多總線測試技術研究及應用

李陽

摘要：現階段大多數飛機均采用模塊化設計、模塊化制造、模塊化交付的原則，在每一架飛機的機載成品裝機之前，均進行4個分系統的地面交付試驗，以保證各部段功能和性能指標滿足設計要求。4個系統均含有多種總線，系統總線比較復雜。現設計一套通用的、集AFDX總線、HB6096總線、GJB289A總線、CAN總線測試為一體的總線測試設備具有重要意義，不僅能夠節約生產成本，更好的支持飛機各系統的開發，同時還能為機載設備的故障定位提供可靠的依據。

關鍵詞：多總線測試；CAN總線；數據網絡

中圖分類號TN4 文獻標識碼A 文章編號2095-6363（2016）06-0216-02

1.測試系統與被測總線連接方式設計

多總線測試系統的研制目的即監控飛機各總線上傳輸的數據流，在不破壞飛機任何總線結構的情況下，同時不影響各個機載設備正常工作時，將總線監控設備接入各總線當中，與飛機上各總線接口兼容是本設計的關鍵技術，此外防差錯設計從結構上消除了差錯的可能性。由于各總線連接特性的不同，分別設計了以下4種的總線連接方式：

1）CAN總線連接方式。CAN總線是一種串行通訊總線，CAN中繼器是CAN總線系統組網的重要設備，在中繼器節點下面可以繼續接底層通訊測量節點，可以將該節點的另一組接口與遠程節點組成一個新的臨時CAN網絡，實現兩個子網報文數據之間的轉發。CAN總線信號在通過中繼器后，其強度將還原到初始狀態，增加了現場總線的節點驅動數量，同時也易于進行網絡的擴展。該方案支持雙向數據傳輸。

2）GJB289A總線連接方式。目前G-JB289A數據總線系統基本都采用變壓器耦合方式。各終端均通過短截線和一個耦合變壓器來與主總線相連，其中主總線為整個總線的主干部分，短截線用于連接各終端的分支部分，要求所有的主總線與短截線均使用帶屏蔽的雙絞線，以提高系統的抗干擾能力。耦合變壓器是主總線與短截線的連接點，在主總線兩端的耦合器還需接入終止器。本文設計的多總線測試設備在GJB289A總線系統中充當的就是總線監控器（BM）角色。

3）AFDX總線連接方式。飛機中AFDX網絡的拓撲結構設計為星形結構。交換機是整個網絡的核心設備，交換機通過接收總線數據和轉發總線數據完成數據包從源端機載設備到目的端機載設備的傳輸，交換機在轉發過程中執行數據過濾功能，還對數據包進行調度管理，防止網絡沖突造成的丟失數據和錯誤數據現象；鏈路實現了帶寬資源的有效分配和隔離，是一個終端到另一個終端之間的單相邏輯路徑；終端為接入AFDX網絡中不同的機載設備。將多總線監控系統的測試端口與交換機的監控端口通過特制電纜相連即完成了外部的電氣連接。測試過程包括以下5個步驟：第一，向交換機加載本次監控數據所需要用的配置表，使交換機按照配置表轉發數據；第二，給交換機設置Pin值，讓交換機按按照位置獲取相應的配置表然后進行數據的轉發；第三，重啟交換機，使交換機的配置恢復有效；第四，向交換機發送驅動離散量信號，使交換機對所收到的總線數據進行處理，然后通過監控端口轉發至多總線測試設備；第五，分析監控結果。

4）HB6096總線連接方式。HB6096總線數據傳輸是一種串行通信，數字信息通過一對單向、差分耦合、雙絞屏蔽線傳輸。對于HB6096總線連接方式的設計是在不影響飛機系統機載設備正常工作情況下，做該型總線的電連接器延長線，在延長線上分出兩組線與多總線監控設備相連。

2.監控系統的硬件系統設計

多總線測試設備采用高密度組裝形式，由便攜式加固計算機、GJB289A總線測試板卡、HB6096總線測試板卡、CAN總線測試板卡、AFDX總線測試板卡五部分組成，各測試板卡通過PCI主橋與便攜式加固計算機的處理模塊FPGA之間實現數據交互。

1）GJB289A總線測試板卡。G-JB289A總線測試板卡是一種智能化、通用化的多路傳輸總線通信接口，可以在同一時刻支持Bc（總線控制器）、32個RT（遠程終端）、BM（總線監控器）這3種總線終端，用戶可以在一張板卡上完成整個G-JB289A總線系統的仿真功能。在進行總線監控時，通常使用BM（總線監控器）模式。BM模式提供了監視和記錄所有消息的功能，包括消息的時間標記和命令、數據、狀態的錯誤信息，也可以過濾掉某些消息，過濾基于命令字處理模式。

2）ITB6096總線測試板卡。從系統的測試功能分析，HB6096總線測試板卡作為與HB6096總線數據的接口完成16位并行總線到HB6096串行總線之間的數據轉換。HI 3582芯片是高性能COMS型HB6096專用接口芯片，FPGA根據Hl 3582芯片的接口特點，驅動Hl 3582完成ttB6096總線上的數據讀、寫操作，此外，HI 3582工作需要1MHz時鐘由FPGA產生。接口轉換電路有效的橋接了測試板卡內部總線與主控計算機的PCI總線，起到了連接橋梁的作用。

3）CAN總線測試板卡。CAN總線測試板卡采用微控制器+CAN總線控制器+CAN總線收發器這種實現方式。其中微控制器進行信號采樣、實時控制以及管理CAN總線通信等功能；CAN總線控制器主要實現CAN總線協議部分和與微控制器之間的電路接口；CAN總線收發器是CAN總線控制器和物理總線間必不可少的接口器件，也稱總線驅動器，兼容最新的CAN2.0A/B協議，接收CANH電平和CAN L電平，可以提供對總線的差動發送能力和對CAN控制器的差動接收能力。

4）AFDX總線測試板卡。類似于以上3種測試板卡的硬件結構，雙余度AFDX總線測試板卡的主要功能單元均在FPGA上實現。其中以太網接口是測試卡和物理網絡連接的接口，實現AFDX總線數據幀接收功能和發送功能；接口轉換電路是接口模塊測試卡和主機連接的接口，實現捕獲數據的上報功能和測試數據的下發功能；FPGA模塊實現AFDX協議特有的全部虛鏈路層功能如流量整形、虛鏈路調度、完整性檢查、冗余管理等；DPRAM模塊用于存儲發送虛鏈路和接收虛鏈路的數據、端系統的配置數據和端系統運行需用到的其他數據。

3.監控系統的軟件功能設計

總線監控軟件在Windows xP操作系統下運行，操作界面友好，使用方便。在總結了傳統單一總線監控設備基本功能的優勢與弊端后，并考慮實際應用中對多總線監控設備在功能上的特殊需求，設計了多總線監控設備具備的主要功能。

1）通用功能：能夠支持ARINC429總線、AFDX總線、CAN總線、GJB289A總線協議，實時對多通道數據進行采集；2）數據的采集功能：按照在總線監控設備上所配置的監控方案截取總線上傳輸的數據塊，并下載保存，檢查系統交聯數據的正確性以及指令發送、響應的正確性；3）數據實時解析功能：根據各型飛機接口控制文檔的相關信息將總線上監控的原始數據進行物理意義上的解析，方便現場操作人員查看；4）存儲與回放功能：總線監控設備在監控各總線數據的同時保存所有監控的數據，以報表的形式記錄至總線監控設備上，可以在不監控的情況下進行后續的數據離線分析與處理。回放時能夠按照向前、向后單步進行數據回放。

4.結論

本設計采用了集多種總線測試功能為一體的設計思路，所監控的總線包括1條雙余度AFDX總線、1條雙余度GJB289A總線、1條雙余度CAN總線、3條單余度CAN總線和數十條ARINC429總線。此外，對于航電系統、飛控系統、機電系統中采用的不同總線測試，將各總線測試功能進行有針對性、靈活的定置組合，能夠滿足不同系統的測試需求。