《電子技術(shù)應(yīng)用》
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ARINC659總線測(cè)試方法研究
2016年電子技術(shù)應(yīng)用第8期
吳曉成1，2，楊 峰1，2，淮治華1，2，柏美娟3
　　(1.中航工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安710068；2.集成電路與微系統(tǒng)設(shè)計(jì)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710068；3.西安翔騰微電子科技有限公司，陜西 西安710068)
摘要： ARINC659總線是一個(gè)具有總線傳輸時(shí)間確定性的多節(jié)點(diǎn)串行通信總線，為了保障ARINC659總線系統(tǒng)在通信過程中的高容錯(cuò)性、高冗余度、高完整性和高可靠性，對(duì)其進(jìn)行充分測(cè)試是十分必要的，能確保ARINC659總線系統(tǒng)安全可靠地使用。搭建了ARINC659總線測(cè)試平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上從物理層和數(shù)據(jù)鏈路層兩方面對(duì)ARINC659總線的測(cè)試進(jìn)行了分析和研究，對(duì)提高ARINC659總線系統(tǒng)的可靠性具有重要意義。
中圖分類號(hào)： TN91；TP336
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2016.08.042
中文引用格式： 吳曉成，楊峰，淮治華，等. ARINC659總線測(cè)試方法研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2016，42(8)：169-171，178.
英文引用格式： Wu Xiaocheng，Yang Feng，Huai Zhihua，et al. The research of ARINC659 bus testing method[J].Application of Electronic Technique，2016，42(8)：169-171，178.
The research of ARINC659 bus testing method
Wu Xiaocheng1，2，Yang Feng1，2，Huai Zhihua1，2，Bai Meijuan3
1.AVIC Computing Technique Research Institute，Xi′an 710068，China； 2.Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Integrated Circuit and Micro-System Design，Xi′an 710068，China; 3.Xi′an Xiangteng Microelectronics Technology CO.,LTD，Xi′an 710068,China
Abstract： ARINC659 is a Muti-node and serial communication bus，which has the time desterminability on bus transfer. When the bus system is apply to in the process of communication,in order to guarantee its high fault tolerance, high redundant flexibility and high reliability,it is very important to have the bus fully tested,which can also ensure the reliable usage of bus system safety. This paper offers the test platform for ARINC659 bus. On this basis，from physical layer and data link layer,this paper conducts a comprehensive research and analysis on ARINC659 bus，which is of great significance to import the reliability of bus system.
Key words : ARINC659 bus；testing；bus fault；physical layer；data link layer

0 引言

　　ARINC659總線是一種在總線傳輸時(shí)間和存儲(chǔ)空間上具有高容錯(cuò)性和高冗余度的底板總線[1]，并以其特有的總線校驗(yàn)機(jī)制，很好地解決了航空電子系統(tǒng)對(duì)于底板總線的高可靠性要求問題。ARINC659總線協(xié)議規(guī)定了總線物理層以及數(shù)據(jù)鏈路層傳輸協(xié)議[2]，各設(shè)備廠家可以按照該協(xié)議開發(fā)相應(yīng)的ARINC659總線設(shè)備。ARINC659總線設(shè)備只有在通過了協(xié)議測(cè)試之后，才能保證在各種應(yīng)用環(huán)境的處理一致性，并保證不會(huì)由于某一設(shè)備異常的響應(yīng)對(duì)其余設(shè)備造成影響。因此在設(shè)計(jì)ARINC659總線產(chǎn)品時(shí)，如何完成對(duì)總線物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的測(cè)試是確保產(chǎn)品安全可靠使用的關(guān)鍵。本文針對(duì)ARINC659總線的測(cè)試，搭建了ARINC659總線測(cè)試平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上對(duì)ARINC659總線測(cè)試技術(shù)進(jìn)行分析，提供了一種ARINC659總線測(cè)試的方法。

1 ARINC659總線測(cè)試平臺(tái)構(gòu)架

　　ARINC659總線測(cè)試平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，由ARINC659總線測(cè)試系統(tǒng)和被測(cè)系統(tǒng)組成。測(cè)試系統(tǒng)主要由總線故障注入電路和信號(hào)測(cè)試接口組成。

圖像 004.png

圖1  ARINC659總線測(cè)試平臺(tái)

　　1.1 總線故障注入電路

　　ARINC659總線是一種雙－雙備份的串行總線[3]，具有很強(qiáng)的容錯(cuò)能力。總線故障注入電路，可以使1路、2路、3路、4路通信線路信號(hào)在傳輸時(shí)失效，這樣能檢驗(yàn)ARINC659總線的故障處理能力。總線故障注入只是干擾總線傳輸正確信號(hào)，不會(huì)損壞產(chǎn)品系統(tǒng)，根據(jù)BTL電平的特點(diǎn)，注入的故障分為接地和斷開兩種方式。

　　1.2 信號(hào)測(cè)試接口

　　測(cè)試平臺(tái)需要設(shè)計(jì)總線測(cè)試接口，以便利用總線分析儀、邏輯分析儀和示波器等監(jiān)控設(shè)備監(jiān)測(cè)總線傳輸?shù)男盘?hào)，測(cè)試通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的正確性。

2 ARINC659總線測(cè)試方法

　　軟件測(cè)試一般分為白盒測(cè)試和黑盒測(cè)試兩種[4]。協(xié)議測(cè)試屬于黑盒測(cè)試，即通過控制觀察被測(cè)協(xié)議實(shí)現(xiàn)的外部行為對(duì)其做出評(píng)價(jià)，而不涉及協(xié)議實(shí)現(xiàn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。ARINC659總線測(cè)試分為物理層測(cè)試和數(shù)據(jù)鏈路層測(cè)試兩個(gè)方面。

　　2.1 物理層測(cè)試

　　ARINC659總線物理層規(guī)定了底板總線的電氣特性，主要從總線接口信號(hào)線、信號(hào)線電氣特性、總線編碼、收發(fā)器使能和物理隔離等幾個(gè)方面進(jìn)行測(cè)試，利用總線分析儀、邏輯分析儀和示波器等監(jiān)控設(shè)備通過信號(hào)測(cè)試接口監(jiān)測(cè)總線傳輸?shù)男盘?hào)，測(cè)試通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的正確性。ARINC659總線物理層的測(cè)試主要如表1所示。

圖像 001.png

　　2.1.1 總線對(duì)

　　(1)總線數(shù)據(jù)線

　　包含4條獨(dú)立總線，每條總線包含兩根數(shù)據(jù)信號(hào)線，發(fā)送數(shù)據(jù)2 bit/min， Data0發(fā)送較低位，Data1發(fā)送較高位。信號(hào)被驅(qū)動(dòng)時(shí)為低，未驅(qū)動(dòng)時(shí)為高。信號(hào)類型為BTL電平。

　　(2)總線時(shí)鐘線

　　包含4條獨(dú)立總線，每條總線包含一根時(shí)鐘信號(hào)線。信號(hào)電平為BTL電平。

　　2.1.2 電氣性能

　　(1)總線數(shù)據(jù)及時(shí)鐘線要求

　　信號(hào)線阻抗需要保證從模塊輸出到底板任一端的終端電阻時(shí)，電壓的最大升幅小于100 mV。任何兩個(gè)LRM連接到底板的所有帶隙地之間的電壓差別不能超過50 mV；

　　(2)模塊數(shù)據(jù)及時(shí)鐘線直流要求模塊電氣特性如表2所示。

圖像 002.png

　　(3)總線數(shù)據(jù)及時(shí)鐘線直流要求如表3所示。

圖像 003.png

　　2.1.3 物理隔離

　　為保證ARINC659總線余度機(jī)制具有最佳的容錯(cuò)性，在底板和總線接口節(jié)點(diǎn)上要作充分隔離，包括元器件物理位置和安排、總線的走線和信號(hào)的電氣隔離。

　　(1)BIU隔離：使用 2個(gè)獨(dú)立封裝的協(xié)議處理芯片，4 條總線使用分離的收發(fā)器，使用獨(dú)立的晶振、表存儲(chǔ)器等；

　　(2)供電隔離：每一條總線（Ax、Ay、Bx和By）都必須獨(dú)立供電，每個(gè)總線組的端接器電源也必須是獨(dú)立的；

　　(3)總線隔離：如果沒有被另外的導(dǎo)線或平面隔開，則Ax與Bx數(shù)據(jù)線之間、Ay與By數(shù)據(jù)線之間都必須隔開至少0.304 8 cm或更多；時(shí)鐘線間必須隔開至少0.304 8 cm或更多；時(shí)鐘線可能與數(shù)據(jù)線相互交叉。

　　2.2 數(shù)據(jù)鏈路層測(cè)試

　　ARINC659協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層測(cè)試主要是被測(cè)設(shè)備輸出的各種總線操作其時(shí)序波形和對(duì)出錯(cuò)的總線時(shí)序波形的標(biāo)識(shí)和處理是否符合ARINC659協(xié)議中的規(guī)定。

　　測(cè)試過程中可使用示波器、邏輯分析儀監(jiān)控總線上的波形，檢查各種總線操作時(shí)序波形是否符合協(xié)議規(guī)定。通過總線故障注入電路在總線上注入各種總線錯(cuò)誤，并通過總線分析儀、邏輯分析儀和示波器監(jiān)控注入的故障是否有效，在注入有效的狀態(tài)下，檢查被測(cè)模塊的執(zhí)行情況。

　　2.2.1 總線消息測(cè)試

　　(1)初始化同步測(cè)試。主要對(duì)初始化同步功能進(jìn)行測(cè)試，包括初始化同步脈沖和初始化同步數(shù)據(jù)是否符合協(xié)議要求。

　　(2)長(zhǎng)短同步驗(yàn)證。主要對(duì)長(zhǎng)短同步功能進(jìn)行測(cè)試，包括長(zhǎng)短同步脈沖的發(fā)送和接收、長(zhǎng)同步數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收、各種狀態(tài)下BIU的長(zhǎng)短同步收發(fā)、主后備長(zhǎng)同步發(fā)送和接收是否符合協(xié)議要求。

　　(3)數(shù)據(jù)傳輸功能測(cè)試。數(shù)據(jù)傳輸功能包括基本消息傳輸和主后備消息傳輸，基本消息傳輸即從單個(gè)發(fā)送器向一個(gè)或多個(gè)接收器傳送數(shù)據(jù)，主/后備消息傳輸即從多個(gè)后備發(fā)送器之一向一個(gè)或多個(gè)接收器傳送數(shù)據(jù)。基本消息傳輸包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸、廣播數(shù)據(jù)傳輸、不同GAP下的收發(fā)、各種數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)收發(fā)。主后備消息傳輸包括最小GAP和DELTA下數(shù)據(jù)主后備收發(fā)、不同GAP下的收發(fā)、不同DELTA下的主后備收發(fā)、各種數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)收發(fā)。

　　2.2.2 總線故障注入測(cè)試

　　總線故障注入測(cè)試可根據(jù)配置在每條總線上注入以下類型的故障，包括長(zhǎng)時(shí)間故障、瞬時(shí)故障、毛刺和干擾。長(zhǎng)時(shí)間故障是指長(zhǎng)時(shí)間總線被拉高或拉低，瞬時(shí)故障是指在短時(shí)間內(nèi)總線被拉高或拉低，毛刺和干擾指總線上出現(xiàn)不期望的高或者低的隨干擾脈沖，根據(jù)ARINC659總線特點(diǎn)，對(duì)永久性故障模式進(jìn)行測(cè)試，包括一路故障、兩路故障、三路故障、四路故障測(cè)試。其中一路故障又可以細(xì)分為時(shí)鐘故障或者數(shù)據(jù)故障；兩路故障、三路故障、四路故障均可以再細(xì)分為時(shí)鐘總線故障、數(shù)據(jù)總線故障以及時(shí)鐘總線和數(shù)據(jù)總線故障的組合。對(duì)瞬時(shí)性故障也可以按照永久性故障的劃分進(jìn)行，同時(shí)瞬時(shí)性故障還包括故障的類型、發(fā)生時(shí)機(jī)及持續(xù)的周期，其中故障類型可分為高脈沖毛刺、低脈沖毛刺及相關(guān)組合。發(fā)生時(shí)機(jī)可根據(jù)總線上的消息進(jìn)行分類，包括數(shù)據(jù)消息、同步消息以及總線空閑時(shí)。故障的持續(xù)時(shí)間可根據(jù)總線協(xié)議要求，分為小于6 ns的隨機(jī)毛刺以及大于6 ns的隨機(jī)毛刺。根據(jù)以上故障模式，利用ARINC659總線測(cè)試平臺(tái)的總線故障注入電路，驗(yàn)證在各種總線故障情況下的總線傳輸功能、錯(cuò)誤標(biāo)志指示是否符合協(xié)議要求，通過讀取發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)位和接收數(shù)據(jù)狀態(tài)位，根據(jù)圖2和圖3判斷測(cè)試結(jié)果，完成ARINC659總線相關(guān)故障的相關(guān)測(cè)試。發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)位描述如圖2所示。

圖像 005.png

圖2  發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)位描述

　　(1)V：發(fā)送數(shù)據(jù)有效標(biāo)志位。1表示主機(jī)已經(jīng)將數(shù)據(jù)寫入對(duì)應(yīng)的收發(fā)通道，可以發(fā)送。0表示主機(jī)尚未準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，發(fā)送操作將被跳過。

　　(2)MS：主/后備消息窗口競(jìng)爭(zhēng)獲勝者代碼

　?、?0：接收到主/基本模塊數(shù)據(jù)；

　?、?1：接收到后備1模塊數(shù)據(jù)；

　?、?0：接收到后備2模塊數(shù)據(jù)；

　?、?1：接收到后備3模塊數(shù)據(jù)。

　　(3)SF：發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)標(biāo)志位

　　①00：發(fā)送正確地完成；

　?、?1：發(fā)送沒有開始；

　　③10：在發(fā)送過程中出現(xiàn)不可糾正錯(cuò)誤；

　?、?1：未定義。

　　EAX、EAY、EBX和EBY是4根數(shù)據(jù)線的出錯(cuò)標(biāo)識(shí)位，高電平表示發(fā)送過程中該位數(shù)據(jù)線出錯(cuò)。接收數(shù)據(jù)狀態(tài)位如圖3所示。

圖像 006.png

圖3  接收數(shù)據(jù)狀態(tài)位描述

　　(1)V：接收數(shù)據(jù)有效標(biāo)志位。0表示在接收過程中出現(xiàn)不可糾正的錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)無效。1表示接收數(shù)據(jù)有效。

　　(2)MS：主/后備消息窗口競(jìng)爭(zhēng)獲勝者代碼

　?、?0：接收到主/基本模塊數(shù)據(jù)；

　?、?1：接收到后備1模塊數(shù)據(jù)；

　　③10：接收到后備2模塊數(shù)據(jù)；

　?、?1：接收到后備3模塊數(shù)據(jù)。

　　(3)RF：接收數(shù)據(jù)狀態(tài)標(biāo)志位

　　①00：接收正確地完成；

　?、?1：未接收到任何有效數(shù)據(jù)；

　　③10：接收到部分有效數(shù)據(jù)；

　?、?1：未定義。

　　EAX、EAY、EBX和EBY是4根數(shù)據(jù)線的出錯(cuò)標(biāo)識(shí)位，高電平表示接收過程中該位數(shù)據(jù)線出錯(cuò)。

3 結(jié)論

　　ARINC659總線是一種雙－雙備份的通信總線，應(yīng)用ARINC659總線能有效降低高度綜合化的電子系統(tǒng)的復(fù)雜性[5]，提高可靠性。本文研究ARINC659總線的測(cè)試方法，能保證通過測(cè)試的各個(gè)設(shè)備廠家ARINC659總線設(shè)備在各種應(yīng)用環(huán)境處理一致性，不會(huì)由于某一設(shè)備異常的響應(yīng)對(duì)其余設(shè)備造成影響，提高了ARINC659總線設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性。

　　參考文獻(xiàn)

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