0 引言

    隨著軍用1394總線被廣泛應(yīng)用于新一代航空電子系統(tǒng)，作為航空系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)”，其功能、性能的正確性、總線協(xié)議的符合性及系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性顯得至關(guān)重要。軍用1394總線是由物理鏈接層、數(shù)據(jù)鏈路層、事務(wù)層及系統(tǒng)應(yīng)用層構(gòu)成高速總線接口標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)架^[1]，每個(gè)功能層在整個(gè)高速接口構(gòu)架中都起到了重要作用，總線系統(tǒng)的測試也應(yīng)遵從分層的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逐級展開。

    物理層承擔(dān)著總線物理鏈路的連接，它直接面向數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢砻浇?。總線物理鏈路的布線、抗干擾保護(hù)、阻抗匹配等關(guān)鍵設(shè)計(jì)影響著總線上高速信號的完整性，決定著總線信號的傳輸品質(zhì)、傳輸誤碼、傳輸距離是否滿足總線通信基本需求，因此，需要對總線物理層進(jìn)行電氣特性測試。鏈路層與事務(wù)層共同定義了總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ艡C(jī)制，實(shí)現(xiàn)總線通信管理，鏈路層和事務(wù)層設(shè)計(jì)的符合性決定了總線通信能否能按照既定協(xié)議進(jìn)行正確有效的傳輸。因此，需要對1394總線進(jìn)行協(xié)議符合性測試。應(yīng)用層面向系統(tǒng)，主要涉及總線拓?fù)洹⒐收咸幚砑案綦x、總線ICD等方面^[2]。本文主要從軍用1394總線的線纜、電氣特性、協(xié)議符合性、總線系統(tǒng)應(yīng)用四個(gè)方面闡述軍用1394總線系統(tǒng)測試的關(guān)鍵，提供一種廣泛的軍用1394總線測試的系統(tǒng)平臺方案。

1 系統(tǒng)測試平臺搭建

    軍用1394總線進(jìn)行系統(tǒng)測試需搭建整套系統(tǒng)測試環(huán)境，系統(tǒng)測試環(huán)境由專用信號質(zhì)量測試儀、數(shù)字示波器、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、1394總線三節(jié)點(diǎn)仿真卡及標(biāo)準(zhǔn)PC組成。其中自主研制的1394總線三節(jié)點(diǎn)仿真卡與機(jī)載設(shè)備總線接口設(shè)計(jì)一致，具有相同的總線電氣特性及性能特點(diǎn)，并且實(shí)現(xiàn)了總線節(jié)點(diǎn)模擬、數(shù)據(jù)監(jiān)控及故障注入等功能。系統(tǒng)測試平臺搭建如圖1所示。

2 系統(tǒng)測試

2.1 線纜特性測試

    軍用1394總線線纜是連接總線設(shè)備間的物理介質(zhì)，線纜的特性指標(biāo)決定總線系統(tǒng)整體性能。線纜特性指標(biāo)主要包括：差分電容、差分阻抗、延時(shí)、插入損耗及耐壓等參數(shù)。其測試連接如圖1（虛線4）所示，將線纜兩端分別接到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的差分探頭上，通過軟件配置測試不同的性能指標(biāo)，并將測試數(shù)據(jù)保存到指定的路徑。具體線纜指標(biāo)要求如表1所示。線纜性能指標(biāo)主要通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀分別在常溫、低溫及高溫環(huán)境進(jìn)行測試，確保線纜指標(biāo)符合系統(tǒng)總線性能要求^[3]。

2.2 電氣特性測試

    軍用1394總線系統(tǒng)電氣特性測試主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)碼流和信號質(zhì)量兩個(gè)方面。本文將從誤碼率、信號質(zhì)量指標(biāo)要求及測試方法等方面入手，詳細(xì)介紹軍用1394總線系統(tǒng)電氣特性測試。

2.2.1 誤碼率測試

    軍用1394總線通信誤碼率測試是保證數(shù)據(jù)傳輸正確性的主要手段，主要測試方法有兩種：信號質(zhì)量測試儀測試和1394總線三節(jié)點(diǎn)仿真卡測試。采用信號質(zhì)量分析儀測試時(shí)，測試設(shè)備與被測設(shè)備連成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，測試設(shè)備從發(fā)送端發(fā)送碼流，從接收端接收返回的碼流，實(shí)時(shí)進(jìn)行碼流比較的方式實(shí)現(xiàn)測試目標(biāo)，其測試連接如圖1（虛線2）所示；按照協(xié)議規(guī)范定義的總線誤碼率標(biāo)準(zhǔn)作為測試使用標(biāo)準(zhǔn)，指標(biāo)要求如表2所示^[4-5]。

    采用1394總線三節(jié)點(diǎn)仿真卡測試時(shí)，根據(jù)信號質(zhì)量分析儀的測試原理，計(jì)算信號質(zhì)量分析儀測試的碼流大?。ù蠹s50 000包消息，每包512 B），通過總線分析儀模擬信號質(zhì)量分析儀發(fā)送50 000幀同步包，被測設(shè)備周期性發(fā)送50 000幀異步流包，通過測試設(shè)備檢測消息計(jì)數(shù)、消息VPC錯(cuò)誤計(jì)數(shù)、CRC錯(cuò)誤計(jì)數(shù)及總線復(fù)位計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)測試目標(biāo)。

2.2.2 信號質(zhì)量測試

    軍用1394總線通信誤碼率測試采用信號質(zhì)量測試儀與高速示波器對總線信號進(jìn)行采樣分析，主要測試指標(biāo)有：數(shù)據(jù)速率、發(fā)送波特率、差分幅值、上升/下降時(shí)間、差分偏斜、共模電壓等，計(jì)算總線底層信號的多種指標(biāo)是否在規(guī)定范圍內(nèi)，其測試連接如圖1(虛線3)所示。

2.3 協(xié)議符合性測試

    軍用1394總線協(xié)議符合性主要體現(xiàn)在總線包格式、節(jié)點(diǎn)類型、傳輸速率、總線周期、總線傳輸偏移時(shí)間及消息有效性等方面。該測試采用三節(jié)點(diǎn)仿真卡接入軍用1394總線系統(tǒng)中。三節(jié)點(diǎn)仿真卡可對總線中包格式、傳輸速率、總線周期及總線傳輸偏移時(shí)間進(jìn)行監(jiān)控和分析，并且能夠通過配置檢測消息有效性^[6]（包括：消息VPC錯(cuò)誤、消息長度錯(cuò)誤、消息CRC錯(cuò)誤），其測試連接如圖1（實(shí)線1）所示。

    (1)總線周期?？偩€幀同步包(STOF)同步周期與預(yù)先配置的總線周期一致，誤差應(yīng)在±50 μs的范圍內(nèi)^[7]；

    (2)節(jié)點(diǎn)類型。軍用1394總線系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分為：控制計(jì)算機(jī)（CC）和遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)（RN）兩種，CC節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)1394總線同步和管理，默認(rèn)接收通道號為0通道；RN節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)總線通信，默認(rèn)發(fā)送通道號為0通道；

    (3)傳輸速率。軍用1394總線支持S100、S200及S400傳輸速率，可通過1394總線三節(jié)點(diǎn)仿真卡監(jiān)控消息，確認(rèn)傳輸速率的正確性；

    (4)總線傳輸偏移：異步流包發(fā)送時(shí)間相對STOF包的相對時(shí)間為總線異步流包發(fā)送偏移，異步流包應(yīng)按照預(yù)先配置的發(fā)送偏移進(jìn)行發(fā)送；

    (5)消息格式及有效性：采用三節(jié)點(diǎn)仿真卡監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)包，并分析數(shù)據(jù)包格式（包格式）、VPC（垂直奇偶校驗(yàn)）、數(shù)據(jù)CRC與頭CRC的正確性。

2.4 系統(tǒng)應(yīng)用測試

    系統(tǒng)應(yīng)用測試主要研究總線故障模式、總線ICD、總線拓?fù)?、余度管理等關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)，其測試連接如圖1（實(shí)線1）所示。

2.4.1 總線故障模式

    總線故障模式要求每一種故障模式均有對應(yīng)的處理方法，該測試主要研究故障后總線行為是否能夠按照設(shè)計(jì)正確上報(bào)故障或進(jìn)行故障隔離，以及故障撤銷后總線是否能恢復(fù)正常狀態(tài)?？偩€故障模式主要包含以下3種。

    (1)總線復(fù)位風(fēng)暴?？偩€復(fù)位風(fēng)暴是指總線系統(tǒng)正常通信過程中，由于總線設(shè)備頻繁上下電、線纜/連接器接觸不良或設(shè)備端口故障導(dǎo)致連續(xù)且長時(shí)間的總線復(fù)位和總線拓?fù)渲貥?gòu)的現(xiàn)象?？偩€復(fù)位風(fēng)暴能夠引起總線系統(tǒng)通信中斷，但復(fù)位風(fēng)暴結(jié)束總線拓?fù)浞€(wěn)定后，總線系統(tǒng)應(yīng)能夠恢復(fù)正常通信；

    (2)總線周期錯(cuò)誤?？偩€周期錯(cuò)誤是指由于總線控制器故障，引起總線周期不準(zhǔn)確，導(dǎo)致總線通信紊亂；總線周期錯(cuò)誤時(shí)總線系統(tǒng)應(yīng)能夠上報(bào)故障，由總線控制器進(jìn)行故障處理；

    (3)消息錯(cuò)誤。消息錯(cuò)誤是指由于總線設(shè)備故障，通信中出現(xiàn)錯(cuò)誤消息(主要包括：消息ID錯(cuò)誤、消息通道錯(cuò)誤、消息VPC錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)/消息頭CRC錯(cuò)誤、消息長度錯(cuò)誤)，導(dǎo)致消息丟失的現(xiàn)象；總線系統(tǒng)應(yīng)能夠檢測消息錯(cuò)誤類型，并上報(bào)故障現(xiàn)象，由總線控制器進(jìn)行故障隔離。

2.4.2 總線ICD

    總線ICD是約束總線各節(jié)點(diǎn)總線行為的關(guān)鍵文件，包含了總線周期、各節(jié)點(diǎn)發(fā)送/接收消息數(shù)量、消息ID、消息長度、目的節(jié)點(diǎn)等信息。該測試主要驗(yàn)證總線ICD是否存在時(shí)間沖突、數(shù)據(jù)沖突以及帶寬分配是否合理等方面，保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性。

    (1)ICD時(shí)間沖突。ICD時(shí)間沖突是指總線節(jié)點(diǎn)之間的發(fā)送偏移、接收偏移不對應(yīng)或發(fā)送窗口存在重疊，導(dǎo)致實(shí)際工作過程中引起總線競爭現(xiàn)象。應(yīng)通過實(shí)際測試避免總線節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間分配沖突現(xiàn)象；

    (2)ICD數(shù)據(jù)沖突。ICD數(shù)據(jù)沖突是指總線節(jié)點(diǎn)之間發(fā)送/接收消息ID、長度信息不對應(yīng)，導(dǎo)致消息無法按照應(yīng)用設(shè)計(jì)進(jìn)行接收或發(fā)送。系統(tǒng)測試應(yīng)對設(shè)計(jì)的消息發(fā)送和接收進(jìn)行對應(yīng)檢查，確保其一致性；

    (3)帶寬分配。帶寬是指配置的總線周期和分配給每個(gè)總線節(jié)點(diǎn)的時(shí)間窗口大小及消息數(shù)量、長度是否滿足系統(tǒng)應(yīng)用傳輸需求，如帶寬過小，會造成應(yīng)用數(shù)據(jù)擁堵甚至無法完成系統(tǒng)功能，帶寬過大則會造成浪費(fèi)，降低系統(tǒng)性能。測試中應(yīng)結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行評估和測試。

2.4.3 余度管理

    總線為防止某些關(guān)鍵設(shè)備故障后導(dǎo)致系統(tǒng)重要功能喪失或崩潰，對一些關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行了多余度設(shè)計(jì)，或考慮到整個(gè)總線的關(guān)鍵性，對整個(gè)總線進(jìn)行多余度設(shè)計(jì)。

    (1)關(guān)鍵設(shè)備余度。在系統(tǒng)中，將多個(gè)相同的關(guān)鍵設(shè)備掛接在同一總線或不同總線中，控制計(jì)算機(jī)根據(jù)表決機(jī)制選擇其中某一個(gè)設(shè)備傳輸來的數(shù)據(jù)使用，當(dāng)某個(gè)設(shè)備故障后，對其降級處理，使用其他余度發(fā)送的數(shù)據(jù)，保證該設(shè)備在系統(tǒng)中的功能不會喪失。應(yīng)用測試對余度設(shè)備正常模式下的數(shù)據(jù)表決和故障后的數(shù)據(jù)選擇切換及故障狀態(tài)上報(bào)；

    (2)總線余度。為提高關(guān)鍵總線的可靠性，組建多條相同總線，通過多臺控制計(jì)算機(jī)之間的交叉數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行總線間的互聯(lián)和通信，這種結(jié)構(gòu)叫總線余度。當(dāng)一條總線故障時(shí)，其余總線仍可完成正常數(shù)據(jù)傳輸和控制工作。應(yīng)用測試中應(yīng)重點(diǎn)研究多條余度總線之間的配合以及某些余度故障后總線控制策略的切換及故障上報(bào)。

    通過上述系統(tǒng)應(yīng)用測試，能夠保證總線系統(tǒng)在正確設(shè)計(jì)的前提下，當(dāng)總線出現(xiàn)故障時(shí)，除了能及時(shí)對故障進(jìn)行檢測和上報(bào)，還能在故障后盡可能地容錯(cuò)處理，滿足軍用1394總線對故障處理及故障隔離的要求，確保軍用1394總線系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定地通信，保證整個(gè)系統(tǒng)功能的正常和穩(wěn)定。

3 結(jié)論

    本文介紹軍用1394總線測試系統(tǒng)的搭建及實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)測試工作，為面向高可靠的軍用1394總線系統(tǒng)的測試提供一種測試平臺。基于此測試系統(tǒng)所提供的測試方法開展測試工作，可確?？偩€系統(tǒng)在總線線纜、電氣特性、協(xié)議符合性及系統(tǒng)應(yīng)用方面得到充分驗(yàn)證。本文中提及的系統(tǒng)測試方法已在航空系統(tǒng)的聯(lián)試、試驗(yàn)及試飛中得到充分驗(yàn)證，通過系統(tǒng)以上工作，表明所描述的系統(tǒng)測試方法有效，能夠完成對軍用1394總線系統(tǒng)的全面測試。

參考文獻(xiàn)

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作者信息：

王仲杰1，索高華2，陳  偉2，張亞琦2，王宣明3，4

（1.中國飛行試飛研究院，陜西 閻良710089；2.西安翔騰微電子科技有限公司，陜西 西安710068；

3.中航工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安710068；

4.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)