基于XCR3256的低功耗存储测试器研究设计
0 引言
在各类飞行器系统的科研过程中，对动态数据的测试通常有两种方式：一是无线电遥测法，二是利用专用传输线检测飞行器工作状态。然而，当飞行系统再入大气等离子中断区或者在水下时，则无法及时动态获得系统状态信息。该存储测试器，即黑匣子[1]，即可在例如以上的恶劣环境中实时采集飞行器各种状态信息，并把采集到的数据按照一定的数据格式存储起来，事后再现飞行器在盲区的工作状态。该存储测试器为诸如上述测试过程中的故障模型建立及分析提供了重要依据。
随着科学技术的不断发展，元器件集成更多功能，对测试的要求，除了智能化、存储容量大、安全可靠等之外，对测试设备小型化及低功耗的要求也持续增长。低功耗目标的实现须从电子器件的开发到终端产品的设计各个环节中得到落实。
1 系统设计及工作原理
存储测试器是一个有机的整体,它同时与被测系统又有信息交换。因此,其各个相关的系统必须互相匹配、兼容,协调工作。在模块化设计中实现了时序匹配、阻抗匹配、精度匹配、动态范围匹配等。
1.1 系统设计
该数据存储测试器基于XCR3256主控，可实现采编存储重发功能，能够在指令控制下通过接口模块采集多形式种信号，经过数据处理将采集到的数据在帧、码同步信号指令作用下按照32×32的帧格式存储起来。系统框图见图1。
基于飞行器信号形式的多样性，输入接口设计中包括模拟量输入、422差分串行数字量输入以及并行数字量输入。针对以上输入数据进行的数据处理包括串行数据的光隔处理及串并转换，对模拟量的采样及A/D转换，最终生成并行数据，并在中心控制模块的控制下分别写入存储器。数据处理单元见图2。
当系统断电时，由于数据具有低功耗数据保持模块，可将先前存储来的数据保持下来，数据保持能力可达一年之久，再次上电可通过并行口、差分串行口或者高速USB口将数据读出。
图1 数据存储测试器结构图
图2 数据处理单元
1.2 工作原理
系统的工作状态主要有数据采集状态、数据存储状态、数据重发状态以及低功耗数据保持状态。数据存储状态与数据的采集状态并行，而重发状态可在数据存储期间中断存储状态进行，也可以通过判断帧计数来完成计满重发，重发数据前加特殊字字头以标示重发周期的开始。也可在上电之后直接重发，所有重发都可以实现循环重发。
图3 数据存储重发工作流程图
数据存储编帧实现方法：通过对存储命令，启动数据存储状态。帧同步信号共有2个，对应每一主帧最后两路的帧标识EB,90。在主帧中包括三路计数，分别为低计数，中计数和高计数。低计数决定副帧的长度，当低计数从00计到1F（十六进制，下同）时，低计数清零中计数进位，同时主帧的帧标识由 EB,90改写为14,6F（此时对应有副帧同步信号）,从而实现了32×32的全帧数据格式。中计数计到FF时清零高计数进位。可通过对帧计数是否连续的判断来鉴别数据的记录是否有丢数，错数。
对于每路副帧的数据格式安排如下：低计数为00，01时插入帧字头，计到1E，1F时记录当前中计数和高计数，中间的28帧记录系统中的各工作状态参数。全帧中同一位置为同一个参数的不同时刻的状态。
2 低功耗的实现方法
降低系统功耗的传统手段主要集中在硬件上, 如：选择低功耗器件、安排不同的供电回路等。然而，硬件只是一个平台，软件的作用不容忽视，总线上几乎每一个芯片的访问、每一个信号的翻转差不多都由软件控制，如果软件能减少外存的访问次数、及时响应中断等都将对降低功耗作出很大的贡献。
2.1 硬件
2.1.1 芯片级低功耗实现技术
在该设计中大部分器件如主控芯片、存储器、总线驱动器、FIFO等都是采用的CMOS、HMOS低功耗器件。
