基于SOPC技术的坦克电器测试系统的设计与实现

论文摘要

配电盒、转换盒是坦克车辆电器中的关键设备，它负责全车的电力分配和控制，保证车辆的正常运行。配电盒、转换盒型号多种多样，内部结构复杂、线路关联性强，其器件的完好性和线路连接的正确性直接决定着车辆电器装备作战效能的发挥。传统的检测配电盒、转换盒的测试系统主要是在人为干预下完成测试工作，测试速度慢，测试结果不准确，自动化程度低。针对目前的测试水平和应用现状，本文设计开发了一种基于SOPC(System On Programmable Chip，片上可编程系统)技术的自动测试系统，在充分分析配电盒、转换盒的工作原理后，提出了“外部结构抽象化，内部结构具体化”的测试方法，在原理上保证了通用、可靠性测试实现的可能。主要开发技术包括：①利用SOPC技术具有的设计灵活、开发周期短等优点，开发了以NIOSⅡ系统作为核心测试单元的主控功能模块，该单元以现场可编程门阵列为平台，通过植入相关IP核资源构建了满足测试要求的最小片上系统。该单元不仅实现了测试过程中的通信控制处理，同时也解决了大量可控I／O口的实现问题，集成度大，资源利用率高，不仅简化了系统设计，节约了成本，而且给系统的调试和升级带来了极大的方便。②以所提出的测试方法为导向，开发了硬件组态平台，分别设计了A类、C类和D类测试端口矩阵，根据测试信息自动搭建相应的外围测试线路，并实时采集测试结果，在不改变系统外部硬件结构的前提下，通过硬件组态平台实现多种产品的在线检测，提高了测试系统的通用性。本系统实现了对多种配电盒、转换盒产品的自动检测，测试过程快速、准确、可靠，极大地提高了测试效率。通过测试软件界面的设置，可以任意切换测试步骤，完成对已有型号产品的测试；对新增加的同类型产品也只要添加相应的测试信息后便可进行测试，无须改动系统外部硬件结构或增加新的硬件。系统通用性强，可扩展性好，具有广阔的推广应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 自动测试系统综述
• 1.2.2 配电盒、转换盒测试水平现状
• 1.3 SOPC相关技术应用现状
• 1.4 主要研究内容与论文各章节结构安排
• 第二章 系统测试原理
• 2.1 产品内部结构及原理分析
• 2.2 产品通用测试方法及测试可靠性分析
• 2.2.1 通用测试方法
• 2.2.2 产品测试的可靠性分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 系统总体框架设计
• 3.1 自动测试系统的总体架构
• 3.2 硬件组态测试平台功能划分与实现方案
• 3.3 主控单元实现方案
• 3.3.1 处理器选择原则
• 3.3.2 系统方案比较
• 3.3.3 NIOSII软核
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统功能模块实现
• 4.1 主控模块
• 4.1.1 FPGA选型
• 4.1.2 NIOSII的软核配制
• 4.1.3 AVALON总线模块
• 4.1.4 通用异步收发器（UART）模块
• 4.1.5 并行输入输出（PIO）模块
• 4.2 通用测试端口矩阵
• 4.2.1 A类组态模块
• 4.2.2 C类组态模块
• 4.2.3 D类组态模块
• 4.3 硬件组态测试平台
• 4.4 辅助模块
• 4.4.1 电源完整性设计
• 4.4.2 时钟管理
• 4.4.3 FPGA配置电路
• 4.5 硬件的可靠性设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 软件设计与应用
• 5.1 串口通信自定义数据包
• 5.2 基于NIOS II控制器的C代码设计
• 5.2.1 集成开发环境（IDE）
• 5.2.2 硬件抽象层（HAL）
• 5.2.3 程序代码设计流程
• 5.3 工业应用
• 5.3.1 上位机测试软件简介
• 5.3.2 工业应用
• 5.4 本章小结
• 第六章 结语与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果