基于總線ICD測試方法研究

摘 要:分析了綜合航空電子系統中MIL-STD-1553B總線系統的特點，對總線測試的方法進行介紹，給出控制接口文檔ICD在航空總線測試系統中的作用。ICD是對總線數據的定義，在此對傳統ICD設計方法進行了闡述和總結。通過通用航空總線ICD數據庫對總線進行測試，極大地優化了測試的方法，并對通用航空總線ICD設計方法進行了理論研究，通過實時分析論證其可行性。

關鍵詞:MIL-STD-1553B總線; 接口控制文檔; 總線測試; ICD數據庫

中圖分類號:TP336文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)08-0087-03

Research on Bus Testing Method Based on ICD

ZHAO Yu-xiang， FAN Xiao-guang， WANG Xu-hua

(Engineering College， Air Force Engineering University， Xi’an 710038， China)

Abstract:The characteristics of the MIL-STD-1553B bus systems in comprehensive avionics systems are analysed， the methods of bus testing are introduced， and the functions of the interface control document (ICD) in the avionics bus testing system are presented. The traditional design methods for the ICD are summarized， and some theoretical research on these methods for general avionics bus is made. The testing method isgreatly optimized with the help of the universal ICD database. the feasibility of these methods is verified through real-time analysis.

Keywords:MIL-STD-1553B bus; ICD; bus testing; ICD database

0 引 言

在以MIL-STD-1553B總線為架構的綜合航空電子系統中， MIL-STD-1553B總線系統控制著系統的功能、各個分系統的工作方式、信息流的變化、故障的處理與顯示、系統通信的重構，實時檢查每一個分系統的運行狀態。許多航空電子系統中信息的綜合及功能都是各個分系統通過MIL-STD-1553B總線系統的通信實現的[1]。

因而，對于MIL-STD-1553B總線系統的測試也就成為對每一個采用MIL-STD-1553B總線通信機制的進行驗證的主要手段和依據。換言之，綜合航空電子系統只有通過了對MIL-STD-1553B總線系統的測試，才能基本認定綜合航空電子系統是否達到了系統功能的設計要求，才算完成了系統綜合的設計任務。ICD是對總線數據的定義，通過通用航空總線ICD數據庫對總線進行測試，提出了通用ICD數據庫的方法。采用該方法極大地優化了測試方法。

1 總線系統與航電系統的關系

雖然MIL-STD-1553B總線系統與飛機綜合航空電子系統有著密切的關系，但二者并不能完全等同。MIL-STD-1553B總線系統是指以MIL-ST-1553B總線為傳輸介質，將多個分系統綜合在一起完成特定功能的系統。就功能而言，飛機綜合航空電子系統的功能包括從傳感器到系統本身的所有功能，而MIL-STD-1553B總線系統的功能往往指圍繞MIL-STD-1553B總線通信實現的功能和控制邏輯[2]。盡管MIL-STD-1553B總線系統不能全面地反映飛機綜合航空電子系統的所有情況，但由于傳感器及其他相關信息經處理后，也往往可以通過MIL-STD-1553B總線進行傳輸。通過對MIL-STD-1553B總線系統的測試，基本上能比較準確地了解綜合航空電子系統的運行情況。所以，對于飛機綜合航空電子系統功能的測試，絕大部分可以通過對MIL-STD-1553B總線系統的BIT自測試來實現，如圖1所示。

2 接口控制文檔的組成及特點

2.1 ICD的組成

航空電子系統的接口控制文檔通常是十分龐雜的，它包含了一整套總線系統數據的定義，它包括系統的控制邏輯、信號類型、傳輸速度、參數名稱、參數意義、參數單位、參數最大值和最小值、分辨率、精度、最大/最小傳輸間隔、信號方向、比例關系、有無符號位、編碼形式、故障代碼等各種信息 [3]。

圖1 總線BIT自測試流程

航空電子系統的ICD可分成兩個部分:塊(Blocks)和信號(Signals)。塊是在串行通信總線上(包括航空電子多路總線和點到點連結的單總線)的接口。定義了航空電子系統中各個子系統間的接口規范。它的主要特征是:每個塊有惟一的標志，至少必須包含一個信號。信號是用于外場可更換單元(LRU)之間傳輸信息的最小數據單位，在接口控制文檔中必須定義所有信號的屬性，包括數據類型、單位、傳輸速度、傳輸間隔、傳輸延遲等。信號的定義在航空電子系統的接口控制文檔中占有較大的比重。信號的主要特征是:每個信號有惟一的標志，不允許反饋，在點到點連接的單總線結構中(如ARINC429總線)每條信號有一個信號源和一個目的地址，在多路總線結構中(如入且MIL-STD-1553B總線)每條信號可以有一個信號源和多個目的地址。塊與信號之間是多對多的關系，即一個塊中可以包含多條不同的信號，同時，同一條信號也可以應用于多個塊中。

2.2 ICD在測試中的位置

目前對接口控制文檔中龐大的數據管理，一般都采用數據庫管理形式。將接口控制文檔抽象出許多描述表，用這些描述表定義接口控制文檔的內容。表中內容按照數據類型形成數據記錄，然后通過自頂向下的層次劃分方法，將一個龐大的ICD切分成邏輯上互相關聯，結構上互相獨立的數據描述表結構。

測試方法就以這個ICD數據庫為核心，向應用層開發了數據翻譯、顯示、網絡轉發、總線控制等模塊;向底層開發了數據采集、數據塊地址映射等模塊。

圖2體現了ICD數據庫在整個航空總線測試系統中的位置。整個系統通過ICD庫的重新配置或設計就可以用于新的航空總線測試工程。

圖2 ICD數據庫在總線測試中的位置

3 總線ICD測試方法

3.1 傳統總線ICD測試方法

目前國外對1553B總線的測試主要利用接口控制文件(ICD)數據庫與總線仿真/測試卡相結合。首先針對飛機型號的特殊要求開發出與總線仿真/測試系統能進行接口的總線ICD數據庫。所有總線系統數據的定義都按規則存儲在該數據庫中，包括系統的控制邏輯、物理量意義、比例關系、物理量單位有無符號位、編碼形式、故障代碼等信息。編碼可根據需要從一位到幾十個字節。總線系統試驗時，直接把要測試的參數通過總線仿真測試卡與總線ICD數據庫對應，計算機自動查找其對應關系與邏輯，實時監測或記錄數據。ICD的更改能直接通過修改ICD庫體現，測試系統不再做任何工作。該測試方法需圍繞總線仿真/測試卡進行詳細的總線ICD庫設計，開發量大，測試嚴格。故這類測試系統一般請專業軟件公司開發，以保障系統的可靠性。

在國內的MIL-STD -1553B總線測試系統主要是以ICD數據庫為依據，按照系統的工作方式進行開發的。試驗時，首先確定試驗內容屬于哪種工作方式，然后啟動總線仿真/測試系統進入該工作方式，仿真、記錄、分析、處理、記錄該工作方式下的所有總線數據。總線仿真/測試系統具有較強的仿真/測試能力，能提供大量的試驗數據，能同時進行總線數據的仿真與測試，減少了試驗的重復次數和時間;但是不能測試不同工作方式相互轉換時的情況，試驗前期要完成各種可能的工作方式組合，開發準備的工作量很大。如果ICD數據庫變化了，仿真/測試系統也要相應地進行改動，因此，比較適合于靜態傳輸機制，即終端地址與子地址都是固定的。

3.2 通用航空總線ICD的實現及應用

相對于傳統ICD數據庫設計方法存在的諸多問題，提出了通用ICD數據庫的設計方法。這種方法的核心思想是設計出統一的ICD結構，通過這種ICD結構將各種航空總線標準的接口定義統一到一起，從而形成一個支持多種航空總線標準接口定義的ICD數據庫[4]。采用通用ICD設計方法開發的通用航空總線測試系統，通過測試軟件與ICD數據庫相關聯的方法，將采集到的不同航空總線數據從ICD數據庫中找到相應的信號定義，根據定義對該總線數據進行解析，同時判斷該總線數據是否正確，然后將解析出的數據送到上一層應用層進行顯示和記錄[5]。這樣避免了針對不同航空總線，設計不同格式ICD數據庫，以及編寫不同總線測試程序的麻煩，從而使該總線測試程序具備對多種航空總線進行測試的能力。

首先，通過分析各種航空總線系統ICD的定義，開發一個與底層總線采集接口卡相隔離的總線ICD數據庫，所有總線系統數據的定義都按特定的規范存儲在這個數據庫中，包括系統的控制邏輯、物理量的意義、比例關系、物理量的單位、有無符號位、編碼形式、故障代碼等各種相關信息[6]。對總線測試系統進行試驗時，直接把要測試的參數通過總線采集接口卡與總線ICD數據庫對應，計算機自動查找出其對應關系與邏輯，進行實時監測和數據記錄。對于這種總線測試系統來說，由于全部使用計算機控制，可靠性很高，測試時工作量很小，數據的可信度也很高。其次，由于ICD內容的任何更改都只是ICD數據庫中數據項的變化，而不是ICD數據庫結構的變化，所以測試系統后期的修改工作很少。再者，由于總線ICD數據庫與總線采集接口卡相分離，使得ICD數據庫的定義不再緊密依賴于特定的總線接口卡，所以，只要更換底層的總線接口卡，導入相應的ICD數據庫，就可以進行另一種航空總線類型的測試。

4 實時ICD測試與分析系統實現的相關技術

4.1 實時數據的分發

實時處理模塊首先將接收的實時采集數據進行分發。數據的分發有兩個方向:

(1) 根據試驗任務配置信息將實時采集數據分發到對應的顯示數據緩沖區中。

(2) 把不同通道的采集數據分發到不同的存儲數據緩沖區。

4.2 實時數據的解析

由于一條總線消息可以傳輸多個字段信息，字段之間彼此獨立，并且各條總線消息傳輸的字段數并不固定，這就給總線數據的解析工作帶來很大的麻煩。

參考通用ICD數據庫的定義，定義主要的數據結構。對數據緩沖區中的每條消息，首先獲取它的Labe號，然后BIT_DEFINE鏈表會依次鏈接該條消息定義的所有字段定義[7]。按照航電ICD數據庫對數據位的描述方法，就可以將該條消息中所有字段依次解析，得到實際的物理量。

4.3 實時數據的存儲

為了不影響系統運行的實時性，試驗前，首先鎖定一塊物理內存，以保證這塊物理內存區不會被操作系統換頁。試驗運行過程中，將總線采集接口卡緩沖區中的數據取出，并放到被鎖定的內存塊中，同時測試系統采用中斷機制，當鎖定內存塊將滿時，通過內存映射機制將內存中的所有數據映射到臨時文件中。

4.4 實時數據的測試的模塊劃分

資源管理模塊是對系統硬件資源和軟件資源的管理。實時模塊是整個系統的核心，它能夠實時透明地進行數據采集、記錄、發送、響應總線消息。事后處理模塊提供試驗后的數據處理和分析功能，包括數據導入、數據查詢、數據比較、統計分析、數據回放、報表生成和打印功能。數據庫模塊提供系統的后臺數據庫支持。

5 結 語

文中討論了總線系統測試與航電系統測試的關系，對航空總線測試系統中在接口控制文檔ICD方面進行了分析及理論研究， 并在實時ICD數據測試中對通用航空總線測試系統進行了分析。

參考文獻

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