飛機管理系統1394b總線測試技術研究

唐懷奎

摘 要：IEEE-1394總線是為商用電子系統應用而研發的，其諸多的動態特性并不適合安全關鍵的飛機管理系統的高確定性和高可靠性。據此，美國的洛克西德-馬丁公司領導的SAE工作組對IEEE-1394b規范開展一些改進和限制，形成滿足航天和航空高安全領域要求的AS5643協議總線，具有高實時性、高確定性和高可靠性的特性。本文簡述了飛機管理系統總線的基本拓撲結構和AS5643協議，并搭建了1394b總線仿真測試系統進行模擬，完成對飛機管理系統1394B總線測試技術研究。

關鍵詞：飛機管理系統;1394b總線;AS5643;測試技術

中圖分類號：V249.1;TP315文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）19-0095-03

Abstract： IEEE-1394 bus is developed for the application of commercial electronic system， and its many dynamic characteristics are not suitable for the high certainty and reliability of the safety critical aircraft management system. According to this， the SAE working group led by Lockheed Martin Company of the United States carried out some improvements and restrictions on the IEEE-1394b specification， forming the AS5643 protocol bus that meets the requirements of aerospace and aviation high security fields， with the characteristics of high real-time， high certainty and high reliability. In this paper， the basic topology and as5643 protocol of the aircraft management system bus were introduced， and the 1394b bus simulation test system was built to simulate， and the research on the 1394B bus test technology of the aircraft management system was completed.

Keywords： aircraft management system;1394b bus; as5643;test technology research

隨著IEEE-1394總線技術的快速發展，其被大量應用于航天和航空領域[1]。普通1394總線具有速度快、傳輸距離遠、能實現點對點傳輸、具有確定性和實時性和支持“熱插拔”等特點;但是由于其是由民用電子發展而來的，不具備高可靠性、高確定性的功能，無法滿足飛機管理系統總線的要求[2]。為實現高帶寬、高可靠性和高確定性的要求，美國汽車工程師協會（Society of Automotive Engineers，SAE）對IEEE-1394b增加了AS（Aerospace Standard）5643標準協議，即《用于軍事和飛行器應用的1394b接口需求》（SAE AS5643協議）。本文搭建了符合SAE AS5643協議的1394b總線仿真測試系統，完成對飛機管理系統1394b總線測試技術研究。

1 飛機管理系統總線拓撲結構

典型的飛機管理系統1394b總線采用3個余度設計，余度之間通過交叉通道數據鏈路（Cross Channel Data Link，CCDL）的方式連接[3]。每個余度由3條總線構成，每條總線包括1個控制節點（CC）和多個遠程節點（RN）功能點，各總線之間相互獨立通信。每條總線可采用環形和樹形結構，環形（Bus1和Bus2）可實現一次節點故障時正常工作。典型的飛機管理系統1394b總線拓撲結構如圖1所示。

2 SAE AS5643協議

SAE AS5643協議是面向航天航空領域的總線協議，是在IEEE-1394b基礎上形成的，通過對IEEE-1394b標準進行可靠性、確定性限制，滿足航天航空領域的需求[4]。通信可靠性約束和限定包括縱向奇偶校驗、健康狀態字、心跳字、CC分支狀態字。通信的確定性約束和限定包括網絡拓撲預分配、強制根節點、帶寬預分配、STOF包同步、使用異步流數據包、靜態分配通道號、匿名簽署消息。典型的基于STOF包同步示意圖如圖2所示。

3 1394b總線測試技術研究

1394b總線作為一種高帶寬、低延遲的總線通信協議，搭建飛機管理系統1394b總線仿真測試的最小系統，滿足1394b總線協議通信功能、性能的測試，為研究1394b總線測試提供基礎保障條件。

3.1 組成

1394b總線仿真測試系統連接如圖3所示。該系統是由1個三節點仿真卡、2個單節點仿真卡組成基本的網絡拓撲，用來模擬飛機管理系統總線節點通信。

3.2 工作原理

從協議層考慮，所有數據發送均采用異步流格式數據包，并使用邏輯通道號對各個基本通信單元進行尋址，保證所有節點地址不受拓撲變化的影響;同時，增加VPC和SVPC等校驗措施，既保證數據傳輸的實時性，又保證數據傳輸的準確性。CC通過廣播STOF包對網絡進行同步，并將STOF包發送時間作為本周期的起始時間。STOF包中包含特定信息，RN接收到STOF包后，判斷STOF包周期的合法性，如果為合法STOF包，則將接收到的STOF包的時間作為周期起始時間。CC和RN的各條消息均在以本身的周期起始時間開始計時的偏移處發送，避免消息沖突[5]。

3.3 測試研究

1394b總線仿真測試系統主要用于飛機管理系統1394b總線的模擬仿真及測試任務，實現總線通信、協議分析、總線監控、拓撲顯示、節點仿真、故障注入和檢測等功能。本節主要采用錯誤注入的方式進行測試技術研究[6]。

3.3.1 STOF包錯誤注入。STOF包發送是否注入錯誤（CC功能專用），可設置內容有VPC錯誤、數據頭CRC錯誤、數據體CRC錯誤。監控模式下STOF包錯誤注入顯示如圖4所示。

第一，VPC錯誤。選中VPC錯誤選項，同時對bit0-bit31按位進行錯誤注入，如果該位選中則此位VPC將出現錯誤。第二，頭CRC錯誤。設置STOF包是否出現頭CRC錯誤。第三，體CRC錯誤。設置STOF包是否出現數據體CRC錯誤。第四，注入周期數。設定對STOF錯誤注入的周期數量。

鼠標點擊“錯誤注入”，此時設置的錯誤條件生效。發送的STOF包將持續出現錯誤，除非出現以下情況：點擊了“錯誤清除”按鈕;節點停止運行并進行復位;故障注入周期數已經達到“注入周期數”設定的數值。

3.3.2 消息錯誤注入。選擇要進行錯誤注入的消息，如果節點沒有發送消息，“消息選擇”框將顯示為空，否則將以消息ID的形式列出當前節點發送所有消息，監控模式下消息錯誤注入顯示如圖5所示。

第一，頭CRC錯誤。設置對應消息是否出現頭CRC錯誤。第二，體CRC錯誤。設置對應消息是否出現數據體CRC錯誤。第三，VPC錯誤。選中VPC錯誤選項，同時對bit0-bit31按位進行錯誤注入，如果該位選中則此位VPC將出現錯誤。

鼠標點擊“錯誤注入”，此時設置的錯誤條件生效。發送的對應消息將持續出現錯誤，除非出現以下情況：點擊了“錯誤清除”按鈕;節點停止運行并進行復位;發送消息列表清除。

4 結語

本文主要介紹了AS5643協議對IEEE-1394b協議的限定和約束，并通過搭建1394b總線仿真測試系統，完成飛機管理系統1394b總線錯誤注入的模擬仿真測試，為飛機管理系統1394b總線測試修理提供理論基礎。

參考文獻：

[1]魏艷艷，田澤，王宣明.一種CCDL的FPGA設計與實現[J].計算機技術與發展，2014（5）：120-124.

[2]馬寧，王宣明，鄭斐.飛機管理系統1394總線AS5643協議的設計與實現[J].航空計算技術，2013（6）：122-124，128.

[3]詹鵬，張振剛.AS5643總線優化傳輸方法研究[J].計算機測量與控制，2015（2）：571-573.

[4]田澤，侯曉東.AS5643協議的總線分析儀設計與實現[J].科學技術與工程，2013（32）：9749-9754.

[5]周前柏，趙剛，李愛軍.1394B總線在機電綜合管理系統設計中的應用[J].電子測試，2017（13）：34-35，21.

[6]趙彬，田澤，楊峰，等.基于AS5643協議的接口模塊設計與實現[J].計算機技術與發展，2013（8）：100-102，106.