一種多接口通信模塊測試試驗設備的設計

徐玉杰,孟 博,錢軍琪

(航空工業西安航空計算技術研究所,陜西 西安 710065)

1 研究背景

光纖通道(FC)以其高帶寬、低延時、強可靠性、拓撲結構靈活等特點成為新一代航空電子系統的主干網絡[1]。航電網絡分布范圍廣、連接復雜,各分系統接入FC網絡的需求增加,但因產品繼承性、數據帶寬、實時性要求等諸多因素,分系統內部采用的總線形式多樣,種類繁多[2]。某多接口模塊集成了FC網絡接口、CAN總線接口及Camlink接口,已大量使用。初期設計驗證階段的各種復雜測試儀器及設備顯然無法滿足產品量產需求,如何快速完成批量生產、調試及試驗交付對產品的推廣應用,提升用戶滿意度顯得尤為重要。

本文針對該多接口模塊,設計一種可以實現批量產品測試、試驗的集成測試設備,可有效地降低測試及試驗成本,減少人力成本,縮短交付周期,提高多接口模塊的驗證可靠性和完整性。

2 設計思想

多接口模塊作為一種標準的嵌入式多接口轉換單元,內嵌于航電各分系統設備中,其用量極大。因此,該產品量產測試及試驗設備需滿足如下要求。

(1)滿足FC、CAN及Camlink3種接口通信測試；(2)滿足大量多接口模塊同時開展測試驗證及環境試驗、交付等工作；

(3)盡量采用產品之間對傳通信進行測試,減少激勵源等設計的復雜度,提高設備可靠性。

依據需求分析及上述設計思想,本文設計的集成測試設備擬采用如圖1所示的架構。其中多接口模塊CAN接口采用對傳方式進行測試,Camlink單向接口使用外部激勵源發送特定數據,開發專用FC交換設備完成FC接口測試,總體設計如圖1所示。

圖1 測試設備總體設計示意

3 硬件總體設計

本方案所設計的測試試驗平臺采用VPX架構。該方案將集成測試設備分為兩個部分,分別為激勵源及適配機箱,激勵源主要提供Camlink數據源、FC數據交換以及數據處理；適配機箱用于為多接口模塊提供電源、加固安裝以及FC及Camlink接口引出及適配。激勵源與適配機箱之間使用高可靠線纜提供Camlink通路及FC光通路。

3.1 激勵源的設計

激勵源主要實現CamLink數據源、FC數據源、FC數據接收及比對,并生成測試報告。

采用模塊化的設計思想實現激勵源的各種功能,激勵源包括CamLink數據源、FC交換模塊及處理器單元。激勵源工作在試驗室環境下,環境適應性要求不高。因此,激勵源中的各種模塊應盡量采用商用成熟模塊,減少開發成本降低開發風險。

CamLink數據源主要功能是按照預先設置的格式及規則生成特定的CamLink數據,CamLink數據源商用較多,技術成熟。FC接口的測試主要考慮成本因素,普通的FC節點價格昂貴,如果每個被測模塊的FC接口都使用一個FC節點機進行測試,會造成很大浪費,因此采用一個FC交換模塊,可同時提供多路FC接口的測試。激勵源中集成的處理器模塊主要產生FC測試數據、接收FC接口數據并進行比對,同時生成測試報告。

3.2 多接口模塊機箱設計

多接口模塊測試試驗適配機箱用于安裝固定多接口模塊,并隨受試產品進行環境試驗,適配機箱由結構件、底板、多接口模塊適配轉接板組成,適配機箱采用VPX結構進行設計[3]。

結構件的設計主要解決多接口模塊的散熱及加固問題,本設計采用通用航空機箱的設計方法進行設計和生產,采用加厚機箱壁和外部翅片設計,增加機箱熱容量及散熱能力。

多接口模塊適配轉接板采用標準的3U VPX結構,采用符合VITA42標準的要求的軍用連接器。每塊轉接板上安裝兩塊多接口模塊,在轉接板實現CAN總線互聯,其次將FC光接口及Camlink接口信號引出到底板。

底板的功能主要包括電源轉換、Camlink及FC接口信號引出。電源轉換采用直流大功率電源將28V轉換成5V,為至少8個多接口模塊提供電源。Camlink及FC接口信號使用航空連接器引出到機箱外部,方便線纜的安裝及拆卸。

4 軟件設計

多接口模塊Camlink接口為單向輸入接口,數據在模塊中經協議轉換輸出到FC接口,FC數據幀格式為長消息；CAN接口主要傳輸指令類數據,為雙向數據,模塊中與FC接口實現協議轉換,FC數據幀格式為短消息。根據多接口模塊的這一特點,本設計中采用長消息通信及短消息通信完成產品測試。

4.1 Camlink及FC接口測試

采用長消息通信完成Camlink及FC接口測試,流程如下:Camlink激勵源數據通過線纜傳輸給受測模塊,視頻數據在受測模塊中完成協議轉換,以FC長消息格式封裝后通過FC交換模塊最終送往處理器模塊進行數據處理比對,生成測試報告。

4.2 Can總線及FC接口測試

采用短消息通信完成CAN總線及FC接口測試,短消息測試數據流示意圖如圖2所示。

圖2 短消息數據流

激勵源中處理器模塊產生測試數據,以FC短消息的形式通過FC交換模塊發送給受測模塊1,受測產品完成FC短消息與CAN協議數據轉換后發送給受測模塊2,受測模塊2完成CAN協議與FC短消息的數據轉換后封裝成FC短消息,通過FC交換模塊最終到達處理器模塊,在處理器模塊中進行數據處理比對,生成測試報告。

5 結語

本文設計的多接口通信模塊測試試驗設備可同時實現多塊產品同時開展自動測試及試驗,大大減少了產品測試的人力成本,縮短測試及試驗周期。測試設備采用模塊化設計思想,降低設備開發成本和風險,便于后期設備的維護。同時設計充分考慮了該設備長期重復開展環境試驗的要求,將設備分成兩個部分,功能復雜的激勵源部分處于試驗室環境,免受環境試驗應力破壞,大大提高了設備中激勵源的使用壽命,為后續產品批量生產、測試、試驗及交付提供了保證。