航天测控基于ATCA的高性能测试系统架构

　　二、基于ATCA的测试系统架构
　　ATCA标准包括核心核心规范和辅助规范，ATCA核心规范即PICMG 3.0，核心规范中定义了机械结构、电源分配、散热管理和系统管理。各自的电气连结和数据传输的拓扑结构因基于特定传输的需求而不尽相同。ATCA的所有传输模式都是构架在高可靠度的系统之上，故不会因为单点故障而导致传输的瘫痪。多传输模式的选择使得控制和数据传输分离, 而每种传输类型又可被区分为单个独立的传输。

图2 PCI-E协议体系结构

辅助规范PICMG 3.1- PICMG 3.5定义了点对点之间连接的协议，其中PICMG 3.1是千兆以太网和光纤传输，PICMG 3.2是InfiniBand传输，PICMG 3.3是StarFabric传输，PICMG 3.4是PCI-E传输，PIC3.5是RapidIO传输。辅助规范中除了PICMG 3.1包括ISO定义的7层协议，其它可视为3层体系结构，即物理层、数据链路层和事务层。物理层采用低电压差分信号LVDS，为了平衡直流分量和减少EMI，物理层采用8b/10b编码，因为辅助规范的物理层相同，因此同一个ATCA机箱中可插入支持不同辅助规范的功能刀片。图2给出了PICMG 3.4即PCI-E协议体系架构。
　　传统的VXI、PXI测试总线基于共享总线结构，而ATCA基于高级交换框架结构，技术上的革新导致了数据吞吐量和数据传输的实时性都有不同等级的提升。传统的测试系统通常由控制计算机（控制器）、零槽控制器和多个模块化仪器组成。ATCA系统基于交换架构，控制器和模块化仪器之间通过交换刀片交互数据，另外，模块化仪器之间也可以通过交换刀片交互数据，从组件在测试系统中充当的角色来看，ATCA中交换刀片的作用类似于传统测试系统中的零槽控制器。图3给出了基于双星型互连的ATCA测试系统架构。

图3 基于双星型互连的ATCA拓扑结构

图4 基于全网状互连的ATCA拓扑结构

交换架构除了双星型外，还可采用全网状互连，其拓扑结构如图4所示。全网状互连增加了数据交换的带宽，但增加了测试系统实现的复杂度和成本，另外测试系统的数据交换吞吐量需求要低于电信应用，因此双星型互连的拓扑结构非常适合测试系统应用。

图5 基于ATCA架构的测试系统应用示例

图5给出了一个典型的基于ATCA架构的测试系统，刀片互连拓扑结构为双星型，系统中包括2个交换刀片、1个处理器刀片、4个数字化仪刀片和2个高速存储刀片。处理器刀片通常由多个Intel处理器组成，以增加多任务处理性能，平台软件运行于处理器刀片上。交换刀片是ATCA的核心所在，应承载ATCA的一个辅助规范，交换刀片能够提供不同的质量服务等级Qos，以满足实时业务（如图像、语音业务）的数据交换需求。

综上，ATCA体现了开放式、标准化、模块化、可扩展、可重构的设计理念，ATCA的灵活性、稳定性、互操作性、可管理性以及计算性能都有不同等级的得到提升。它的采用使自动测试系统技术进入一个崭新阶段，完全解决了高速测试领域和相关军事应用领域的数据传输瓶颈问题，因此开展此项技术研究能够进一步推动国防工业试验与测试技术发展，能解决未来型号对试验与测试技术的高速传输要求及电子战技术所需I/O技术，从根本上解决航天器和武器装备测试系统控制、通信、数据传输、存贮、处理等应用需求。