星载FPGA可配置通用测试系统、方法、设备和介质

本发明涉及星载fpga地面验证平台，具体地，涉及一种星载fpga可配置通用测试系统、方法、设备和介质。

背景技术：

1、针对星载fpga的测试方案，目前基于仿真测试较多，而市场上此类硬件验证平台较少，且同类方案的缺陷存在以下几个共性：

2、1、不具备快速构建能力

3、很多现有的硬件验证平台需要复杂的预配置过程，而实时配置能力较弱，导致改变测试要求时需要进行复杂的配置修改，或者耗费大量时间物理改变硬件配置，因此导致测试环境的构建时间很长，降低了测试效率。

4、2、定制化测试，可复用性和可扩展性弱

5、目前对于星载fpga的验证多采用集成固定硬件环境，针对特定的测试场景进行测试的方案，此时会针对特定的接口协议和设备进行硬件设计，对此使用了较为固定的硬件结构。受限于硬件资源的固定性，导致系统缺乏可复用性和可扩展性，因此在面对新的测试需求时往往需要耗费一定资源调整或直接换用其它系统，难以在原本基础上集成新的协议以多次使用，灵活性不强，且大大增加了开发的人力、物力成本。

6、3、缺乏多样的故障注入测试能力

7、由于星载fpga工作环境和功能的特殊性，对其故障恢复能力进行测试非常关键。但是其他验证平台对于生成故障注入激励的功能很少，尤其是对卫星通信过程中因电磁干扰造成的帧头移位、设备无响应等故障场景进行的模拟，因此对于被测件的故障恢复能力缺乏深入的测试。

8、4、自动化、自适应能力弱

9、星载fpga需对多种复杂协议展开测试，市场许多测试平台在配置和测试的自动化程度仍然有限，不能自动生成丰富的测试激励和故障注入功能，或者满足自动适应测试环境变化的需求，这意味着用户需要手动进行大量配置和调整，这不仅耗时而且容易出错，影响测试的准确性和效率。

10、5、用户操作难度高

11、市场上的测试平台普遍使用门槛较高，例如设置过程复杂、用户界面不够直观，或者需要对平台本身的内部架构具备深入的理解能力，这导致新用户的学习曲线会十分陡峭，从而增加用户的操作难度，也会降低测试效率。

12、综上所述，现有的硬件验证方案灵活性低，部分方案针对特定的测试场景构建集成的测试环境，硬件资源十分固定，当面临不同测试需求或集成新的测试协议时，需要进行显著修改甚至更换硬件设备，可复用程度低；另一部分非集成的方案无法模拟被测件外围运行的电路环境，导致对被测件的测试存在一些不可测的时序。同时，由于星载fpga在系统中的关键作用，其可靠性对于卫星任务的正常运行意义重大。由于太空环境的特殊性，以及卫星系统电磁环境的复杂程度，因此在地面对星载fpga的稳定性、故障恢复能力进行硬件测试十分有必要。目前市面上的验证平台对于数据传输中的故障模拟很少。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种星载fpga可配置通用测试系统、方法、设备和介质。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种星载fpga可配置通用测试系统，包括：硬件板卡和主机上位机；其中，所述硬件板卡搭载主芯片soc和外设，用于为被测件提供运行时的外围电路环境，并提供实时的测试激励和回传测试结果；所述上位机用于用户对测试进行配置、流程控制和结果显示。

3、优选地，所述硬件板卡通过可插拔接插件与被测件连接，通过所述外设和所述主芯片soc为被测件提供运行时的外围电路环境，产生实时测试激励，并回传测试结果；所述硬件板卡与所述主机上位机之间通过通用配置项协议进行通信。

4、优选地，所述通用配置项协议，包括：usb、uart和以太网。

5、优选地，所述主芯片soc，用于调节所述外设的工作模式，为被测件提供多种接口设备的测试场景；以及用于实时提供测试激励。

6、优选地，所述主芯片soc，包括：fpga单元和arm单元；其中：

7、所述fpga单元，包括：

8、测试环境控制模块，该模块用于管理测试环境中的整个测试流程，控制串行配置协议模块进行配置信息的传输及存储，控制故障注入模块生成多种测试激励，并反馈测试状态；

9、串行配置协议模块，该模块用于接收来自测试环境控制模块的配置命令，对协议接口模块和数据帧组装模块进行正确设置，设置测试激励的格式；

10、数据帧组装模块，该模块利用来自协议接口模块的信息和自身的配置，组装数据帧，并将数据帧发送给故障注入模块；该模块在生成测试激励时，利用fpga并行计算，对多个数据源进行计算，用于对数据帧中字段内容进行自动填充；

11、故障注入模块，该模块用于根据测试需求在数据帧中注入故障，并生成相应格式的数据帧激励，然后将测试激励发送到协议接口模块；

12、协议接口模块，该模块用于与外部系统交换信息，定义测试接口，向被测件发送数据，并接收反馈给测试环境控制模块；

13、所述arm单元，包括：

14、ui通信模块，该模块用于与主机上位机进行交互；

15、配置与控制模块，该模块用于接收来自ui通信模块的配置信息，管理系统设置和操作模式，控制数据处理模块和硬件抽象模块，对底层函数进行封装以及通过ui通信模块将接口数据与主机上位机交互，最终给用户提供封装好的接口，通过该接口对测试流程进行控制以及写入配置信息；

16、硬件抽象模块，该模块用于控制arm单元、fpga单元以及外界其他设备或网络的通信的最底层逻辑，为配置与控制模块提供硬件基础；

17、数据处理模块，该模块用于执行主要的数据处理功能，包括：对数据进行协议格式转换、数据缓存等，受内存管理模块控制，并与硬件抽象模块实现数据交互；

18、内存管理模块，该模块用于监督系统内存资源的分配、管理和优化；

19、监控模块，该模块用于监控arm单元的状态，收集相关信号用于触发警报并反馈给ui通信模块，最终呈现给用户。

20、优选地，所述设置测试激励的格式，包括：数据帧的字段数目、各字段长度、字段偏移以及字段类型，其中字段类型为后续实现数据帧中部分字段内容的自适应填充提供了基础。

21、优选地，所述主机上位机，包括：

22、用户界面模块，该模块用于提供用户与系统交互的界面；

23、输入处理模块，该模块用于处理来自用户界面的输入，并将输入翻译成可执行的命令或队列，通过命令执行模块进行后续处理；

24、命令执行模块，用于从输入处理模块接收经过处理和验证的命令执行操作，将执行结果、数据或状态信息发送到反馈与输出模块，并与配置管理模块交互进行系统设置；

25、配置管理模块，用于接收来自命令执行模块的指令，以根据用户命令更改系统设置，并将更新后的配置信息发送到反馈与输出模块，以确认更改或向用户显示新设置；

26、反馈与输出模块，用于接收来自命令执行模块的结果、消息或数据，和来自配置管理模块的配置确认信息，以及来自arm单元传递的测试结果信息，将信息反馈到用户界面模块向用户显示反馈、结果或系统状态。

27、根据本发明的另一个方面，提供了一种基于本发明上述中任一项所述的星载fpga可配置通用测试系统实施的测试方法，采用所述系统对星载fpga进行测试。

28、根据本发明的第三个方面，提供了一种计算机终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行该计算机程序时可用于运行本发明上述中任一项所述的系统。

29、根据本发明的第四个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时可用于运行本发明上述中任一项所述的系统。

30、由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下至少一项的有益效果：

31、本发明通过搭载soc芯片和其他外设的硬件板卡，利用可插拔的接插件与搭载被测件的母卡相连，为被测件提供卫星常用通信协议的设备接口，可以模拟被测件的外围电路运行状况，包括复杂的航天硬件系统和传感器网络，有效提高测试的灵活性和准确性，从而对被测件功能进行预测试和故障诊断，降低航天任务风险。

32、本发明采用的硬件板卡还可以为被测件实时提供测试激励，并回传测试结果进行显示，依靠通用的配置项协议和实时配置方案，可以快速实现多种定制格式的测试激励，为卫星通信系统提供端到端的测试和验证方案，特别适用于在设计和开发阶段，对卫星的数据传输、信号处理功能进行全面测试，加快整星研制进程。

33、本发明利用多种故障注入模式，可以模拟由于复杂的电磁环境引起的数据帧传输故障，例如帧头移位、帧头重复、决策字段错误或者校验错误等，此外，还可以通过调整测试激励的发送间隔进行流量测试等，因此可以对星载fpga进行深入的故障恢复能力的测试，有效排查卫星运行的隐患。

34、本发明由上位机、板卡搭载的芯片构成一套配置链来实现，可以在不修改硬件资源的前提下，实时生成需求格式的数据帧激励，并进行故障注入测试。配置信息涵盖了多种角度，例如设备类型、接口协议、数据协议、故障类型等，使其能够根据上位机的配置信息快速搭建相应的测试环境，能够极大减少测试前期准备的耗时。星载fpga的测试需求十分灵活，且版本迭代次数多，快速构建能力能够使得测试构建和调整时间大大减少，提高测试效率。

35、本发明采用可插拔的方案，使得硬件灵活度高。通过不同外设板卡的组合，可以为被测件提供多种外围设备，例如卫星通信中常用的can、lvds、1553b等。与传统针对特定应用构建的测试环境相比，该验证平台可以反复应用于多种型号任务的测试中，且易于集成新的协议，具备可扩展性。

36、本发明基于硬件板卡开发，基于通用的配置项协议和可复用模块设计，将配置信息、测试数据具体内容与系统内部数据交互解耦，因此具备良好的通用性，可以灵活调整以支持多种数据协议和测试场景。

37、本发明在进行逻辑开发时，引入高层次语言进行可扩展模块设计，对于多人协同开发测试环境以及未来对系统的维护更加便利。

38、本发明采用硬件板卡搭载外设和soc芯片，直接为被测件提供外围运行电路环境，且通过可插拔的方案，不仅增加了硬件的灵活度，也可以将被测件与外围设备进行更好的隔离，方便定位问题，增加逻辑可测性。

39、本发明在生成测试激励时，板载soc可以根据上位机实时提供的配置信息—字段类型，对激励中的部分字段进行自适应填充功能。利用fpga的并行计算能力，soc可以同时对填充测试激励的多个数据源进行计算，从而实时生成所需要的数据。

40、本发明在硬件板卡上集成开发，使得硬件板卡可以根据上位机的配置信息，提供具有灵活帧结构的测试激励，并支持多种常见的故障注入测试和性能测试，验证场景十分丰富；利用可插拔硬件板卡的方案，并根据不同的设备的交互需求，选择搭载不同芯片的板卡模拟被测件运行的外围环境，尤其是对于一些常用但使用芯片较难模拟的设备，例如存储器等，以此满足多种接口协议测试的需要；板卡还可以对功能芯片的工作模式进行调节，以适配丰富的场景。

41、本发明对系统进行封装，最终在上位机呈现给用户简便操作的界面，为用户提供配置信息和地址的写入接口，以及测试的流控按钮等，而内部的协议和数据交互过程均集成为一套开发者环境。用户通过简单的步骤即可自动生成丰富的测试激励和故障注入功能，通过降低平台的使用门槛，减小了平台的操作难度，有效提升测试效率。