孟 博,徐玉杰,冯思桐

(中航工业西安航空计算技术研究所,陕西 西安 710068)

0 引言

当前机载航电设备普遍采用将主处理器模块和接口模块分离进行设计,主处理器作为基板,对整个模块进行管理控制和相关功能实现,接口模块作为背板子卡,实现标准FC接口、PCIe接口和PCI接口等[1]。目前基于标准PCIe接口和PCI接口的FC网络接口模块在主要机载型号中广泛应用,已进入大批生产交付阶段。本文设计了一种支持PCIe和PCI主机接口的模块测试平台,可实现对不同类型的标准PCIe和PCI主机接口模块进行软件逻辑升级测试和维护保障工作。

1 需求分析

外设部件互连标准(Peripheral Component Interconnect, PCI)总线是一种并行总线结构,工作频率33 MHz,位宽32 bit时最大数据传输速率为133 MB/s,位宽64 bit时最大数据传输速率为266 MB/s,由PCI设备、PCI总线和PCI桥组成,结构设计简单,开发成本低廉。随着网络数据传输速率的不断提高,并行总线结构干扰问题异常严重,此时PCIe(PCI-Express)总线应运而生,它是在PCI总线的基础上发展起来的一种点对点的高速串行总线标准,信号传输采用差分信号,极大地克服了并行信号干扰和较远距离传输问题,并且串行总线可以采用全双工通信,传输速率显著提升,PCIe 2.0协议X16接口总线带宽高达8 GB/s。

基于PCIe/PCI接口的FC网络接口模块支持FCPI,FC-FS,FC-AE-ASM等FC总线协议,网络采用点到点或交换拓扑结构,支持双冗余FC通信架构,全双工通信,可实现1.062 5 Gbps或2.125 Gbps传输速率的切换[2-3]。鉴于PCIe/PCI的FC网络接口模块的性能特点和外场保障环境的复杂性,本文设计的FC网络接口模块测试平台具备以下功能:主机接口适配PCIe和PCI接口类型FC网络接口模块测试；测试平台对外提供FC光接口,实现FC网络接口模块光电接口转换；具备使用CPU主处理器对PCIe和PCI接口的访问,同时针对FC网络接口模块进行外环通信等主要性能测试；可使用专用工具对FC网络接口模块进行离线逻辑和相关软件升级；220V AC市电转5V DC供电,提供电源开关,提供5V电流指示,FC网络接口模块测试平台如图1所示。

图1 测试平台

2 方案设计

2.1 PCIe对外接口设计

PCIe接口是主机CPU和FC网络接口模块进行数据交互的接口,主机对FC网络接口模块所有资源的访问都是通过PCIe接口实现的。具有PCIe主机接口的FC网络接口模块可对外提供2路4线标准PCIe接口,端口单线速率2.5 Gbps,其兼容PCI Express 1.1基本协议,支持端点模式操作,支持传统和MSI中断。具有PCIe接口的FC网络接口模块通过适配转接板安装在测试平台的PCIe接口上,并通过测试平台母板将高速信息线引至测试平台PCIe接口。FC网络接口模块输出PCIe信号电平为CML差分信号,测试平台母版需要使用电容在发送端AC耦合,为了保证高速信号的完整性,要严格按照高速信号走线要求进行PCB布线。

2.2 PCI对外接口设计

PCI接口与PCIe接口相同,作为一种标准主机接口,用于主机处理器和FC网络接口模块之间的数据传输和访问控制。具有PCI主机接口的FC网络接口模块采用标准PCI总线结构,兼容PCI 2.2规范,支持66 MHz/64 bit,66 MHz/32 bit,33 MHz/64 bit和33 MHz/32 bit4种总线规格,采用INTA作为标准中断引脚,支持多设备共享中断,集成高速DMA引擎,可实现PCI接口数据的高速存取。

具有PCI接口的FC网络接口模块通过适配转接板安装在测试平台的PCI接口上,为了支持PCIe接口CPU对该测试平台PCI接口的兼容测试,测试平台母版上集成设计了PCIe-PCI SWITCH转换芯片,实现将FC网络接口模块PCI接口与CPU处理器PCIe接口之间的数据转换。

2.3 FC对外接口设计

FC网络接口模块对外提供两路独立的FC接口,负责将航电网络中不同分系统互联,为各传感器、主机处理器与FC网络提供数据和控制接口,其支持FCAE-ASM协议,支持软件可配置的1.062 5 Gbps,2.125 Gbps线速率,支持点到点、交换式互连。FC网络接口模块的FC接口为电信号,为了实现测试平台对FC接口模块进行外环通信测试,检验FC光路的性能指标,测试平台母板将FC电信号通过板间连接器引出,设置光电收发器芯片,将FC电信号与FC光信号相互转换,完成相关功能测试。测试平台母版需要使用电容在FC信号接收端AC耦合,为了保证高速信号的完整性,要严格按照高速信号走线要求进行PCB布线。

3 测试验证

FC网络接口模块测试平台的测试验证,需提供PCIe接口CPU主处理器模块运行测试程序,并通过PCIe接口实现对FC网络接口模块进行管理控制和数据收发。CPU主处理器模块具备1个以太网及1个串口调试接口,使用1Gb以上的DDR2 SDRAM存储器,具备200 MB以上的内存空间用于FC接口模块运行测试程序,对外提供4路标准4Lane PCIe接口,测试平台验证连接如图2所示。

图2 测试平台验证连接

对支持PCIe/PCI主机接口的模块测试平台功能进行全面测试,测试目的是检查测试平台的功能是否满足外场FC网络接口模块测试维护保障的要求。测试项目主要为FC外环通信测试、离线逻辑和相关软件升级等。

FC外环通信测试主要测试FC网络接口模块在查询方式或中断方式下FC帧数据的通信功能是否正常,将测试平台FC光接口的接收端和发送端口使用光纤进行自环绕连接,CPU主处理器将需要发送的数据写入发送缓冲区,通过查询方式或中断方式判断接收缓冲区中的数据,将从接收缓冲区读出数据与预先发送的数据进行比较,判断链路状态,将结果通过CPU主处理器串口上报PC机打印输出。

该测试平台具备标准JTAG逻辑升级调试接口、以太网和测试串口等,将XILINX编程线缆连接至测试平台JTAG口,测试平台上电,启动PC机iMPACT软件,可对FC网络接口模块进行离线逻辑升级。通过标准以太网和测试串口,连接至PC机网口和串口,并使用专用升级软件进行离线相关软件升级。

4 结语

标准PCIe/PCI主机接口的FC网络接口模块在主流机载型号中广泛应用,已进入大批生产交付阶段。本文设计了一种支持PCIe和PCI主机接口模块的测试平台,详细介绍了测试平台的设计方案。该测试平台能够实现对现有不同类型标准PCIe/PCI主机接口的FC网络接口模块进行软件逻辑升级和测试维护保障等工作,为外场种类繁多的FC网络接口模块技术服务保障提供设备和技术支持。