航天測(cè)控基于ATCA的高性能測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)
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一、高端測(cè)試應(yīng)用需求
未來的測(cè)試領(lǐng)域?qū)TCA也存在很大的應(yīng)用需求。測(cè)試總線技術(shù)如VXI、PXI總線是自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。VXI、PXI總線都是基于共享總線技術(shù),即多個(gè)模塊共享該總線帶寬,當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)的模塊增多時(shí),每個(gè)模塊只能分配一定的帶寬。近幾年來,隨著通信、雷達(dá)等系統(tǒng)帶寬不斷的增加,為了完成對(duì)這些系統(tǒng)的測(cè)試,現(xiàn)有的基于共享總線的測(cè)試總線技術(shù)有限的信息交換能力越來越難以滿足應(yīng)用需求。正是在應(yīng)用需求的牽引下,近幾年來陸續(xù)出現(xiàn)了多種高速串行總線技術(shù),如PCI-E、RapidIO、Gigbe、Infiniband、StarFabric,這些總線可構(gòu)成先進(jìn)的交換架構(gòu),數(shù)據(jù)吞吐量相對(duì)于早期的VXI、PXI總線提高了幾十上百倍。圖1給出了現(xiàn)有并行總線和ATCA的數(shù)據(jù)傳輸性能對(duì)比。
軟件無線電技術(shù)是統(tǒng)一的通信信號(hào)處理平臺(tái),即用軟件實(shí)現(xiàn)無線電信號(hào)的調(diào)制與解調(diào),軟件無線電由前端信號(hào)調(diào)理、高速A/D和通信信號(hào)處理3大部分組成,其中通信信號(hào)處理是其關(guān)鍵和核心所在。目前軍用的無線電信號(hào)正在向?qū)拵Щ虺瑢拵Оl(fā)展,為了處理這樣的通信信號(hào),A/D采集速率通常為幾GHz或幾十GHz,為了處理多種通信信號(hào)格式如TH-CDMA、FH-CDMA、DS-CDMA、OFDM,則需要多塊通信信號(hào)處理板,另外還需要系統(tǒng)協(xié)調(diào)和控制板、應(yīng)用板卡,軟件無線電平臺(tái)中板卡和板卡之間數(shù)據(jù)交互量是驚人的,ATCA無疑為該類應(yīng)用提供了一個(gè)良好的解決方案。
雷達(dá)信號(hào)處理平臺(tái)和軟件無線電平臺(tái)有著相似的構(gòu)成,包括微波/射頻組件、高速A/D采集組件、多塊雷達(dá)信號(hào)處理板卡、系統(tǒng)協(xié)調(diào)與控制板卡、應(yīng)用板卡。多塊雷達(dá)信號(hào)處理板卡負(fù)責(zé)處理各類雷達(dá)信號(hào),包括常規(guī)雷達(dá)、參差雷達(dá)、抖動(dòng)雷達(dá)、捷變頻雷達(dá)、線性調(diào)頻雷達(dá)及其多種參數(shù)組合的雷達(dá)。將數(shù)字處理手段提升到雷達(dá)信號(hào)處理的前端(和軟件無線電類似,將數(shù)字化部分延伸到射頻部分)將獲得更佳的性能和更佳的可靠性,這就對(duì)高速數(shù)字傳輸提出了更高的要求。ATCA核心規(guī)范及其輔助規(guī)范為通用雷達(dá)信號(hào)處理平臺(tái)提供了良好的解決方案。
多媒體測(cè)試涉及多路流媒體信號(hào)的處理和分析,信號(hào)處理的運(yùn)算量是巨大的,中間的測(cè)試信息需要存儲(chǔ),這樣必涉及到多個(gè)模塊之間的高速數(shù)據(jù)交換。近幾年來,通信技術(shù)不斷進(jìn)步和發(fā)展,其中一個(gè)最大的推動(dòng)便是多媒體業(yè)務(wù)需求。兩大網(wǎng)絡(luò),即移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)的帶寬不斷提升,如移動(dòng)通信終端已經(jīng)歷了2G、2.5G的歷程,現(xiàn)正進(jìn)入3G通信時(shí)代,終端能夠提供的信息速率也從十幾KHz至幾百KHz,Internet網(wǎng)絡(luò)終端也經(jīng)歷了十兆、百兆至千兆以太網(wǎng),兩大網(wǎng)絡(luò)性能提升都和多媒體應(yīng)用需求有著密切的關(guān)系。對(duì)于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò),核心網(wǎng)絡(luò)的多媒體測(cè)試是重要的,容易看出,核心網(wǎng)絡(luò)的流媒體數(shù)據(jù)量是巨大的。無疑,ATCA的高級(jí)交換框架結(jié)構(gòu)為多媒體測(cè)試提供了理想的平臺(tái)。
分布式測(cè)試與故障診斷系統(tǒng)。為了完成測(cè)試與故障診斷需求,需要采集多路視頻、語音或其它傳感器信號(hào),某些信號(hào)需要傳遞到多個(gè)遠(yuǎn)程控制終端,某些信號(hào)還要按一定的要求存儲(chǔ)備份一段時(shí)間。由于涉及到多路視頻、語音和其它傳感器信號(hào),對(duì)中心交換單元的數(shù)據(jù)吞吐量有著很高的要求,對(duì)于中心交換單元的延遲也有不同等級(jí)的要求,如對(duì)視頻和語音信號(hào)要求中心交換單元能夠高質(zhì)量的服務(wù)等級(jí),而對(duì)于某些傳感器信號(hào)服務(wù)等級(jí)要求不是很高?;赑CI-E協(xié)議規(guī)范的ATCA的高級(jí)交換框架結(jié)構(gòu)能夠拓展到2.5Tbps的超高速數(shù)據(jù)交換及其不同等級(jí)的服務(wù)質(zhì)量,解決了遠(yuǎn)程分布式測(cè)試與故障診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換瓶頸,并為該系統(tǒng)未來二十多年的擴(kuò)展升級(jí)作了預(yù)留。
幾年前,VXI、PXI測(cè)試總線技術(shù)只能提供有限的數(shù)據(jù)交換能力,因此一些模塊插卡只能交換一些運(yùn)算結(jié)果信息,而舍棄一些中間運(yùn)算結(jié)果信息,ATCA的高級(jí)框架結(jié)構(gòu)能夠提供更高的數(shù)據(jù)交換能力,基于這一特性,未來的測(cè)試系統(tǒng)具備最佳的模塊化結(jié)構(gòu)、更佳的易擴(kuò)展性、更高的性能、更低的價(jià)格。ATCA高級(jí)交換帶來的全方位的信息互通將是未來先進(jìn)測(cè)試系統(tǒng)革新的源動(dòng)力和技術(shù)保障。
二、基于ATCA的測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)
ATCA標(biāo)準(zhǔn)包括核心核心規(guī)范和輔助規(guī)范,ATCA核心規(guī)范即PICMG 3.0,核心規(guī)范中定義了機(jī)械結(jié)構(gòu)、電源分配、散熱管理和系統(tǒng)管理。各自的電氣連結(jié)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)因基于特定傳輸?shù)男枨蠖槐M相同。ATCA的所有傳輸模式都是構(gòu)架在高可靠度的系統(tǒng)之上,故不會(huì)因?yàn)閱吸c(diǎn)故障而導(dǎo)致傳輸?shù)陌c瘓。多傳輸模式的選擇使得控制和數(shù)據(jù)傳輸分離, 而每種傳輸類型又可被區(qū)分為單個(gè)獨(dú)立的傳輸。
傳統(tǒng)的VXI、PXI測(cè)試總線基于共享總線結(jié)構(gòu),而ATCA基于高級(jí)交換框架結(jié)構(gòu),技術(shù)上的革新導(dǎo)致了數(shù)據(jù)吞吐量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性都有不同等級(jí)的提升。傳統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)通常由控制計(jì)算機(jī)(控制器)、零槽控制器和多個(gè)模塊化儀器組成。ATCA系統(tǒng)基于交換架構(gòu),控制器和模塊化儀器之間通過交換刀片交互數(shù)據(jù),另外,模塊化儀器之間也可以通過交換刀片交互數(shù)據(jù),從組件在測(cè)試系統(tǒng)中充當(dāng)?shù)慕巧珌砜矗珹TCA中交換刀片的作用類似于傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)中的零槽控制器。圖3給出了基于雙星型互連的ATCA測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)。