PXI-7831R stand-alone application: implementazione di uno strumento generatore di trigger programmabile con RS-232 sulla scheda PXI-7831R utilizzata esternamente al cestello PXI

Author(s):
R. Chiarle - GALILEO AVIONICA

Industry:
ATE/Instrumentation, Aerospace/Avionics, Research, Government/Defense, Electronics

Products:
FPGA Module, LabVIEW, PXI/CompactPCI, Reconfigurable I/O

The Challenge:
Sviluppare uno strumento che generi dei trigger subordinati ad eventi e segnali provenienti da un apparato avionico denominato AFDC (Autopilot and Flight Direction Computer) utilizzati per effettuare delle misure sincronizzate. Tale strumento deve avere dimensioni ridotte, avere versatilità di configurazione dei trigger e la configurazione deve avvenire tramite linea seriale RS-232.

The Solution:
usare la scheda Reconfigurable I/O PXI-7831R in configurazione stand-alone installata all’interno dell’adattatore di interfaccia tra apparato e ATE. La scheda PXI-7831R viene inserita in un opportuno backplane, appositamente sviluppato, il quale ospita anche la scheda custom di configurazione (modalità stand-alone) ed interfaccia (livelli TTL, buffer seriale RS-232).

Introduzione
Lo strumento sviluppato riesce a generare un impulso di trigger su ognuna delle 6 uscite basandosi sull’occorrenza sequenziale di 5 particolari eventi: specifica word su uno dei tre bus da 6, 8 e 12 bit, fronti di salita o discesa provenienti da due multiplexer (implementati internamente), conteggio di un numero determinato di impulsi su un segnale, ritardo tra eventi e generazione del segnale di trigger.
La configurazione della sequenza di eventi che generano i trigger avviene tramite una linea seriale RS232.
Inoltre è stata implementata un’ulteriore linea seriale RS-232 di monitor che fornisce in uscita uno streaming di dati che rappresentano lo stato interno dello strumento.

Articolo
Per far funzionare la scheda PXI-7831R in modo stand-alone è necessario alimentarla con tensioni di +12Vdc, -12Vdc, +5 Vdc, +3.3 Vdc, fornire un clock di 14MHz ed impostare alcuni pull-up sul bus CompatPCI.
Visto il contesto in cui si doveva operare si è preferito realizzare un opportuno backplane che ha ospitato la scheda PXI-7831R e la scheda necessaria per il funzionamento stand-alone con la funzione di adattare alcuni livelli di tensione dei segnali d’ingresso (livelli TTL, buffer seriale RS-232). In oltre il backplane è usato come centro di smistamento segnali tra i connettori d’interfaccia dell’ATE e l’apparato sotto test (DUT) oltre ad ospitare un’ulteriore scheda usata per compiti di condizionamento di segnale distinti da quelli coinvolti dalla PXI-7831R (Vedi Figura 3).
Nella Figura 1 è riportato lo schema a blocchi semplificato della programmazione implementata nella PXI-7831R.
Le caratteristiche dell’FPGA nella scheda PXI-7831R hanno permesso di implementare uno strumento funzionante in Real Time rispetto alla DUT in grado di gestire in processi paralleli: due comunicazioni seriali e la generazione dei Trigger condizionati da eventi.
Per la configurazione dello strumento è stata implementata una linea seriale RS-232 funzionante senza controllo di flusso hardware in modo full duplex. La comunicazione avviene tramite pacchetti di 3 word da 1byte. I dati trasmessi su questa linea seriale sono interpretati secondo lo stato in cui si trova lo strumento: danno comandi o dati da memorizzare necessari alla configurazione dei blocchi elementari che gestiscono gli eventi per la generazione dei trigger. I dati in ricezione corrispondono rispettivamente all’echo del comando ricevuto nella trasmissione o ai dati richiesti da memorizzare.
Implementando la configurazione dello strumento con linea seriale RS 232 è stato possibile gestirlo attraverso la programmazione in C-ATLAS richiesto per la realizzazione del programma di test della DUT.
La seconda linea seriale RS-232 funziona solo in trasmissione, su questo canale è inviato ciclicamente uno streaming di 37 byte che riportano in tempo reale i dati dello stato e dei registi interni dello strumento; tre byte sono usati per il sincronismo. Nella Figura 2 è riportato il pannello di monitor sviluppato con LabView che interpreta lo streaming proveniente dalla seconda linea seriale dello strumento.
Tale linea, collegata ad un pc esterno, è stata necessaria per il debug dei test in C-ATLAS.

Funzionamento
Dando alimentazione alla scheda PXI-7831R e immediatamente dopo l’esecuzione del boot dello strumento, esso si pone nello stato “SM idle state” e si mette in attesa del comando che lo porterà in un preciso stato di funzionamento.
I comandi implementati e i rispettivi stati sono 4:
1. Program setup: in questo stato lo strumento riceve le configurazioni dei blocchetti elementari che gestiscono gli eventi per la generazione dei trigger. Qui i dati ricevuti dalla linea seriale sono messi in memoria.
2. Program read back: in questo stato è possibile interrogare singolarmente i dati presenti in memoria.
3. Setup and arm: in questo stato vengono caricati i dati in memoria nei registri che servono alla configurazione dei blocchi elementari che gestiscono gli eventi. Successivamente lo strumento sì posizione in uno stato di arm ed è pronto per funzione.
La generazione dei trigger secondo come configurato avviene continuamente in un periodo definito tra un comando di start dato attraverso un ingresso digitale (start_mis) e un comando di stop dato o attraverso un ingresso digitale (end_mis) o attraverso la linea seriale.
4. Clear memory: in questo stato è azzerata la memoria ed i registri.

Descrizione eventi di trigger
Lo strumento per generare i trigger controlla una successione programmata da 1 a 5 eventi. Gli eventi sono:
1. Conteggio di un numero determinato di impulsi su un segnale della DUT (MR).
2. Fronti di salita o discesa provenienti dal multiplexer MUX 2A
3. Fronti di salita o discesa provenienti dal multiplexer MUX 2B
4. Specifico dato presente su uno dei bus da 6, 8 e 12 bit (MUX 3)
5. Ritardo programmato tra la sequenza di eventi e l’impulso di trigger.
I 6 trigger a disposizione sono segnali costituiti da un impulso a logica positiva o negata di durata programmabile tra 1 e 99 us.
Il Mux 1 serve a dare la cadenza alla digital I/O presente nell’ATE o la memoria interna alla PXI-7831R quando si devono confrontare dinamicamente dati presenti sui vari bus della DUT (vedi evento evento 4).
L’uso della scheda PXI – 7831R, di LabView e del modulo FPGA è stata la soluzione ottimale per lo sviluppo e la programmazione di tale strumento necessario per l’implementazione di un prodotto custom come il test in automatico di un apparato avionico. La scheda PXI – 7831R si è rivelata, grazie alla sua versatilità, il prodotto in grado di risolvere problemi atipici che non hanno soluzioni commerciali dedicate.

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