1引言

邏輯分析儀的測試對象是數(shù)字系統(tǒng)中的數(shù)字信息[1]。為了滿足現(xiàn)代數(shù)據域的檢測要求，邏輯分析儀應具有高的采樣速率和足夠多的輸入通道。本文基于虛擬儀器的概念，主要論述以PC586為基礎400MHz/102通道邏輯分析儀設計原理和方法，重點闡述系統(tǒng)控制電路設計和系統(tǒng)軟件設計。

2虛擬邏輯分析儀體系結構

圖1為PC環(huán)境下的400MHz/102通道虛擬邏輯分析儀控制與采集系統(tǒng)總體構成原理框圖，主要包括數(shù)據采集、探頭、觸發(fā)跟蹤、時序變換與生成，測試接口等部分。該系統(tǒng)輸入采集由3個模塊構成，每個模塊有32個數(shù)據通道（另附加2個時鐘通道），采用完全相同的功能結構。第3個模塊附加了時鐘輸入與輸出、控制等功能。采用該結構的主要原因，一是避免主采集板過大，元件過密造成散熱方面的困難（因高速工作的器件較多），二是系統(tǒng)結構靈活，可以根據需要選32、64、96路組態(tài)方式。

該邏輯分析儀的控制和管理、數(shù)據處理以及數(shù)據顯示盧內嵌計算機完成。因此，系統(tǒng)硬件的設計主要集中在高速數(shù)據捕獲以及與微機的接口，而軟件設計主要在系統(tǒng)管理、數(shù)據的后處理及數(shù)據顯示。

圖1 400MHz/102通道虛擬邏輯分析儀原理框圖

3系統(tǒng)硬件設計

400MHz/102通道虛擬邏輯分析儀中的高速數(shù)據捕獲是由控制電路完成觸發(fā)控制、數(shù)據存取控制而實現(xiàn)的，控制電路同時實現(xiàn)與微計算機的接口。

3.1數(shù)據存儲原理

作狀態(tài)分析時，邏輯分析儀與被測系統(tǒng)同步工作。為了使存儲器存儲的狀態(tài)數(shù)據與被測系統(tǒng)運行的數(shù)據流一致，則應滿足：

DATA*/FWEN=f(sclk,trw,dtc)*data(1)

式(1)中，DATA為邏輯分析儀存儲的數(shù)據；/FWEN為邏輯分析儀主要存儲器FIFO的寫使能控制；sclk為狀態(tài)(外部)時鐘；trw為觸發(fā)字；dtc為數(shù)據控制；data為被測系統(tǒng)數(shù)據。由式(1)知下式：

DATA=data(2)

成立的條件是/FWEN信號與sclk、trw、dtc信號必須符合嚴格的關系。根據數(shù)字系統(tǒng)可測性設計中可控性理論，應用CAMFLOT[2]法(Computer Aided Measure For Logic Testability)，有：

式(3)~(4)中，CY為可控程度，其值ε(0,1)；CTF為可控傳遞因子；N(0)、N(1)為在電路輸入端加所有不同輸入值時，電路輸出端出現(xiàn)“0”和“1”的總次數(shù)。由式(3)知，當可靠置位sclk、trw、dtc等控制信號，可計算出：

CY(/FWEN)=1(5)

即，/FWEN完全可控，從而保證DATA=data。

作定時分析時，邏輯分析儀與被測系統(tǒng)異步工作。此時，需滿足：

DATA*/FWEN=f(trw)*data (6)

同時取采樣頻率為被測系統(tǒng)工作頻率的5~10倍，即可有效存儲所需觀察的數(shù)據流，得到足夠的觀察范圍和滿意的時間分辨力。

3.2觸發(fā)控制實現(xiàn)原理

由數(shù)據存儲原理知，邏輯分析儀FIFO數(shù)據正確存儲的關鍵之一是對trw的控制，即通過觸發(fā)識別實現(xiàn)起始、終止、延遲(時鐘、事件)、隨機、序列、組合和限定等觸發(fā)控制。利用位存儲映射方法，采用高速EPLD[3]與觸發(fā)存儲器結合，設計的實現(xiàn)觸發(fā)控制的原理框圖如圖2所示。

圖2中，D0~Dmk-1為被測數(shù)據。觸發(fā)RAM數(shù)據位寬為n，地址寬度為k，個數(shù)為m，故可觀測的數(shù)據流的寬度為m·k。當k≥n時，最大序列觸發(fā)或組合觸發(fā)識別級數(shù)L為：
L≦2n-1(7)

圖2 觸發(fā)控制實現(xiàn)原理框圖

4系統(tǒng)軟件設計

利用圖像界面操作系統(tǒng)Windows和以Windows為基礎的可視化程序設計平臺C++Builder，軟件由15個窗體加5個單元文件組成，各主要窗體之間的關系如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件各窗體及相互關系

5結束語

邏輯分析儀結構復雜，技術要求高。本文所述的基于虛擬儀器概念的設計思想和方法，因部分硬件功能軟化而使硬件電路大為簡化，同時采用了EPLD器件，從而降低了儀器成本，提高了儀器的可靠性和性能，且功能易于擴展。400MHz/102通道邏輯分析儀已于2000年12月28日通過了信息產業(yè)部軍工預研局主持的技術鑒定。