板和仪器功能板提供电压，FPGA的上层通过数据/地址/控制总线和ARM9核心板相连，底层通过数字I/O连接器和仪器功能板相连；系统上电后，CPLD的配置模块自动从FLASH存储器读取硬件电路配置信息，配置FPGA内部的逻辑电路；在上电情况下，如果用户需要改变仪器功能，从上位机发送命令给ARM9核心板，再由ARM9核心板通知CPLD重新配置FPGA中的FPGA逻辑电路；仪器总线上的每个I/O口所对应的仪器功能由用户重新定义；

FPGA逻辑电路在FPGA中实现，测试程序集和Web服务器是在基于ARM9核心板的嵌入式Linux下位机操作系统中实现的；

FPGA逻辑电路的底层仪器时序逻辑电路负责与仪器功能板的A/D转换模块、D/A转换模块通信，其上层的总线接口单元负责与ARM9核心板通信；FPGA内部RAM的功能是数据寄存和数据缓冲，SFR的功能是对ARM9核心板发来的控制命令进行解析，RAM和SFR采取统一寻址的方式，统一由上层的总线接口单元对其进行管理；

测试程序集的底层通过驱动程序与FPGA逻辑电路进行通信，其上层通过SOCKET协议与上位机进行通信；测试程序集主要实现：一、与底层的FPGA逻辑电路通信，对包含在逻辑电路中的被测信号的信息作进一步解析，转化为与仪器功能相关的测量值；二、对上位机发来的指令分发给不同的仪器，然后把指令解析为可被FPGA识别的控制信息；三、基于网络通信的C/S模型，提供一个SOCKET服务器，用于与上位机的SOCKET客户端进行交互；