0 引言

　　高速GJB289A總線是一種集中式的時分串行總線，其主要特點是分布處理、集中控制和實時響應(yīng)[1]。其可靠性機(jī)制包括防錯功能、容錯功能、錯誤的檢測和定位、錯誤的隔離、錯誤的校正、系統(tǒng)監(jiān)控及系統(tǒng)恢復(fù)功能[2]。采用雙冗余系統(tǒng)，有兩個傳輸通道，保證了良好的容錯性和故障隔離。

　　隨著高速GJB289A數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，開發(fā)人員和系統(tǒng)應(yīng)用人員迫切需要對高速總線系統(tǒng)測試方法進(jìn)行研究，并開發(fā)對應(yīng)的高速總線測試設(shè)備。本文從數(shù)據(jù)總線電氣特性、協(xié)議符合性和數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)通信等幾個方面進(jìn)行研究。

1 系統(tǒng)測試概述

　　數(shù)據(jù)總線固有特性受到速率提升影響的因素包括：信號衰減、線纜阻抗和線纜間電容。針對總線信號衰減、阻抗和電容，可以采用專用測試工具一起進(jìn)行直接測量。測試過程中需要準(zhǔn)備待測試線纜及電氣特性相關(guān)測試儀器[3]。

　　數(shù)據(jù)總線終端受到速率提升影響的因素主要是終端的協(xié)議符合性，協(xié)議符合性測試需在特定設(shè)備上進(jìn)行。測試需要準(zhǔn)備的設(shè)備包括：協(xié)議符合性測試儀、數(shù)據(jù)總線終端（總線控制器、遠(yuǎn)程終端和總線監(jiān)控器各一臺）、線纜和對應(yīng)的連接組件（線纜連接器、總線耦合器和總線終止器）[4]。

　　數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)通信受到信號頻率影響的因素包括：總線負(fù)載、總線帶寬、總線延遲和總線效率[5]?？偩€系統(tǒng)通信的測試可由高速總線通信仿真平臺完成，平臺中配備有總線監(jiān)控器、總線控制器、備份總線控制器、遠(yuǎn)程終端、完整的總線連接組件、總線通信配置工具、總線通信分析工具和總線通信性能分析工具[6]。

2 系統(tǒng)測試平臺搭建

　　GJB289A數(shù)據(jù)總線進(jìn)行系統(tǒng)測試需構(gòu)建與之配合的測試系統(tǒng)環(huán)境，測試系統(tǒng)環(huán)境采用技術(shù)成熟的1553標(biāo)準(zhǔn)PC卡、BM監(jiān)控卡、信號質(zhì)量測試儀、數(shù)字示波器及工業(yè)計算機(jī)構(gòu)成的測試系統(tǒng)實現(xiàn)平臺搭建，1553標(biāo)準(zhǔn)PC卡設(shè)計與機(jī)載設(shè)備總線接口設(shè)計一致，具有相同的總線電氣特性與性能特點。測試系統(tǒng)環(huán)境搭建按圖1所示結(jié)構(gòu)。

圖1  系統(tǒng)測試平臺示意圖

　　標(biāo)準(zhǔn)PC卡實現(xiàn)GJB289A總線BC/RT功能，具有BC和RT方式多消息處理能力。實現(xiàn)了基本的GJB289A數(shù)據(jù)傳輸，支持GJB289A規(guī)定的各項總線活動。該板卡的對外接口包括：

　　(1)一路雙余度的高速GJB289A總線接口，滿足GJB289A總線電氣特性要求；

　　(2)一路標(biāo)準(zhǔn)RS232接口，用于調(diào)試信息輸出或提供簡單的用戶控制信息交互（需定制）；

　　(3)標(biāo)準(zhǔn)的PCI接口，直接與PC的PCI槽相連；

　　(4)一路JTAG接口，用于底層固件調(diào)試升級。

　　BM監(jiān)控卡實現(xiàn)1553B總線監(jiān)控功能，對總線數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲，并計算出總線負(fù)載，記錄總線上總消息數(shù)、錯誤消息、無響應(yīng)消息等信息，用于系統(tǒng)功能和性能的分析。該板卡的功能主要包括：

　　(1)BM監(jiān)控卡提供了PCI接口的GJB289A的強(qiáng)大功能；

　　(2)集成了功能豐富的軟件，降低了開發(fā)時間。所有的數(shù)據(jù)總線功能支持API；

　　(3)實時數(shù)據(jù)采集、周期消息插入、錯誤檢測、微秒級的時間戳等。

　　信號質(zhì)量測試儀用于測試總線信號質(zhì)量、信號衰減。

　　數(shù)字示波器用于測試總線波形，測試波形用于電氣特性測試。

3 系統(tǒng)測試

　　3.1 電氣特性測試

　　電氣特性測試中構(gòu)建一個終端有效性(Validation Test Plan，VTP）測試平臺，開發(fā)測試軟件配合平臺測試終端有效性。測試連接圖如圖2所示。

圖2  測試連接圖

　　主要包含測試項：

　　(1)幅度測試：BT向UUT發(fā)出有效合法的發(fā)送指令命令UUT發(fā)送N個數(shù)據(jù)字，或UUT向BT發(fā)出帶有N個數(shù)據(jù)字的接收指令，N是UUT設(shè)計能夠發(fā)送的最大數(shù)據(jù)字個數(shù)，測量總線系統(tǒng)電壓幅度。

　　(2)上升下降時間測試：BT向UUT發(fā)出有效合法的發(fā)送指令命令UUT發(fā)送至少一個數(shù)據(jù)字，或UUT向BT發(fā)出至少帶一個數(shù)據(jù)字的接收指令，UUT輸出波形的上升和下降時間波形峰-峰值在10%～90%；

　　(3)輸出波形畸變過沖與擾動測試：BT向UUT發(fā)出有效合法的發(fā)送指令命令UUT發(fā)送至少一個數(shù)據(jù)字，或UUT向BT發(fā)出至少帶一個數(shù)據(jù)字的接收指令，測量總線系統(tǒng)輸出波形畸變電壓。

　　(4)輸出對稱性測試：BT向UUT發(fā)出有效合法的發(fā)送指令命令UUT發(fā)送N個數(shù)據(jù)字，或UUT向BT發(fā)出N個數(shù)據(jù)字的接收指令(N都是UUT設(shè)計能夠發(fā)送的最大數(shù)據(jù)個數(shù))，從最末一個字的奇校驗位過零點開始計算，時間等于2.5 時，測量最大的殘余電壓值。

　　電氣特性主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

　　經(jīng)電氣特性驗證，2 Mb/s GJB289A總線產(chǎn)品符合系統(tǒng)需求。

　　3.2 協(xié)議符合性測試

　　協(xié)議符合性測試中構(gòu)建一個終端有效性測試平臺，開發(fā)測試軟件配合平臺測試終端有效性。

　　(1)總線控制器測試：使用測試儀器測量總線控制器輸出信號，通過總線協(xié)議分析儀對總線控制器命令處理（遠(yuǎn)程終端發(fā)送命令、遠(yuǎn)程終端接收命令、遠(yuǎn)程終端到遠(yuǎn)程終端命令、方式指令和廣播命令等）、數(shù)據(jù)連續(xù)性、超時等待、超時處理和狀態(tài)字分析等協(xié)議進(jìn)行測試，測試結(jié)果符合GJB289A-97規(guī)定的總線控制器協(xié)議；

　　(2)遠(yuǎn)程終端測試：使用測試儀器測量遠(yuǎn)程終端輸出信號，通過總線協(xié)議分析儀對遠(yuǎn)程終端響應(yīng)狀態(tài)字、響應(yīng)時間、數(shù)據(jù)處理、命令處理和子地址非法化等協(xié)議進(jìn)行測試，測試結(jié)果符合GJB289A-97規(guī)定的遠(yuǎn)程終端協(xié)議；

　　(3)總線監(jiān)控器測試：使用測試儀器測量總線監(jiān)控器輸出信號，通過總線協(xié)議分析儀對總線監(jiān)控器命令字識別、數(shù)據(jù)字識別、狀態(tài)字識別、消息時標(biāo)、錯誤判斷和超時判別等進(jìn)行測試。

　　(4)協(xié)議符合性測試依據(jù)主要包含：指令的響應(yīng)，要求終端對所有的合法指令作出正確的響應(yīng)；消息間隔，要求最小間隔時間為2.0 μs，有效指令字的間隔時間為2.0 μs～6.0 μs，時間超過7.0 μs時，應(yīng)作無響應(yīng)超時處理；傳輸速率應(yīng)是2.0 Mb/s，用來發(fā)送編碼數(shù)據(jù)的各個內(nèi)部時鐘的長期穩(wěn)定性為±0.1%（即±500 Hz）；奇校驗，采用字的最后一位應(yīng)用作前16位的奇偶校驗；字長應(yīng)為16 bit有效位加同步頭加奇偶校驗位，總共20 bit時；雙相編碼驗證曼徹斯特Ⅱ型雙相電平碼的編碼碼間錯誤、同步頭編碼驗證同步頭編碼出現(xiàn)錯誤的檢測能力；消息長度驗證消息中數(shù)據(jù)字各色錯誤檢測能力、方式指令驗證方式指令錯誤檢測能力。其主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

　　經(jīng)協(xié)議符合性驗證驗證，2 Mb/s的GJB289A總線產(chǎn)品符合系統(tǒng)需求。

　　3.3 系統(tǒng)通信測試

　　總線系統(tǒng)通信由總線控制器、遠(yuǎn)程終端和通信鏈路共同完成，電氣特性及協(xié)議符合性測試在通信鏈路測試和終端特性測試中進(jìn)行，系統(tǒng)級測試主要測試系統(tǒng)通信過程中的總線負(fù)載、總線性能、總線效率和總線延遲率等關(guān)鍵參數(shù)[7-9]。測試原理主要根據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行ICD設(shè)計，并使用總線配置工具完成總線控制器的配置[10]，同時啟動系統(tǒng)中所有的遠(yuǎn)程終端，達(dá)到預(yù)定總線通信狀態(tài)，然后使用總線監(jiān)控器進(jìn)行總線監(jiān)控?？偩€監(jiān)控器將總線通信數(shù)據(jù)保存，然后使用總線通信分析工具分析總線負(fù)載、總線性能、總線延遲和總線效率等參數(shù)，即可完成高速數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)通信測試。

　　高速GJB289A數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)測試中按照ICD文件定義在GJB289A總線系統(tǒng)中加載配置工具生成的總線表，在GJB289A總線系統(tǒng)中加載總線數(shù)據(jù)，啟動各個模擬終端的數(shù)據(jù)收發(fā)，記錄總線運(yùn)行記錄，最后使用總線性能分析工具對總線運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)分析，將分析結(jié)果與過程設(shè)計的結(jié)果進(jìn)行比較，分析過程設(shè)計結(jié)果的合理性，并對過程設(shè)計結(jié)果進(jìn)行修訂和完善。系統(tǒng)級測試主要技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

　　在高速GJB289A數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)測試中，系統(tǒng)功能正常，通信可靠穩(wěn)定，未出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失和數(shù)據(jù)錯誤情況，總線性能指標(biāo)符合系統(tǒng)要求。

4 結(jié)束語

　　本文對高速總線通信系統(tǒng)測試方法進(jìn)行了研究，介紹了GJB289A總線系統(tǒng)測試平臺的搭建及系統(tǒng)測試方法，在高速GJB289A數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)測試中，可確?？偩€系統(tǒng)在電氣特性、協(xié)議符合性和總線通信等方面得到充分驗證；可提高高速總線通信系統(tǒng)測試效果，提高總線系統(tǒng)開發(fā)質(zhì)量和開發(fā)效率，為高速總線系統(tǒng)技術(shù)的推廣應(yīng)用保駕護(hù)航。

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