0 引言

    仿真系統(tǒng)作為總線系統(tǒng)驗(yàn)證與應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)于機(jī)載總線網(wǎng)絡(luò)研制的重要性不言而喻。全面可靠的總線仿真系統(tǒng)不僅可以提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率，降低研發(fā)成本，而且可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的潛在問題，完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)，進(jìn)而全面系統(tǒng)地建立機(jī)載總線網(wǎng)絡(luò)的綜合化仿真平臺(tái)^[1]。

    本文在深入解讀、分析和研究1394總線協(xié)議的基礎(chǔ)上，結(jié)合型號(hào)需求，提出一種1394總線仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。下文對(duì)1394總線仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)配置、系統(tǒng)管理等功能模塊進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 系統(tǒng)功能

    1394總線仿真系統(tǒng)用于在地面環(huán)境下對(duì)1394總線進(jìn)行仿真測(cè)試，通過分析航空重點(diǎn)型號(hào)的研制需求及1394總線系統(tǒng)特性，設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)驗(yàn)證環(huán)境及測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)1394總線系統(tǒng)特性及總線產(chǎn)品性能的驗(yàn)證。由1394仿真測(cè)試設(shè)備搭建的1394總線仿真系統(tǒng)可以對(duì)1394總線產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，主要包括系統(tǒng)功能測(cè)試和系統(tǒng)可靠性測(cè)試。測(cè)試方法及主要內(nèi)容如表1所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    1394總線仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了1394總線拓?fù)浯罱?、網(wǎng)絡(luò)配置、系統(tǒng)仿真、數(shù)據(jù)監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)管理等功能，下面將從1394總線系統(tǒng)的各功能部分進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.1 系統(tǒng)搭建

    1394總線仿真系統(tǒng)是在充分理解1394協(xié)議的基礎(chǔ)上，結(jié)合型號(hào)需求及總線系統(tǒng)特性進(jìn)行仿真原型設(shè)計(jì)的。該仿真系統(tǒng)采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一個(gè)典型的1394總線仿真系統(tǒng)主要由一個(gè)控制計(jì)算機(jī)(Control Computer，CC)、多個(gè)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)(Remote Node，RN)、中繼器、仿真卡、總線分析儀和1394連接線纜組成，如圖1所示。

    1394總線仿真系統(tǒng)應(yīng)用中各設(shè)備的主要特點(diǎn)及功能如表2所示。

    系統(tǒng)搭建過程中必須包含CC節(jié)點(diǎn)和RN節(jié)點(diǎn)。CC節(jié)點(diǎn)在總線系統(tǒng)中作為控制管理計(jì)算機(jī)，主要完成總線系統(tǒng)管理和實(shí)現(xiàn)總線通信；RN節(jié)點(diǎn)作為系統(tǒng)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)，協(xié)助CC節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)總線系統(tǒng)通信工作。CC節(jié)點(diǎn)通過固定幀周期發(fā)送STOF包實(shí)現(xiàn)總線同步，利用STOF包負(fù)載內(nèi)容完成系統(tǒng)管理指令的發(fā)布，通過周期消息和事件消息完成與RN的數(shù)據(jù)交互。RN節(jié)點(diǎn)在系統(tǒng)中接收STOF包，通過發(fā)送異步流消息向CC上報(bào)自身狀態(tài)并完成信息交互。

2.2 系統(tǒng)配置

    為提高1394總線系統(tǒng)的高確定性，一般利用系統(tǒng)靜態(tài)預(yù)分配的方式以提供保障。系統(tǒng)靜態(tài)預(yù)分配指通過網(wǎng)絡(luò)通信配置表對(duì)總線系統(tǒng)預(yù)設(shè)定。

    1394總線的高確定性主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕A(yù)配置、STOF同步、靜態(tài)分配通道、預(yù)分配帶寬等方面。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂形ㄒ恍裕谡麄€(gè)總線系統(tǒng)生命周期內(nèi)不允許被改變。STOF同步在總線系統(tǒng)中由控制計(jì)算機(jī)按照固定幀周期發(fā)送STOF包進(jìn)行廣播，遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)在接收到STOF包之后開始本周期的總線通信活動(dòng)。設(shè)備通道號(hào)在總線系統(tǒng)中也是唯一確定的，每個(gè)設(shè)備獨(dú)立使用一個(gè)通道號(hào)，在1394總線系統(tǒng)中一共具有64個(gè)通道，通道號(hào)為0~63，其中通道號(hào)“31”作為STOF包的使用通道，通道號(hào)“0”作為控制計(jì)算機(jī)的使用通道，剩余通道作為遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)的使用通道?？偩€帶寬在系統(tǒng)應(yīng)用中起著重要作用，反映了該系統(tǒng)總線的利用率。

    系統(tǒng)靜態(tài)預(yù)分配的具體實(shí)現(xiàn)方式由總線配置表完成。在總線配置表中確定CC為根節(jié)點(diǎn)，設(shè)置使用通道為0通道，以保證在系統(tǒng)通信過程中根節(jié)點(diǎn)不被更改。總線配置表中設(shè)定STOF包的幀周期以及周期門限值，配合控制計(jì)算機(jī)發(fā)送STOF包，從而完成整個(gè)總線系統(tǒng)周期同步?？偩€系統(tǒng)中所有消息均采用“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的通信方式，即：每個(gè)設(shè)備在系統(tǒng)中唯一確定。為確定設(shè)備在系統(tǒng)中唯一性，可通過在總線配置表中設(shè)定目的通道號(hào)解決這一問題。確定設(shè)備后，可根據(jù)該設(shè)備在系統(tǒng)中使用的角色，在總線配置表中設(shè)定消息的消息數(shù)目、消息大小、消息發(fā)送時(shí)間，從而對(duì)總線帶寬進(jìn)行預(yù)分配。

    總線配置表在1394總線系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。在對(duì)復(fù)雜的配置表進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)過多的人工參與，在很大程度增加人為因素引入故障概率。為解決這一問題，開發(fā)了總線配置工具，如圖2所示。其可在減少人工參與的情況下，自動(dòng)生成總線配置表并對(duì)其配置內(nèi)容進(jìn)行合理性進(jìn)行檢驗(yàn)，預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在錯(cuò)誤，縮短網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證周期。

2.3 系統(tǒng)管理

    1394總線系統(tǒng)管理是指控制計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)進(jìn)行控制管理，主要包括通道故障邏輯、系統(tǒng)模式和網(wǎng)絡(luò)管理等。

    通道故障邏輯和系統(tǒng)模式一般用于多余度控制計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行余度控制計(jì)算機(jī)的有效性、計(jì)算機(jī)的狀態(tài)、計(jì)算機(jī)管理模式管理。各余度CC之間利用交叉通道數(shù)據(jù)鏈路(Cross Channel Data Link，CCDL)進(jìn)行消息表決，在表決過程中出現(xiàn)不一致時(shí)，由通道故障邏輯進(jìn)行裁決，進(jìn)行CC之間的交互，并向上層應(yīng)用上報(bào)自身的狀態(tài)信息，以達(dá)到控制管理系統(tǒng)的信息共享，從而提高系統(tǒng)的安全性^[2，3]。

    網(wǎng)絡(luò)管理主要通過修改和約束異步流消息實(shí)現(xiàn)?？刂朴?jì)算機(jī)通過發(fā)送STOF包和WDT加載消息控制遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)上下網(wǎng)狀態(tài)。遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)根據(jù)應(yīng)用需求通過發(fā)送請(qǐng)求上網(wǎng)消息請(qǐng)求上網(wǎng)，并周期發(fā)送生命消息上報(bào)自身節(jié)點(diǎn)信息，待系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)處于上網(wǎng)之后可通過異步流消息與主機(jī)進(jìn)行信息交互。其中網(wǎng)絡(luò)管理方案具體流程如圖3所示。

2.4 系統(tǒng)監(jiān)控

    系統(tǒng)監(jiān)控是通過監(jiān)控設(shè)備對(duì)1394總線系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控，監(jiān)控的總線數(shù)據(jù)可用于重要數(shù)據(jù)備份或者故障數(shù)據(jù)分析。總線系統(tǒng)中一般利用中繼設(shè)備將數(shù)據(jù)分流，引入監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控，這種監(jiān)控方式可以真實(shí)地反映系統(tǒng)中的通信情況，同時(shí)不影響總線系統(tǒng)中其他節(jié)點(diǎn)的正常通信。由于總線系統(tǒng)中通信數(shù)據(jù)量巨大，監(jiān)控設(shè)備不能完全監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，通常選取其中重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控、存儲(chǔ)，以便后續(xù)進(jìn)行分析。

2.5 系統(tǒng)驗(yàn)證與仿真

    總線系統(tǒng)在設(shè)計(jì)完成之后必須通過全面的驗(yàn)證與仿真，排除系統(tǒng)設(shè)計(jì)中缺陷與異常，從而提高系統(tǒng)安全與健壯性。

    系統(tǒng)驗(yàn)證過程中應(yīng)按照自下而上的方式進(jìn)行，首先驗(yàn)證系統(tǒng)中各設(shè)備節(jié)點(diǎn)的功能是否正確，然后驗(yàn)證其系統(tǒng)功能是否滿足應(yīng)用需求。各設(shè)備節(jié)點(diǎn)在實(shí)現(xiàn)的過程中均通過了協(xié)議符合性測(cè)試，因此在進(jìn)行設(shè)備節(jié)點(diǎn)功能驗(yàn)證時(shí)，開發(fā)對(duì)應(yīng)設(shè)備的功能測(cè)試用例。各設(shè)備節(jié)點(diǎn)功能測(cè)試用例如表3所示。

    各設(shè)備節(jié)點(diǎn)功能驗(yàn)證完成后，可進(jìn)行系統(tǒng)功能驗(yàn)證。系統(tǒng)功能驗(yàn)證時(shí)應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行驗(yàn)證用例設(shè)計(jì)，從而完成系統(tǒng)功能的驗(yàn)證。

    系統(tǒng)仿真是利用仿真節(jié)點(diǎn)在地面與控制計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)以及監(jiān)控設(shè)備的虛擬仿真功能，提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。系統(tǒng)仿真可用于產(chǎn)品研制的全過程，為產(chǎn)品數(shù)學(xué)仿真和物理仿真提供激勵(lì)及工作環(huán)境。通過設(shè)計(jì)驗(yàn)證環(huán)境和用例對(duì)1394總線系統(tǒng)或者某單一1394產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證，預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在故障，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，節(jié)省產(chǎn)品研發(fā)成本^[1]。

3 結(jié)論

    該仿真系統(tǒng)已在國(guó)內(nèi)包括航空、航天地面仿真測(cè)試及試驗(yàn)環(huán)境中廣泛應(yīng)用，可完成系統(tǒng)/子系統(tǒng)/部組件的建模/仿真、控制律設(shè)計(jì)相關(guān)的建模/仿真、試驗(yàn)設(shè)施相關(guān)的建模/仿真、虛擬飛行等工作，同時(shí)可提供全機(jī)模擬試驗(yàn)和機(jī)上在線試驗(yàn)，為飛管系統(tǒng)、航電系統(tǒng)綜合聯(lián)試提供便捷、高效的測(cè)試平臺(tái)，大大推進(jìn)了型號(hào)進(jìn)展^[1]。

參考文獻(xiàn)

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