一种支持DSP验证检测的装置设计与实现

许晶　蔡明　谭志宏

关键词：DSP；测试装置；验证

中图分类号： TP23 文献标识码： A

文章编号：1009-3044（2023）08-0092-03

0 引言

JDSP320F2812是中国电科第五十八研究所推出的一款高性能32 位定点数字信号处理器[1]，主时钟工作频率150MHz，单周期指令执行时间6.67ns。采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP[2]指令，可以快速地实现各种数字信号处理算法。该处理器集成了256KB 的Flash 存储器，8KB 的引导ROM，数字运算表以及2KB的OTP ROM，大大改善了應用的灵活性。128位的密码保护机制有效地保护了产品的知识产权。两个事件管理器模块为电机及功率变换控制提供了良好的控制功能。16通道高性能12位ADC模数转换单元[3]提供了两个采样保持电路，可以实现双通道信号同步采样。该电路集成了多种先进的外设，为电机及其他运动控制领域应用的实现提供了良好的平台。同时代码和指令与F24x 系列数字信号处理器完全兼容，从而保证了项目或产品设计的可延续性。

随着该元器件在装备电子、工业控制领域等应用的逐步推广，为了验证该器件的功能、性能，有必要对其进一步进行验证。

1 验证装置

为了对JDSP320F2812元器件进行验证，开发了一种验证板卡。验证装置则是用于对验证板卡进行测试，控制各功能板卡向验证板卡发送测试命令和数据，并检测验证板卡是否正确响应，并以此来判断被测设备的相关功能是否正常。如图1所示。

验证装置要求人机界面友好，操作简单，显示直观，采用模块化设计，功能独立，运行稳定。设备的输入/输出信号特性与验证板卡的输入/输出信号特性一致。验证装置检测设备应具备手动测试模式和自动测试模式。设备研制过程所涉及的被测产品功能、性能方面的技术要求及技术指标以被测产品承制单位现行有效的产品资料（如：产品规范，技术说明书、验收测试程序等）为依据。

1.1 验证装置要求

验证装置检测设备能够提供验证板卡所有所需激励和负载信号，实现对验证板卡各硬件资源的检测和功能性能的验证。验证装置具有良好的人机交互功能，支持专用上层软件的开发。提供程控电源，可输出多路直流电源为被测板卡供电，同时可根据被测板卡处理器芯片上电时序要求控制各个输出之间开启/关闭的时序，支持测试被测板卡工作期间的平均功耗。提供工控机、串口卡、离散量接口卡、测试线缆等基础硬件，构建JDSP320F2812验证板的测试环境。测试设备软件用于测试JDSP320F2812 验证板卡的CAN接口、串行接口等资源。

在对DSP验证板卡进行任何测试、拆卸操作时，场所应有防静电设施，操作者应戴上防静电腕带。验证板卡关机到下一次开机应至少间隔10s，以避免冲击电流对验证板卡造成损害。

设备采用统一的测试系统软件配套测试程序的方式实现，测试软件需提供源代码，系统软件分为开发软件与执行软件，开发软件用于DSP测试项目的开发，测试过程中可以根据测试项目配套选择测试程序。测试程序执行过程中，测试过程面板会实时更新显示测试信息，包括测试项目、测试结果、测试结论；测试之前可配置测试项，且可进行测试次数选择，测试程序应支持数据通信功能、数据统计功能。验证装置检测设备应具备良好的软件操作界面，能够运行测试项目自动化完成测试以及生成测试报告，尽可能减少人员操作过程，并保存相关过程参数及图片。

1.2 验证装置系统设计

通过对验证装置检测设备需求文件的整理分析，设计验证装置架构如图2所示。JDSP320F2812验证装置由程控电源、串口卡、CAN总线卡、离散量接口卡、工控机以及测试线缆等组成，串口卡和CAN总线卡在工控机内部安装，JDSP320F2812验证板卡通过连接器引出后连接到验证装置。试验工装包括过渡板和工装，工装提供连接插座，支持验证板卡的插入，工装固定在过渡板上供验证试验，可以支持验证板卡的调试、验证以及环境试验。

验证装置硬件由CPCI工控机、串口模块、离散量输入输出模块、DA输出模块、CAN接口模块、多路温度测试仪器、程控电源、显示器、测试电缆组成。

CPCI工控机采用铝合金设计，适用于在各种恶劣的环境下工作，人性化的工业设计确保产品具有高集成、便携、强固等特点，多达8个的标准CPCI插槽，该产品集成了丰富的I/O扩展接口，具备宽泛的电源输入，选配可充电电池及高效的电源管理软件。

串口模块是以FPGA为核心的PCI接口RS-232/422/485总线通讯、总线测试及总线仿真模块。该模块提供4个通道RS-232/422/485总线接口，程控通讯模式，支持标准通讯速率为75～921600bps，选配非标波特率高达8Mbps，每个通道的发送/接收速率均可单独设置。

选用8通道CPCI总线光隔离离散量输入输出模块，支持地/开、28V/开的输出。每通道均带光电隔离，有效地防止了可能存在的瞬态电压对模块造成损害。选用16位DAC 16通道CPCI总线电压模拟输出模块，每个通道的输出电压可程控。选用8通道的温度测试仪，界面美观，可同时对多路温度数据进行采集，上超下超报警和通讯传输，兼容多种温度传感器，响应速度快，数据稳定，同时具备断偶检测功能。

选用CPCI总线接口高速CAN通讯模块，通道数最多同时具有8个通道，每通道独立隔离。每个通道的发送/接收速率均可单独设置。模块具有灵活的数据发送/接收方式，用户可以根据具体需要进行设置。符合CAN2.0A/B规范，支持1Kbps～1Mbps之间的任意波特率。

供电电源DH1790系列程控电源。DH1790系列是一款宽量程可编程直流电源，体积小、重量轻，电压电流覆盖范围宽，该系列提供12款型号，功率覆盖180W、360W、720W、1080W；具有高分辨率、高精度、低纹波、低噪声、可编程、稳定性高等特点。具有恒压恒流两种模式输出，同时具备过压、过温、过功率等保护功能。

测试电缆主要用于验证装置检测设备工控机、试验工装及信号接口箱之间连接，测试电缆的尾部附近均设置固定卡箍，以减小应力，保护电缆，提高可靠性。测试线缆长度为三米，数量为3根，其中一根为供电线缆，另外两根为信号输入输出接口。

1.3 验证装置软件设计

设备采用统一的测试系统软件配套测试程序的方式实现，开发软件用于CPU测试项目的开发，测试过程中可以根据测试项目配套选择测试程序。测试程序执行过程中，测试过程面板会实时更新显示测试信息，包括测试项目、测试结果、测试结论；测试之前可配置測试项，且可进行测试次数选择，测试程序应支持数据通信功能、数据统计功能。

JDSP320F2812验证装置测试软件部署在验证装置工控机上，是运行在Windows系统平台上到用户端软件，支持对JDSP320F2812验证板卡接口、功能、性能及健康状态的集成测试，主要检测RS232串口通信和CAN总线[4]通信接口，同时显示并记录JDSP320F2812验证板卡内部软件测试结果。

QT[5]是由Qt Company 开发的跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架，是开发虚拟仪器系统的最佳平台之一，它将功能强大、使用灵活的C语言平台与用于数据采集、分析和显示的测控专业工具库有机地结合起来，它的集成开发平台、交互式编程方法、功能面板和库函数大大增强，为科技人员建立检测系统、自动测量系统、数据采集系统、过程监控系统等提供了极大的便利。界面如图3所示。

系统软件开发采用分层体系架构，从上至下依次是应用层服务层、支持层和物理层。其中应用层、业务层和服务层组成需要开发的软件主体，支持层和自动验证装置由外部提供，开发时不需做任何工作。

每个层次组成成分不同，实现不同级别的功能目标。下层功能提供操作接口，上层功能利用这些接口实现自身功能。根据需要，上层组件也可以越过其直接下层组件而调用更下层的组件。

应用层调度业务层完成配置管理和测试操作；业务层具体实现各种软件功能，向应用层返回结果；服务层为业务层和应用层提供各种细粒度的服务组件；支持层提供包括驱动程序、功能组件等；操作系统提供软件开发和运行环境；自动验证装置包含各种硬件设备。

2 DSP验证

JDSP320F2812验证包括通讯握手测试、模拟量采集测试、离散量输入测试、离散量输出测试、CAN总线测试、RS232 总线测试以及BIT 功能测试，如图4所示。

2.1 通讯握手测试

通讯握手测试项目进行通讯端口的测试，测试步骤如下：

1） 测试设备向验证板卡下达CPU握手测试命令；

2） 延迟1s，控制器回复握手测试命令；

3） 测试设备判断测试结果并给出结论。

2.2 模拟量与离散量验证

本项验证针对DSP的模拟量与离散量处理功能。测试步骤如下：

1） 模拟量采集测试：

①验证板卡采集测试设备输出电压值；

②验证板卡将采集到的电压值通过总线回传至测试设备；

③测试设备比较采集值与预期值差异给出测试结论。

2） 离散量输入测试：

①测试设备输出离散量激励值，并下达离散量采集命令；

②延迟2s，控制器回复采集数据；

③测试设备比较激励值与采集值的差异给出测试结论。

3） 离散量输出测试：

①测试设备通过RS232总线输出命令计算机进入离散量输出工作模式；

②测试设备将数值通过RS232控制验证板卡完成离散量输出；

③测试设备采集离散量值；

④测试设备比较激励值与采集值的差异给出测试结论。

2.3 总线通信测试

CAN总线测试包括2路CAN总线接口传输，串行通讯功能测试包括2路RS232串行接口传输。测试期间使用示波器监控CAN总线和RS232总线输出电平，其电气特性应满足CAN总线和RS232总线要求。测试步骤如下：

1） 测试设备向计算机发出CAN总线测试命令；

2） 测试设备CAN总线模块向CAN总线发送测试数据A；

3） 验证板卡正确接收数据A后，通过CAN总线将数据B返回给测试设备；4） 测试设备比较接收数据是否为数据B；

5） 测试设备向计算机发出串行通信测试命令；6） 测试设备串行通讯模块向串行通信数据接口发送测试数据A；

7） 验证板卡正确接收数据A后，通过串口将数据B返回给测试设备；

8） 测试设备比较接收数据是否为数据B；

9） 当测试设备完成通信测试时发送退出通信测试命令。

3 结论

针对元器件JDSP320F2812的验证需求，本文设计了一种用于对验证板卡进行验证的验证装置，构建了验证平台，开发了验证软件。经过验证和试验，表明所验证的DSP元器件符合预期功能。