基于现场可编程芯片的总线类多功能模块是自动化测试系统的重要组成部分,目前市购的模块产品在实现的功能、通讯信号类型、测量项目、精度及速度等方面都具有很大局限性。本文的目的是为某航天科技集团研制CPCI多功能模块,同时开发配套测试软件,实现模块的硬件设计、固件设计、软件设计及驱动开发,研制的模块具备对多通道数字量信号的高精度、多项目的自动测量能力,又可生成参数可设的光准直信号、准直好信号和特定频率脉冲,还能控制RS-422通讯。本文采用成熟的CPCI工业计算机总线作为系统总线,在3U标准尺寸的CPCI板卡上以高集成的Altera的Cylone系列FPGA为控制核心,主要集成了26路测量通道,6路RS-422通讯,D/A转换生成光准直信号的电路单元,驱动外部的准直好信号输出通道等。板卡上各部分功能电路设计了多种方案,自主设计了无需切换电路的宽调幅信号预处理电路,进行了测量通道之间、模拟与数字电路之间的有效隔离,优化电路结构和性能。硬件控制上,通过在FPGA上搭建SOPC系统,Verilog编程设计多个功能模块的逻辑构件,由Avalon总线实现处理器和各IP核的的互联,并设计多种通讯资源的数据管理机制。其中,针对模块高精度的时间间隔、频率等测量功能,采用测量闸门同步待测信号边沿的测量方法及合适的数据处理方法;对于光准直信号需求的参数可设的多种波形,采用DDS技术设计控制D/A转换输出正弦波、方波及直流;对于RS-422通讯按UART协议设计IP核来控制信号传输。软件设计包括Nios II软件和上位机软件,Nios II中应用程序负责完成指令的处理以及浮点数的计算;针对测试系统中上位机移植的Windows操作系统,在Labwindows/CVI平台下进行了软件开发,包括软面板和应用程序,并利用NI VISA开发了配套的底层驱动;针对模块应用时上位机采用的中标麒麟操作系统,也开发了相应驱动程序。系统测试表明本文研制的CPCI多功能模块可以运行稳定,满足项目需求的各项功能,技术指标均满足要求。本文研制的CPCI多功能模块具有灵活性和IP核的可移植性,不仅对小型化、灵活化、多功能化的模块设计具有实际应用价值,也在相关集成电路的设计领域具有参考价值。