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第38章 第一次系统联调

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Vdb-1.0总线控制器在仿真层面的成功,无疑是一剂强心针。但陈北玄深知,仿真是理想化的沙盘推演,真正的考验在于将代码转化为实实在在的硬件,并让这些硬件部件能够协同工作。他决定,启动研发中心的第一次多系统联合调试。

联调的目标,是构建一个“麒麟”项目电子系统的微型验证平台。这个平台包括:

1. 主控节点: 由一片承载着Vdb-1.0总线控制器FpGA代码的Epm5064芯片担任,模拟未来战车上的中央处理单元。

2. 传感器节点: 使用一块Ex评估板进行改造,模拟炮塔姿态传感器,通过Vdb-1.0总线周期性地向上报告模拟的姿态数据(俯仰角、横滚角)。

3. 执行器节点: 同样使用一片Epm5064(需要另一片芯片),模拟火炮稳定器的控制器,接收主控节点发送的瞄准指令,并驱动一个小型舵机(从废弃航模上拆下来的)进行摆动,模拟炮塔的随动。

这个微型平台看似简单,却涵盖了未来真实系统中数据采集、指令下发、动作执行的基本闭环。联调的核心,就是验证Vdb-1.0总线协议在实际硬件上的可行性、稳定性和实时性。

硬件搭建的过程依旧充满了“手工”痕迹。三块电路板(主控板、传感器板、执行器板)通过杜邦线飞线连接,总线物理层采用陈北玄指定的差分信号标准(使用RS-485驱动芯片),电源则由几个笨重的线性稳压电源模块提供。整个平台布满了电线,看起来杂乱无章,却凝聚着电子实验室数月来的心血。

第一次上电测试,就给了他们一个下马威。

接通电源的瞬间,执行器板上的FpGA芯片冒出了一缕青烟,伴随着一股焦糊味——电源接反了!一片宝贵的Epm5064瞬间烧毁。

实验室里一片死寂。小张看着那烧毁的芯片,脸色煞白,嘴唇哆嗦着说不出话。这片芯片是他们费尽千辛万苦才弄到的。

“是我的错,我检查线路不仔细。”小张的声音带着哭腔。

陈北玄没有责怪,他冷静地拔掉电源,仔细检查了线路。“记住这个教训,电子系统,细节决定成败,尤其是电源和接地。”他拍了拍小张的肩膀,“芯片烧了可以再想办法,经验教训更宝贵。重新来,这次我们加倍仔细。”

他们花了半天时间,重新焊接了一块执行器板,反复检查了所有电源线和信号线的连接。第二次上电,所有指示灯正常点亮,没有异常。

接下来是加载程序。将编译好的 .pof 文件分别下载到三片FpGA芯片中。过程还算顺利。

真正的挑战在于让这三个节点“对话”。他们编写了简单的测试脚本:传感器节点每隔100毫秒发送一次模拟的姿态数据;主控节点接收到数据后,进行简单的比例运算,生成舵机控制指令,发送给执行器节点;执行器节点解析指令,驱动舵机转动相应角度。

启动系统。

示波器接在总线差分线上,屏幕上应该出现规律的数据帧波形。然而,波形杂乱无章,充满了毛刺和畸变。舵机纹丝不动。

“总线通信失败。”小李盯着示波器,沮丧地说。

问题排查开始了。这比单纯的代码调试更加困难,因为它涉及到硬件(信号完整性、阻抗匹配、电磁干扰)和软件(协议实现、时序同步)的交叉影响。

他们首先怀疑是信号完整性问题。总线布线过长,杜邦线引入的寄生电感和电容可能导致信号边沿退化。他们缩短了走线,在总线两端加上了终端匹配电阻,情况稍有改善,但通信依然不稳定。

接着检查代码时序。FpGA内部的时钟是由外部晶振提供的,是否存在时钟偏移?他们调整了代码中的建立时间和保持时间约束,重新综合布局布线。

再次测试,示波器上的波形清晰了一些,但偶尔还是会出现帧错误。舵机偶尔会抽搐一下,但远未达到预期的平滑运动。

“是不是仲裁出了问题?多个节点同时发送?”小张提出疑问。

他们修改了测试脚本,让传感器节点和执行器节点错开发送时间。这次,通信成功率提高了,但实时性又无法保证。

问题似乎陷入了僵局。连续几天,他们都卡在这个环节。实验室里的气氛再次变得压抑。

陈北玄没有急躁,他让大家停下来,把所有可能的问题点都列在白板上,一个一个排除。他意识到,可能不仅仅是某一个单一问题,而是多个微小缺陷叠加起来的效果。

他决定采用最笨拙但最有效的方法——分段调试。先确保点对点通信(主控与传感器)的绝对稳定,再加入执行器节点。

他们调整了FpGA内部逻辑分析仪(他们用逻辑资源模拟的)的触发条件,捕获每一次通信失败的瞬间,分析数据帧的结构和错误状态寄存器的值。

终于,在一个深夜,他们发现了一个极其隐蔽的问题:在主控节点的接收状态机中,有一个状态在特定条件下,会遗漏对某个标志位的清零,导致下一次接收时出现错位。这个bug在仿真中由于测试用例覆盖不全,没有被发现。

修改代码,重新下载。

再次启动系统。

这一次,示波器上的差分信号波形清晰、稳定,数据帧间隔均匀。传感器板上的指示灯规律闪烁,表示数据在持续发送。

最关键的是,那个小小的舵机,开始随着主控节点发出的指令,平稳而精确地左右摆动起来!它忠实地复现着模拟的瞄准指令!

“成功了!联调成功了!”小李指着那平稳运转的舵机,激动地大喊。

小张也长舒一口气,瘫坐在椅子上,脸上露出了如释重负的笑容。

陈北玄看着那协调运作的微型系统,心中涌起一股巨大的成就感。这不仅仅是一次技术上的成功,更是一个体系上的突破。它证明了,他们有能力设计核心的通信协议,有能力用FpGA实现复杂的控制逻辑,有能力将不同的电子模块整合成一个有机的整体。

这个由杂乱的飞线和简陋电路板搭建起来的平台,仿佛就是未来“麒麟”战车那强大电子神经系统的雏形。第一次系统联调的成功,标志着719厂研发中心,已经初步具备了独立开发复杂车辆电子系统的能力。一条充满光明的道路,就在他们的脚下,清晰地延伸开来。

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