一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置的制造方法
一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及仪器设备的温控技术领域，尤其涉及一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置。
【背景技术】
[0002]工业设计中，为保证仪器设备正常运行，需充分考虑环境因素给仪器设备运行带来的不利影响。在诸多影响因素中，环境温度变化是需要重点考虑的内容之一。以航天应用中的地球静止轨道卫星为例，其运行周期与地球自转周期相同，在运行中也将经历白日和黑夜两个阶段。在面向太阳的一面，因太阳光辐照作用，航天器表面温度可迅速升至200°C左右；在背向太阳的一面，航天器表面温度可迅速降至近_250°C。环境温度的剧烈变化严重影响了航天器的正常工作运行，因此需要对上述影响因素做针对性防护设计。工业中常用的防护方式之一就是利用实时性较好的嵌入式软件控制相关加热、冷却或遮蔽机构进行温度调节。
[0003]基于嵌入式软件实现的温控功能，其主要特点是可记录并综合分析一天内的历史温度参数，综合加热设备、冷却设备、遮蔽设备、以及电源设备的状态制定温控策略。软件温控功能模块多采用SP1、UART或EMIF通信协议与外部协同模块相连。受限于资源占用率的约束，工业中软件温控模块主要完成温度参数采集和控制信号输出，通常不具备环境温度模拟注入的温控自校调试功能。基于测试装置的温度模拟生成是温控功能调试的重要手段。
[0004]传统的温度模拟多采用复杂测试仿真系统实现，且多采用基于DSP或ARM架构，该架构以DSP或ARM等ASIC芯片为核心，需配套用于信号采集\发生的板卡、用于测试调度的上位机、以及用于数据观测的监视/显示设备。上述测试仿真系统虽然支持的功能多，但系统复杂、成本高、功耗大，不利于快速部署；同时受限于大系统的尺寸，对于相关部件已安装固定的设备而言，可能由于器件间干涉，难于支持相关功能的联合调试或现场排故。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，基于该装置可实现与嵌入式软件温控功能模块的实时交互，支持测试用构造参数和真实环境典型参数两种数据模拟生成方式，尺寸小、功耗低、配置灵活、易于部署。
[0006]本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，包括印刷电路板及固定于印刷电路板上的FPGA芯片模块、程序配置模块、频率发生模块、参数存储模块、接口调理模块和供电模块；
[0007]所述程序配置模块、频率发生模块、参数存储模块和接口调理模块均与所述FPGA芯片模块连接，所述供电模块与FPGA芯片模块、程序配置模块、频率发生模块、参数存储模块和接口调理模块连接。
[0008]本实用新型的有益效果是:本实用新型可实现与嵌入式软件温控功能模块的实时交互，支持测试用构造参数和真实环境典型参数两种数据模拟生成方式，本实用新型中的显著功耗器件仅为FPGA芯片，故功率消耗比传统的测试系统少，且尺寸小、功耗低、配置灵活、易于部署，结构简单、成本较低、功能复用性强。
[0009]在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
[0010]进一步，所述FPGA芯片模块固定于印刷电路板的核心位置，以FPGA芯片模块为中心划分四个区域，所述接口调理模块、供电模块、程序配置模块和参数存储模块分别固定于四个区域内，且均与FPGA芯片模块的管脚直接相连，将其分别放置于FPGA相关管脚对应的区域。
[0011]采用上述进一步方案的有益效果:本实用新型将FPGA芯片及支撑模块、以及用于温控模块测试的器件，按指定布局安置于指定尺寸的印制电路板(PCB)上，本申请所述装置的整机尺寸不超过60mm*60mm*15mm(长*宽*高)；相比传统的测试系统尺寸更小、便于携带，易于外场调试或排故使用。
[0012]进一步，所述四个区域分别位于FPGA芯片模块左上角的的第一区域、右侧的第二区域、正下方的第三区域和左下角的第四区域。
[0013]进一步，所述供电模块位于第二区域内，包括依次连接的供电接口、电源芯片及复位电路，且均置于印刷电路板顶层。
[0014]进一步，所述供电接口采用符合USB2.0标准的Micro-USB接口。
[0015]采用上述进一步方案的有益效果:本装置的供电采用符合USB2.0标准的MiCT0-USB接口，可支持符合该标准的便携式通用可充放电源供电，易于构建按全天温度变化曲线实时模拟数据注入的测试场景。
[0016]进一步，所述程序配置模块位于第三区域内，包括下载接口和PROM芯片，均置于印刷电路板顶层。
[0017]进一步，所述频率发生模块置于印刷电路板底层，与FPGA芯片模块的位置对应，且距离供电模块第一预定距离，距离FPGA芯片模块的全局时钟引脚第二预定距离，第一预定距离大于第二预定距离。
[0018]进一步，所述参数存储模块位于第四区域内，包括两片FLASH存储芯片，分别置于印刷电路板的顶层和底层。
[0019]进一步，所述接口调理模块位于第一区域内，包括电平转换芯片和接插件，所述电平转换芯片置于印刷电路板底层，所述接插件置于电路板顶层，所述接插件采用高度小于15mm的排针。
[0020]进一步，所述印刷电路板的长度小于等于60_，宽度小于等于60_，高小于等于15mm0
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型的系统结构图；
[0022]图2为本实用新型的模块布局顶面图；
[0023]图3为本实用新型的模块布局底面图；
[0024]图4为本实用新型的连接电缆线序图。
[0025]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0026]1-FPGA芯片模块；2_供电模块(含复位电路)；3_程序配置模块；4_频率发生模块；5_参数存储模块；6_接口调理模块；7_接插件，8、电平转换芯片。
【具体实施方式】
[0027]以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0028]如图1所示，一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，包括印刷电路板及固定于印刷电路板上的FPGA芯片模块1、程序配置模块3、频率发生模块4、参数存储模块5、接口调理模块6和供电模块2 ;所述程序配置模块3、频率发生模块4、参数存储模块5和接口调理模块6均与所述FPGA芯片模块I连接，所述供电模块2与FPGA芯片模块1、程序配置模块3、频率发生模块4、参数存储模块5和接口调理模块6连接。供电模块2向其它所有模块提供直流供电，同时向FPGA芯片模块I提供复位输入；程序配置模块3用于向FPGA芯片模块I写入上电启动程序和向参数存储模块5写入温控预制数据；频率发生模块4向FPGA芯片模块I提供时钟输入；参数存储模块5用于保存温控预制数据及FPGA芯片模块I写入的温控参数。
[0029]如图2、3所示，由于FPGA芯片模块I面积最大，且与周边各模块交互较多，因此在布局时放置于核心位置；接口调理模块6 (含接插件)、供电模块2 (含复位电路)、参数存储模块5与FPGA芯片模块I的管脚直接相连，为保证信号连接的质量，将其分别放置于距离FPGA相关管脚最近的区域。此外，为保证时钟信号走线最短且受干扰程度最小，频率发生模块4置于底层、远离供电模块2且靠近FPGA芯片模块I的全局时钟引脚的位置。
[0030]具体地，所述FPGA芯片模块I固定于印刷电路板的核心位置(区域E内)，以FPGA芯片模块I为中心划分为第一区域A、第二区域B、第三区域C和第四区域D四个区域，A区域放置接口调理模块6 (含接插件7和电平转换芯片8)，其中电平转换芯片8置于印刷电路板底层，接插件7置于印刷电路板顶层区域放置供电模块2，包括供电接口、电源芯片及复位电路等，均放置于印刷电路板顶层；C区域放置程序配置模块3，包括下载接口和PROM芯片，均放置于印刷电路板顶层；D区域放置参数存储模块5，包括两片FLASH存储芯片，分别置于印刷电路板顶层和底层。频率发生模块4置于印刷电路板底层、远离供电模块2且靠近FPGA芯片模块I全局时钟引脚的位置。
[0031]本实施例中，所述FPGA芯片模块I所在区域E的尺寸为20mmx20mm，所述FPGA芯片模块I的尺寸小于等于该尺寸，第一区域A的尺寸为40mmX40mm且除去区域E的部分，第二区域B的尺寸为40mmx40mm，第三区域C的尺寸为25mmx20mm，第四区域D的尺寸为25mmX20mm。以上尺寸仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型。
[0032]本实用新型将FPGA芯片及支撑模块、以及用于温控模块测试的器件，按指定布局安置于 指定尺寸的印制电路板(PCB)上，本申请所述装置的整机尺寸不超过60mm*60mm*15mm (长*宽*高)；相比传统的测试系统尺寸更小、便于携带，易于外场调试或排故使用。
[0033]具体地，所述FPGA芯片模块I用于支持与温控模块的通信协议管理、温控构造参数的自动生成、以及真实环境典型参数的调用转发，其中通信时序管理涉及的通信协议包括 SP1、UART、EMIF。
[0034]所述供电模块2包括依次连接的供电接口、电源芯片及复位电路。所述供电接口采用符合USB2.0标准的Micro-USB接口。供电模块2 (含复位电路)，用于给其他所有模块提供直流供电，模块的电输入接口为符合USB2.0标准的Mic1-USB接口，输入直流电经复位电路、及电压转换芯片送至其他各模块；本装置的供电采用符合USB2.0标准的MiCT0-USB接口，可支持符合该标准的便携式通用可充放电源供电，易于构建按全天温度变化曲线实时模拟数据注入的测试场景。
[0035]所述程序配置模块3包括下载接口和PROM芯片，均置于印刷电路板顶层。程序配置模块3用于配置FPGA上电启动程序、以及参数存储模块5的预制数据。
[0036]所述频率发生模块4置于印刷电路板底层，且距离供电模块第一预定距离，距离FPGA芯片模块的全局时钟引脚第二预定距离，第一预定距离大于第二预定距离。所述频率发生模块4用于为FPGA芯片模块I提供正常工作所需的时钟信号。
[0037]所述参数存储模块5包括两片FLASH存储芯片，分别置于印刷电路板的顶层和底层。所述参数存储模块5用于存储真实环境典型温度参数。
[0038]所述接口调理模块6包括电平转换芯片8和接插件7，所述电平转换芯片8置于印刷电路板底层，所述接插件置于电路板顶层。所述接口调理模块6 (含接插件7)，用于调整本申请所述装置对外接口的输入/输出信号，使之与温控软件接口信号的电气标准保持一致，所述电气标准包括LVTTL、LVDS, RS422 ;所述接插件采用高度小于15mm的排针，本申请所述装置中涉及的元器件高度均小于所述排针高度。
[0039]所述印刷电路板的长度小于等于60mm,宽度小于等于60mm,高小于等于15mm。本实用新型的模块布局充分权衡了面积、功耗等因素，力求在保证功能的基础上达到面积和功耗的最大优化。
[0040]如图4所示，本实施例中被测温控软件通信协议为UART、外部物理接口为标准RS422接口，连接电缆的信号线序关系确定为:10_1_P连接RX_1_P，10_1_N连接RX_1_N，10_2_P 连接 RX_2_P，10_2_N 连接 RX_2_N。
[0041]本实施例的各模块核心器件选型为:FPGA芯片模块I采用的器件型号为CycloneEP1C3T144C8N，供电模块2的供电接口采用Micro-USB标准接口，电源芯片型号分别为AMS1117-1.5和AMS1117-3.3，所述程序配置模块3采用配置芯片，配置芯片型号为EPCS1N，频率发生模块4采用25MHz的表贴晶振，参数存储模块5采用存储芯片，存储芯片的型号为IS61WV5128BLL，所述接口调理模块6的电平转换芯片采用MAX3030E(信号发送)和MAX3094E (信号接收)，与外部的接插件7采用高度小于150mm的排针，电缆采用SCS1-320MB型电缆(外加屏蔽层)。
[0042]基于本申请所述装置的一种嵌入式软件温控模块测试方法，包括以下步骤:
[0043]步骤1、分析温控模块的设计方法及硬件实施结构，明确温控模块所采用的接口通信协议(SPI或UART或EMIF)、及其硬件实施所采用的接口电气标准(LVTTL或LVDS或RS422)；
[0044]步骤2、根据温控模块的硬件接口电气标准，确定FPGA运行所需的芯片管脚配置信息，并制备一根连接温控模块硬件接口与本申请所述装置外部接口的通信电缆；
[0045]步骤3、根据温控模块的接口通信协议，设计实现FPGA中温控模块通信协议管理逻辑，并根据具体测试策略设计实现温控构造参数生成逻辑、或真实环境典型参数调用转发逻辑，当选用真实环境典型参数做为测试模拟数据时，需先将数据烧写至参数存储模块中；
[0046]步骤4、通信电缆连接、FPGA程序下载运行；
[0047]步骤5、从嵌入式软件的温控数据观测通道验证温控模块的运行正确性。
[0048]本实施例的主要器件功耗统计大致如下:FPGA芯片工作态功耗为156.26mW，存储芯片工作态功耗为85mW，配置芯片在初始化配置过程中的功耗为46.2mW、配置完成后的功耗为0.165mW，电源芯片的最大功耗为1.2W。综合考虑装置上所有有源驱动元器件的运行情况，本实用新型正常工况下的总功耗估值在2W?3W之间。本实施例已在航天某型号嵌入式软件测试项目中参与完成了温控相关功能的连续25小时运行测试，效果良好。
[0049]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，其特征在于，包括印刷电路板及固定于印刷电路板上的FPGA芯片模块、程序配置模块、频率发生模块、参数存储模块、接口调理模块和供电模块； 所述程序配置模块、频率发生模块、参数存储模块和接口调理模块均与所述FPGA芯片模块连接，所述供电模块与FPGA芯片模块、程序配置模块、频率发生模块、参数存储模块和接口调理模块连接。2.根据权利要求1所述一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，其特征在于，所述FPGA芯片模块固定于印刷电路板的核心位置，以FPGA芯片模块为中心划分四个区域，所述接口调理模块、供电模块、程序配置模块和参数存储模块分别固定于四个区域内，且均与FPGA芯片模块的管脚直接相连，将其分别放置于FPGA相关管脚对应的区域。3.根据权利要求2所述一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，其特征在于，所述四个区域分别位于FPGA芯片模块左上角的的第一区域、右侧的第二区域、正下方的第三区域和左下角的第四区域。4.根据权利要求3所述一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，其特征在于，所述供电模块位于第二区域内，包括依次连接的供电接口、电源芯片及复位电路，且均置于印刷电路板顶层。5.根据权利要求4所述一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，其特征在于，所述供电接口采用符合USB2.0标准的M i cro-USB接口。6.根据权利要求3所述一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，其特征在于，所述程序配置模块位于第三区域内，包括下载接口和PROM芯片，均置于印刷电路板顶层。7.根据权利要求3所述一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，其特征在于，所述频率发生模块置于印刷电路板底层，与FPGA芯片模块的位置对应，且距离供电模块第一预定距离，距离FPGA芯片模块的全局时钟引脚第二预定距离，第一预定距离大于第二预定距离。8.根据权利要求3所述一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，其特征在于，所述参数存储模块位于第四区域内，包括两片FLASH存储芯片，分别置于印刷电路板的顶层和底层O9.根据权利要求3所述一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，其特征在于，所述接口调理模块位于第一区域内，包括电平转换芯片和接插件，所述电平转换芯片置于印刷电路板底层，所述接插件置于电路板顶层，所述接插件采用高度小于15mm的排针。10.根据权利要求1所述一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，其特征在于，所述印刷电路板的长度小于等于60mm,宽度小于等于60mm,高小于等于15mm。
【专利摘要】本实用新型涉及一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，包括印刷电路板及固定于印刷电路板上的FPGA芯片模块、程序配置模块、频率发生模块、参数存储模块、接口调理模块和供电模块；所述程序配置模块、频率发生模块、参数存储模块和接口调理模块均与所述FPGA芯片模块连接，所述供电模块与FPGA芯片模块、程序配置模块、频率发生模块、参数存储模块和接口调理模块连接。本实用新型可实现与嵌入式软件温控功能模块的实时交互，支持测试用构造参数和真实环境典型参数两种数据模拟生成方式，本实用新型中的显著功耗器件仅为FPGA芯片，故功率消耗比传统的测试系统少，且尺寸小、功耗低、配置灵活、易于部署，结构简单、成本较低、功能复用性强。
【IPC分类】G06F9/455
【公开号】CN204650506
【申请号】CN201520407201
【发明人】张弢, 孔璐, 马云云, 王金波
【申请人】中国科学院空间应用工程与技术中心
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月12日
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及仪器设备的温控技术领域，尤其涉及一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置。
【背景技术】
[0002]工业设计中，为保证仪器设备正常运行，需充分考虑环境因素给仪器设备运行带来的不利影响。在诸多影响因素中，环境温度变化是需要重点考虑的内容之一。以航天应用中的地球静止轨道卫星为例，其运行周期与地球自转周期相同，在运行中也将经历白日和黑夜两个阶段。在面向太阳的一面，因太阳光辐照作用，航天器表面温度可迅速升至200°C左右；在背向太阳的一面，航天器表面温度可迅速降至近_250°C。环境温度的剧烈变化严重影响了航天器的正常工作运行，因此需要对上述影响因素做针对性防护设计。工业中常用的防护方式之一就是利用实时性较好的嵌入式软件控制相关加热、冷却或遮蔽机构进行温度调节。
[0003]基于嵌入式软件实现的温控功能，其主要特点是可记录并综合分析一天内的历史温度参数，综合加热设备、冷却设备、遮蔽设备、以及电源设备的状态制定温控策略。软件温控功能模块多采用SP1、UART或EMIF通信协议与外部协同模块相连。受限于资源占用率的约束，工业中软件温控模块主要完成温度参数采集和控制信号输出，通常不具备环境温度模拟注入的温控自校调试功能。基于测试装置的温度模拟生成是温控功能调试的重要手段。
[0004]传统的温度模拟多采用复杂测试仿真系统实现，且多采用基于DSP或ARM架构，该架构以DSP或ARM等ASIC芯片为核心，需配套用于信号采集\发生的板卡、用于测试调度的上位机、以及用于数据观测的监视/显示设备。上述测试仿真系统虽然支持的功能多，但系统复杂、成本高、功耗大，不利于快速部署；同时受限于大系统的尺寸，对于相关部件已安装固定的设备而言，可能由于器件间干涉，难于支持相关功能的联合调试或现场排故。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，基于该装置可实现与嵌入式软件温控功能模块的实时交互，支持测试用构造参数和真实环境典型参数两种数据模拟生成方式，尺寸小、功耗低、配置灵活、易于部署。
[0006]本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，包括印刷电路板及固定于印刷电路板上的FPGA芯片模块、程序配置模块、频率发生模块、参数存储模块、接口调理模块和供电模块；
[0007]所述程序配置模块、频率发生模块、参数存储模块和接口调理模块均与所述FPGA芯片模块连接，所述供电模块与FPGA芯片模块、程序配置模块、频率发生模块、参数存储模块和接口调理模块连接。
[0008]本实用新型的有益效果是:本实用新型可实现与嵌入式软件温控功能模块的实时交互，支持测试用构造参数和真实环境典型参数两种数据模拟生成方式，本实用新型中的显著功耗器件仅为FPGA芯片，故功率消耗比传统的测试系统少，且尺寸小、功耗低、配置灵活、易于部署，结构简单、成本较低、功能复用性强。
[0009]在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
[0010]进一步，所述FPGA芯片模块固定于印刷电路板的核心位置，以FPGA芯片模块为中心划分四个区域，所述接口调理模块、供电模块、程序配置模块和参数存储模块分别固定于四个区域内，且均与FPGA芯片模块的管脚直接相连，将其分别放置于FPGA相关管脚对应的区域。
[0011]采用上述进一步方案的有益效果:本实用新型将FPGA芯片及支撑模块、以及用于温控模块测试的器件，按指定布局安置于指定尺寸的印制电路板(PCB)上，本申请所述装置的整机尺寸不超过60mm*60mm*15mm(长*宽*高)；相比传统的测试系统尺寸更小、便于携带，易于外场调试或排故使用。
[0012]进一步，所述四个区域分别位于FPGA芯片模块左上角的的第一区域、右侧的第二区域、正下方的第三区域和左下角的第四区域。
[0013]进一步，所述供电模块位于第二区域内，包括依次连接的供电接口、电源芯片及复位电路，且均置于印刷电路板顶层。
[0014]进一步，所述供电接口采用符合USB2.0标准的Micro-USB接口。
[0015]采用上述进一步方案的有益效果:本装置的供电采用符合USB2.0标准的MiCT0-USB接口，可支持符合该标准的便携式通用可充放电源供电，易于构建按全天温度变化曲线实时模拟数据注入的测试场景。
[0016]进一步，所述程序配置模块位于第三区域内，包括下载接口和PROM芯片，均置于印刷电路板顶层。
[0017]进一步，所述频率发生模块置于印刷电路板底层，与FPGA芯片模块的位置对应，且距离供电模块第一预定距离，距离FPGA芯片模块的全局时钟引脚第二预定距离，第一预定距离大于第二预定距离。
[0018]进一步，所述参数存储模块位于第四区域内，包括两片FLASH存储芯片，分别置于印刷电路板的顶层和底层。
[0019]进一步，所述接口调理模块位于第一区域内，包括电平转换芯片和接插件，所述电平转换芯片置于印刷电路板底层，所述接插件置于电路板顶层，所述接插件采用高度小于15mm的排针。
[0020]进一步，所述印刷电路板的长度小于等于60_，宽度小于等于60_，高小于等于15mm0
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型的系统结构图；
[0022]图2为本实用新型的模块布局顶面图；
[0023]图3为本实用新型的模块布局底面图；
[0024]图4为本实用新型的连接电缆线序图。
[0025]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0026]1-FPGA芯片模块；2_供电模块(含复位电路)；3_程序配置模块；4_频率发生模块；5_参数存储模块；6_接口调理模块；7_接插件，8、电平转换芯片。
【具体实施方式】
[0027]以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0028]如图1所示，一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，包括印刷电路板及固定于印刷电路板上的FPGA芯片模块1、程序配置模块3、频率发生模块4、参数存储模块5、接口调理模块6和供电模块2 ;所述程序配置模块3、频率发生模块4、参数存储模块5和接口调理模块6均与所述FPGA芯片模块I连接，所述供电模块2与FPGA芯片模块1、程序配置模块3、频率发生模块4、参数存储模块5和接口调理模块6连接。供电模块2向其它所有模块提供直流供电，同时向FPGA芯片模块I提供复位输入；程序配置模块3用于向FPGA芯片模块I写入上电启动程序和向参数存储模块5写入温控预制数据；频率发生模块4向FPGA芯片模块I提供时钟输入；参数存储模块5用于保存温控预制数据及FPGA芯片模块I写入的温控参数。
[0029]如图2、3所示，由于FPGA芯片模块I面积最大，且与周边各模块交互较多，因此在布局时放置于核心位置；接口调理模块6 (含接插件)、供电模块2 (含复位电路)、参数存储模块5与FPGA芯片模块I的管脚直接相连，为保证信号连接的质量，将其分别放置于距离FPGA相关管脚最近的区域。此外，为保证时钟信号走线最短且受干扰程度最小，频率发生模块4置于底层、远离供电模块2且靠近FPGA芯片模块I的全局时钟引脚的位置。
[0030]具体地，所述FPGA芯片模块I固定于印刷电路板的核心位置(区域E内)，以FPGA芯片模块I为中心划分为第一区域A、第二区域B、第三区域C和第四区域D四个区域，A区域放置接口调理模块6 (含接插件7和电平转换芯片8)，其中电平转换芯片8置于印刷电路板底层，接插件7置于印刷电路板顶层区域放置供电模块2，包括供电接口、电源芯片及复位电路等，均放置于印刷电路板顶层；C区域放置程序配置模块3，包括下载接口和PROM芯片，均放置于印刷电路板顶层；D区域放置参数存储模块5，包括两片FLASH存储芯片，分别置于印刷电路板顶层和底层。频率发生模块4置于印刷电路板底层、远离供电模块2且靠近FPGA芯片模块I全局时钟引脚的位置。
[0031]本实施例中，所述FPGA芯片模块I所在区域E的尺寸为20mmx20mm，所述FPGA芯片模块I的尺寸小于等于该尺寸，第一区域A的尺寸为40mmX40mm且除去区域E的部分，第二区域B的尺寸为40mmx40mm，第三区域C的尺寸为25mmx20mm，第四区域D的尺寸为25mmX20mm。以上尺寸仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型。
[0032]本实用新型将FPGA芯片及支撑模块、以及用于温控模块测试的器件，按指定布局安置于 指定尺寸的印制电路板(PCB)上，本申请所述装置的整机尺寸不超过60mm*60mm*15mm (长*宽*高)；相比传统的测试系统尺寸更小、便于携带，易于外场调试或排故使用。
[0033]具体地，所述FPGA芯片模块I用于支持与温控模块的通信协议管理、温控构造参数的自动生成、以及真实环境典型参数的调用转发，其中通信时序管理涉及的通信协议包括 SP1、UART、EMIF。
[0034]所述供电模块2包括依次连接的供电接口、电源芯片及复位电路。所述供电接口采用符合USB2.0标准的Micro-USB接口。供电模块2 (含复位电路)，用于给其他所有模块提供直流供电，模块的电输入接口为符合USB2.0标准的Mic1-USB接口，输入直流电经复位电路、及电压转换芯片送至其他各模块；本装置的供电采用符合USB2.0标准的MiCT0-USB接口，可支持符合该标准的便携式通用可充放电源供电，易于构建按全天温度变化曲线实时模拟数据注入的测试场景。
[0035]所述程序配置模块3包括下载接口和PROM芯片，均置于印刷电路板顶层。程序配置模块3用于配置FPGA上电启动程序、以及参数存储模块5的预制数据。
[0036]所述频率发生模块4置于印刷电路板底层，且距离供电模块第一预定距离，距离FPGA芯片模块的全局时钟引脚第二预定距离，第一预定距离大于第二预定距离。所述频率发生模块4用于为FPGA芯片模块I提供正常工作所需的时钟信号。
[0037]所述参数存储模块5包括两片FLASH存储芯片，分别置于印刷电路板的顶层和底层。所述参数存储模块5用于存储真实环境典型温度参数。
[0038]所述接口调理模块6包括电平转换芯片8和接插件7，所述电平转换芯片8置于印刷电路板底层，所述接插件置于电路板顶层。所述接口调理模块6 (含接插件7)，用于调整本申请所述装置对外接口的输入/输出信号，使之与温控软件接口信号的电气标准保持一致，所述电气标准包括LVTTL、LVDS, RS422 ;所述接插件采用高度小于15mm的排针，本申请所述装置中涉及的元器件高度均小于所述排针高度。
[0039]所述印刷电路板的长度小于等于60mm,宽度小于等于60mm,高小于等于15mm。本实用新型的模块布局充分权衡了面积、功耗等因素，力求在保证功能的基础上达到面积和功耗的最大优化。
[0040]如图4所示，本实施例中被测温控软件通信协议为UART、外部物理接口为标准RS422接口，连接电缆的信号线序关系确定为:10_1_P连接RX_1_P，10_1_N连接RX_1_N，10_2_P 连接 RX_2_P，10_2_N 连接 RX_2_N。
[0041]本实施例的各模块核心器件选型为:FPGA芯片模块I采用的器件型号为CycloneEP1C3T144C8N，供电模块2的供电接口采用Micro-USB标准接口，电源芯片型号分别为AMS1117-1.5和AMS1117-3.3，所述程序配置模块3采用配置芯片，配置芯片型号为EPCS1N，频率发生模块4采用25MHz的表贴晶振，参数存储模块5采用存储芯片，存储芯片的型号为IS61WV5128BLL，所述接口调理模块6的电平转换芯片采用MAX3030E(信号发送)和MAX3094E (信号接收)，与外部的接插件7采用高度小于150mm的排针，电缆采用SCS1-320MB型电缆(外加屏蔽层)。
[0042]基于本申请所述装置的一种嵌入式软件温控模块测试方法，包括以下步骤:
[0043]步骤1、分析温控模块的设计方法及硬件实施结构，明确温控模块所采用的接口通信协议(SPI或UART或EMIF)、及其硬件实施所采用的接口电气标准(LVTTL或LVDS或RS422)；
[0044]步骤2、根据温控模块的硬件接口电气标准，确定FPGA运行所需的芯片管脚配置信息，并制备一根连接温控模块硬件接口与本申请所述装置外部接口的通信电缆；
[0045]步骤3、根据温控模块的接口通信协议，设计实现FPGA中温控模块通信协议管理逻辑，并根据具体测试策略设计实现温控构造参数生成逻辑、或真实环境典型参数调用转发逻辑，当选用真实环境典型参数做为测试模拟数据时，需先将数据烧写至参数存储模块中；
[0046]步骤4、通信电缆连接、FPGA程序下载运行；
[0047]步骤5、从嵌入式软件的温控数据观测通道验证温控模块的运行正确性。
[0048]本实施例的主要器件功耗统计大致如下:FPGA芯片工作态功耗为156.26mW，存储芯片工作态功耗为85mW，配置芯片在初始化配置过程中的功耗为46.2mW、配置完成后的功耗为0.165mW，电源芯片的最大功耗为1.2W。综合考虑装置上所有有源驱动元器件的运行情况，本实用新型正常工况下的总功耗估值在2W?3W之间。本实施例已在航天某型号嵌入式软件测试项目中参与完成了温控相关功能的连续25小时运行测试，效果良好。
[0049]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，其特征在于，包括印刷电路板及固定于印刷电路板上的FPGA芯片模块、程序配置模块、频率发生模块、参数存储模块、接口调理模块和供电模块； 所述程序配置模块、频率发生模块、参数存储模块和接口调理模块均与所述FPGA芯片模块连接，所述供电模块与FPGA芯片模块、程序配置模块、频率发生模块、参数存储模块和接口调理模块连接。2.根据权利要求1所述一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，其特征在于，所述FPGA芯片模块固定于印刷电路板的核心位置，以FPGA芯片模块为中心划分四个区域，所述接口调理模块、供电模块、程序配置模块和参数存储模块分别固定于四个区域内，且均与FPGA芯片模块的管脚直接相连，将其分别放置于FPGA相关管脚对应的区域。3.根据权利要求2所述一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，其特征在于，所述四个区域分别位于FPGA芯片模块左上角的的第一区域、右侧的第二区域、正下方的第三区域和左下角的第四区域。4.根据权利要求3所述一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，其特征在于，所述供电模块位于第二区域内，包括依次连接的供电接口、电源芯片及复位电路，且均置于印刷电路板顶层。5.根据权利要求4所述一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，其特征在于，所述供电接口采用符合USB2.0标准的M i cro-USB接口。6.根据权利要求3所述一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，其特征在于，所述程序配置模块位于第三区域内，包括下载接口和PROM芯片，均置于印刷电路板顶层。7.根据权利要求3所述一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，其特征在于，所述频率发生模块置于印刷电路板底层，与FPGA芯片模块的位置对应，且距离供电模块第一预定距离，距离FPGA芯片模块的全局时钟引脚第二预定距离，第一预定距离大于第二预定距离。8.根据权利要求3所述一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，其特征在于，所述参数存储模块位于第四区域内，包括两片FLASH存储芯片，分别置于印刷电路板的顶层和底层O9.根据权利要求3所述一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，其特征在于，所述接口调理模块位于第一区域内，包括电平转换芯片和接插件，所述电平转换芯片置于印刷电路板底层，所述接插件置于电路板顶层，所述接插件采用高度小于15mm的排针。10.根据权利要求1所述一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，其特征在于，所述印刷电路板的长度小于等于60mm,宽度小于等于60mm,高小于等于15mm。
【专利摘要】本实用新型涉及一种嵌入式软件温控模块辅助测试装置，包括印刷电路板及固定于印刷电路板上的FPGA芯片模块、程序配置模块、频率发生模块、参数存储模块、接口调理模块和供电模块；所述程序配置模块、频率发生模块、参数存储模块和接口调理模块均与所述FPGA芯片模块连接，所述供电模块与FPGA芯片模块、程序配置模块、频率发生模块、参数存储模块和接口调理模块连接。本实用新型可实现与嵌入式软件温控功能模块的实时交互，支持测试用构造参数和真实环境典型参数两种数据模拟生成方式，本实用新型中的显著功耗器件仅为FPGA芯片，故功率消耗比传统的测试系统少，且尺寸小、功耗低、配置灵活、易于部署，结构简单、成本较低、功能复用性强。
【IPC分类】G06F9/455
【公开号】CN204650506
【申请号】CN201520407201
【发明人】张弢, 孔璐, 马云云, 王金波
【申请人】中国科学院空间应用工程与技术中心
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月12日
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