System Design of a Common Circuit Board of Ground Test Instrument for Payload Data Handling System
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摘要: 地面检测设备用于对载荷管理器的功能和性能进行检测，是载荷管理器研发中的重要保障设备。由于不同型号任务中载荷硬件接口和软件协议差异较大，载荷管理器地检的通用性一直是地检设备的设计难点。提出了一种面向星上设备，尤其是载荷管理器的基于配置文件的通用地面检测设备测试板卡设计。针对不同任务中载荷管理器电接口的物理层约定、通信机制和遥测遥控不同的难题，采用软件配置和硬件可重构的方法实现板卡硬件的通用设计。针对不同任务的科学数据和总线协议数据格式不同的难题，采用基于序列解析的数据包生成方法和超时接收方法实现软件协议、数据格式可配置。通过测试验证了所提出的通用地检测试板卡设计的可行性和通用性。Abstract: Ground Test Instrument (hereinafter referred to as GTI) tests the function and performance of a payload data handling system, and is an important support equipment in the design of a satellite’s payload data handling system (hereinafter referred to as PHDS). Due to the great differences in the payloads’ hardware interfaces and software protocols among different satellites, versatility has always been a problem for the design of a ground test instrument for PHDS. A common GTI circuit board design based on configuration files is proposed for on-board products, especially PHDS. To solve the problem of the difference in physical layer interfaces, communication mechanisms among different PHDS’s electrical interfaces of different tasks, methods of software configuration and hardware reconfiguration are adopted in the hardware design of common test board. In view of the difference in the formats of scientific data and data bus protocol in different tasks, the GTI’s software protocol and data format can be configurable by using the packet generation method based on sequence parsing and timeout reception method. Finally, the feasibility and versatility of the design of the common test board proposed in this paper are verified through the test.
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Key words:
- Ground test instrument /
- Payload data handling system /
- Common design /
- Reconfigurable
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图 3 基于拨码开关/跳线的硬件可重构设计
Figure 3. Hardware reconfigurable design based on dial switch/jumper
图 5 某两个任务型号科学数据的数据格式对比
Figure 5. Data format comparison of scientific data of two task models
表 1 通用地检测试板卡硬件接口
Table 1. Hardware interface of ground testing board
类别 功能 数量 可配置设计 模拟平台接口 OC指令控制 14路 14路OC，其中6路可配置成正电压模式 遥测采集 32路 每路AD为16位精度 秒脉冲产生 2路 每路PPS输出可以精确控制PPS信号的占空比和单次脉冲的时间，误差不超过50 ns 科学数据接收 16路 硬件上16路LVDS和16路RS422，每路科学数据可配成RS422、三线制LVDS和单线制LVDS 模拟载荷接口 载荷总线响应 20路 每路命令工参支持全双工和半双工的RS422，RS422的可配置项与科学数据接收相同 科学数据发送 20路 20路RS422和20路LVDS，硬件、软件配置与科学数据接收相同 载荷模拟量产生 256路 可输出0～5 V的电压 OC指令接收检测 96路 可以精确测量OC输入信号有效电平的时间和次数，误差不超过100 ns，且支持高电平有效和低电平有效 秒脉冲接收 2路 接收检测秒脉冲 GPIO接口 32路 32路GPI和GPO PWM输出 16路 可以精确控制脉冲周期、脉冲宽度和脉冲前沿，误差不超过50 ns 
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表 2 字段的抽象表示
Table 2. Abstract representation of fields
编码字段 编码 原始字段 固定字节 0x0 包同步码 版本号 包标识 载荷标识 校验字节 0x1 CRC 校验和 填充字节 0x2 有效数据 科学数据 时间码字节 0x3 时间码 计数字节 0x4 包序列计数 分组标识 包计数
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表 3 科学数据报文实例
Table 3. Example of scientific data message
字节内容 取值 编码 包头标识 0xEB 0x0 0x90 0x0 载荷标识 0x44 0x0 包计数 从0x4000开始计数至0x7FFF 0x2 0x2 有效数据字节数 有效数据字节数减1 0x0 时间码 高4字节
填入秒域
低2字节
填入毫秒域0x3 0x3 0x3 0x3 0x3 0x3 有效数据1 随机数
随机数
随机数
随机数0x2 有效数据2 0x2 有效数据3 0x2 有效数据4 0x2 累加和（高字节） 0x1 累加和（低字节） 0x1
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表 4 板卡传输接口测试例程
Table 4. Test routine of board transmission interface
接口 测试项 UART
（RS422/RS485）波特率
/（bit·s–1）奇偶校验位 停止位 数据位宽
/（bit）115200 奇校验 1位 8 115200 偶校验 2位 7 921600 奇校验 1.5位 8 921600 偶校验 2位 8 921600 偶校验 1位 8 PCM
（三线制LVDS）线速率
/（Mbit·s–1）使能有效电平 边沿对齐方式 1 低电平 上升沿 6 高电平 上升沿 12 低电平 下降沿 7 高电平 下降沿 8B/10B
（单线制LVDS）线速率
/（Mbit·s–1）同步码 10 K28.5 20 K28.0 1 K28.1
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表 5 科学数据
Table 5. Scientific data
参数名称 接收值 实际值 包同步码 E5 E5 50 50 包标识 02 02 42 42 包序控制 80 自0x8000
逐包自增00 包数据域长度 00 00 07 07 时间码 00 2字节秒 01 00 2字节毫秒 00 00 2字节纳秒 07 有效数据 0A 0A BD BD 校验和 02 全部参数的累加和 CF
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表 6 指令正确应答数据包
Table 6. Response packet when command packet is correct
参数名称 接收值 实际值 包头标识 EA EA 50 50 载荷标识 07 07 应答码 F0 F0 F0 F0 包数据域长度 00 00 07 07 时间码 00 2字节秒 01 00 2字节毫秒 00 00 2字节纳秒 07 有效数据 1 A 1 A 24 24 校验和 03 全部参数的累加和 AC
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表 7 指令错误应答数据包
Table 7. Response packet when command packet is wrong
参数名称 接收值 实际值 包头标识 EA EA 50 50 载荷标识 07 07 应答码 FF FF FF FF
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表 8 板卡功能接口测试例程
Table 8. Test routine of board function interface
接口 测试项 OC指令控制 有效电平 有效时间/ms 高电平有效 80 高电平有效 160 低电平有效 80 低电平有效 160 模拟量产生 电压/V 0.5 1.602 4.9218 1 1.836 3.3398 1.5 2.8125 1.3867 2 3.3007 0.3710 PWM输出 脉冲周期/s 脉冲宽度/ms 1（PPS） 500（PPS） 5 200 4 100
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