多總線(xiàn)測(cè)試技術(shù)研究及應(yīng)用

李陽(yáng)

摘要：現(xiàn)階段大多數(shù)飛機(jī)均采用模塊化設(shè)計(jì)、模塊化制造、模塊化交付的原則，在每一架飛機(jī)的機(jī)載成品裝機(jī)之前，均進(jìn)行4個(gè)分系統(tǒng)的地面交付試驗(yàn)，以保證各部段功能和性能指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。4個(gè)系統(tǒng)均含有多種總線(xiàn)，系統(tǒng)總線(xiàn)比較復(fù)雜?，F(xiàn)設(shè)計(jì)一套通用的、集AFDX總線(xiàn)、HB6096總線(xiàn)、GJB289A總線(xiàn)、CAN總線(xiàn)測(cè)試為一體的總線(xiàn)測(cè)試設(shè)備具有重要意義，不僅能夠節(jié)約生產(chǎn)成本，更好的支持飛機(jī)各系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，同時(shí)還能為機(jī)載設(shè)備的故障定位提供可靠的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：多總線(xiàn)測(cè)試；CAN總線(xiàn)；數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類(lèi)號(hào)TN4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)2095-6363（2016）06-0216-02

1.測(cè)試系統(tǒng)與被測(cè)總線(xiàn)連接方式設(shè)計(jì)

多總線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的研制目的即監(jiān)控飛機(jī)各總線(xiàn)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，在不破壞飛機(jī)任何總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的情況下，同時(shí)不影響各個(gè)機(jī)載設(shè)備正常工作時(shí)，將總線(xiàn)監(jiān)控設(shè)備接入各總線(xiàn)當(dāng)中，與飛機(jī)上各總線(xiàn)接口兼容是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，此外防差錯(cuò)設(shè)計(jì)從結(jié)構(gòu)上消除了差錯(cuò)的可能性。由于各總線(xiàn)連接特性的不同，分別設(shè)計(jì)了以下4種的總線(xiàn)連接方式：

1）CAN總線(xiàn)連接方式。CAN總線(xiàn)是一種串行通訊總線(xiàn)，CAN中繼器是CAN總線(xiàn)系統(tǒng)組網(wǎng)的重要設(shè)備，在中繼器節(jié)點(diǎn)下面可以繼續(xù)接底層通訊測(cè)量節(jié)點(diǎn)，可以將該節(jié)點(diǎn)的另一組接口與遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)新的臨時(shí)CAN網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)子網(wǎng)報(bào)文數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)發(fā)。CAN總線(xiàn)信號(hào)在通過(guò)中繼器后，其強(qiáng)度將還原到初始狀態(tài)，增加了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)數(shù)量，同時(shí)也易于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展。該方案支持雙向數(shù)據(jù)傳輸。

2）GJB289A總線(xiàn)連接方式。目前G-JB289A數(shù)據(jù)總線(xiàn)系統(tǒng)基本都采用變壓器耦合方式。各終端均通過(guò)短截線(xiàn)和一個(gè)耦合變壓器來(lái)與主總線(xiàn)相連，其中主總線(xiàn)為整個(gè)總線(xiàn)的主干部分，短截線(xiàn)用于連接各終端的分支部分，要求所有的主總線(xiàn)與短截線(xiàn)均使用帶屏蔽的雙絞線(xiàn)，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。耦合變壓器是主總線(xiàn)與短截線(xiàn)的連接點(diǎn)，在主總線(xiàn)兩端的耦合器還需接入終止器。本文設(shè)計(jì)的多總線(xiàn)測(cè)試設(shè)備在GJB289A總線(xiàn)系統(tǒng)中充當(dāng)?shù)木褪强偩€(xiàn)監(jiān)控器（BM）角色。

3）AFDX總線(xiàn)連接方式。飛機(jī)中AFDX網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為星形結(jié)構(gòu)。交換機(jī)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，交換機(jī)通過(guò)接收總線(xiàn)數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)發(fā)總線(xiàn)數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)包從源端機(jī)載設(shè)備到目的端機(jī)載設(shè)備的傳輸，交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中執(zhí)行數(shù)據(jù)過(guò)濾功能，還對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行調(diào)度管理，防止網(wǎng)絡(luò)沖突造成的丟失數(shù)據(jù)和錯(cuò)誤數(shù)據(jù)現(xiàn)象；鏈路實(shí)現(xiàn)了帶寬資源的有效分配和隔離，是一個(gè)終端到另一個(gè)終端之間的單相邏輯路徑；終端為接入AFDX網(wǎng)絡(luò)中不同的機(jī)載設(shè)備。將多總線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)試端口與交換機(jī)的監(jiān)控端口通過(guò)特制電纜相連即完成了外部的電氣連接。測(cè)試過(guò)程包括以下5個(gè)步驟：第一，向交換機(jī)加載本次監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)所需要用的配置表，使交換機(jī)按照配置表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；第二，給交換機(jī)設(shè)置Pin值，讓交換機(jī)按按照位置獲取相應(yīng)的配置表然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)；第三，重啟交換機(jī)，使交換機(jī)的配置恢復(fù)有效；第四，向交換機(jī)發(fā)送驅(qū)動(dòng)離散量信號(hào)，使交換機(jī)對(duì)所收到的總線(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后通過(guò)監(jiān)控端口轉(zhuǎn)發(fā)至多總線(xiàn)測(cè)試設(shè)備；第五，分析監(jiān)控結(jié)果。

4）HB6096總線(xiàn)連接方式。HB6096總線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸是一種串行通信，數(shù)字信息通過(guò)一對(duì)單向、差分耦合、雙絞屏蔽線(xiàn)傳輸。對(duì)于HB6096總線(xiàn)連接方式的設(shè)計(jì)是在不影響飛機(jī)系統(tǒng)機(jī)載設(shè)備正常工作情況下，做該型總線(xiàn)的電連接器延長(zhǎng)線(xiàn)，在延長(zhǎng)線(xiàn)上分出兩組線(xiàn)與多總線(xiàn)監(jiān)控設(shè)備相連。

2.監(jiān)控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

多總線(xiàn)測(cè)試設(shè)備采用高密度組裝形式，由便攜式加固計(jì)算機(jī)、GJB289A總線(xiàn)測(cè)試板卡、HB6096總線(xiàn)測(cè)試板卡、CAN總線(xiàn)測(cè)試板卡、AFDX總線(xiàn)測(cè)試板卡五部分組成，各測(cè)試板卡通過(guò)PCI主橋與便攜式加固計(jì)算機(jī)的處理模塊FPGA之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

1）GJB289A總線(xiàn)測(cè)試板卡。G-JB289A總線(xiàn)測(cè)試板卡是一種智能化、通用化的多路傳輸總線(xiàn)通信接口，可以在同一時(shí)刻支持Bc（總線(xiàn)控制器）、32個(gè)RT（遠(yuǎn)程終端）、BM（總線(xiàn)監(jiān)控器）這3種總線(xiàn)終端，用戶(hù)可以在一張板卡上完成整個(gè)G-JB289A總線(xiàn)系統(tǒng)的仿真功能。在進(jìn)行總線(xiàn)監(jiān)控時(shí)，通常使用BM（總線(xiàn)監(jiān)控器）模式。BM模式提供了監(jiān)視和記錄所有消息的功能，包括消息的時(shí)間標(biāo)記和命令、數(shù)據(jù)、狀態(tài)的錯(cuò)誤信息，也可以過(guò)濾掉某些消息，過(guò)濾基于命令字處理模式。

2）ITB6096總線(xiàn)測(cè)試板卡。從系統(tǒng)的測(cè)試功能分析，HB6096總線(xiàn)測(cè)試板卡作為與HB6096總線(xiàn)數(shù)據(jù)的接口完成16位并行總線(xiàn)到HB6096串行總線(xiàn)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。HI 3582芯片是高性能COMS型HB6096專(zhuān)用接口芯片，F(xiàn)PGA根據(jù)Hl 3582芯片的接口特點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)Hl 3582完成ttB6096總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)讀、寫(xiě)操作，此外，HI 3582工作需要1MHz時(shí)鐘由FPGA產(chǎn)生。接口轉(zhuǎn)換電路有效的橋接了測(cè)試板卡內(nèi)部總線(xiàn)與主控計(jì)算機(jī)的PCI總線(xiàn)，起到了連接橋梁的作用。

3）CAN總線(xiàn)測(cè)試板卡。CAN總線(xiàn)測(cè)試板卡采用微控制器+CAN總線(xiàn)控制器+CAN總線(xiàn)收發(fā)器這種實(shí)現(xiàn)方式。其中微控制器進(jìn)行信號(hào)采樣、實(shí)時(shí)控制以及管理CAN總線(xiàn)通信等功能；CAN總線(xiàn)控制器主要實(shí)現(xiàn)CAN總線(xiàn)協(xié)議部分和與微控制器之間的電路接口；CAN總線(xiàn)收發(fā)器是CAN總線(xiàn)控制器和物理總線(xiàn)間必不可少的接口器件，也稱(chēng)總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器，兼容最新的CAN2.0A/B協(xié)議，接收CANH電平和CAN L電平，可以提供對(duì)總線(xiàn)的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接收能力。

4）AFDX總線(xiàn)測(cè)試板卡。類(lèi)似于以上3種測(cè)試板卡的硬件結(jié)構(gòu)，雙余度AFDX總線(xiàn)測(cè)試板卡的主要功能單元均在FPGA上實(shí)現(xiàn)。其中以太網(wǎng)接口是測(cè)試卡和物理網(wǎng)絡(luò)連接的接口，實(shí)現(xiàn)AFDX總線(xiàn)數(shù)據(jù)幀接收功能和發(fā)送功能；接口轉(zhuǎn)換電路是接口模塊測(cè)試卡和主機(jī)連接的接口，實(shí)現(xiàn)捕獲數(shù)據(jù)的上報(bào)功能和測(cè)試數(shù)據(jù)的下發(fā)功能；FPGA模塊實(shí)現(xiàn)AFDX協(xié)議特有的全部虛鏈路層功能如流量整形、虛鏈路調(diào)度、完整性檢查、冗余管理等；DPRAM模塊用于存儲(chǔ)發(fā)送虛鏈路和接收虛鏈路的數(shù)據(jù)、端系統(tǒng)的配置數(shù)據(jù)和端系統(tǒng)運(yùn)行需用到的其他數(shù)據(jù)。

3.監(jiān)控系統(tǒng)的軟件功能設(shè)計(jì)

總線(xiàn)監(jiān)控軟件在Windows xP操作系統(tǒng)下運(yùn)行，操作界面友好，使用方便。在總結(jié)了傳統(tǒng)單一總線(xiàn)監(jiān)控設(shè)備基本功能的優(yōu)勢(shì)與弊端后，并考慮實(shí)際應(yīng)用中對(duì)多總線(xiàn)監(jiān)控設(shè)備在功能上的特殊需求，設(shè)計(jì)了多總線(xiàn)監(jiān)控設(shè)備具備的主要功能。

1）通用功能：能夠支持ARINC429總線(xiàn)、AFDX總線(xiàn)、CAN總線(xiàn)、GJB289A總線(xiàn)協(xié)議，實(shí)時(shí)對(duì)多通道數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；2）數(shù)據(jù)的采集功能：按照在總線(xiàn)監(jiān)控設(shè)備上所配置的監(jiān)控方案截取總線(xiàn)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊，并下載保存，檢查系統(tǒng)交聯(lián)數(shù)據(jù)的正確性以及指令發(fā)送、響應(yīng)的正確性；3）數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解析功能：根據(jù)各型飛機(jī)接口控制文檔的相關(guān)信息將總線(xiàn)上監(jiān)控的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行物理意義上的解析，方便現(xiàn)場(chǎng)操作人員查看；4）存儲(chǔ)與回放功能：總線(xiàn)監(jiān)控設(shè)備在監(jiān)控各總線(xiàn)數(shù)據(jù)的同時(shí)保存所有監(jiān)控的數(shù)據(jù)，以報(bào)表的形式記錄至總線(xiàn)監(jiān)控設(shè)備上，可以在不監(jiān)控的情況下進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)離線(xiàn)分析與處理?；胤艜r(shí)能夠按照向前、向后單步進(jìn)行數(shù)據(jù)回放。

4.結(jié)論

本設(shè)計(jì)采用了集多種總線(xiàn)測(cè)試功能為一體的設(shè)計(jì)思路，所監(jiān)控的總線(xiàn)包括1條雙余度AFDX總線(xiàn)、1條雙余度GJB289A總線(xiàn)、1條雙余度CAN總線(xiàn)、3條單余度CAN總線(xiàn)和數(shù)十條ARINC429總線(xiàn)。此外，對(duì)于航電系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)中采用的不同總線(xiàn)測(cè)試，將各總線(xiàn)測(cè)試功能進(jìn)行有針對(duì)性、靈活的定置組合，能夠滿(mǎn)足不同系統(tǒng)的測(cè)試需求。