ARINC659總線是一種在總線傳輸時(shí)間和存儲(chǔ)空間上具有高容錯(cuò)性和高冗余度的底板總線［1］，并以其特有的總線校驗(yàn)機(jī)制，很好地解決了航空電子系統(tǒng)對(duì)于底板總線的高可靠性要求問(wèn)題。ARINC659總線協(xié)議規(guī)定了總線物理層以及數(shù)據(jù)鏈路層傳輸協(xié)議［2］，各設(shè)備廠家可以按照該協(xié)議開(kāi)發(fā)相應(yīng)的ARINC659總線設(shè)備。ARINC659總線設(shè)備只有在通過(guò)了協(xié)議測(cè)試之后，才能保證在各種應(yīng)用環(huán)境的處理一致性，并保證不會(huì)由于某一設(shè)備異常的響應(yīng)對(duì)其余設(shè)備造成影響。因此在設(shè)計(jì)ARINC659總線產(chǎn)品時(shí)，如何完成對(duì)總線物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的測(cè)試是確保產(chǎn)品安全可靠使用的關(guān)鍵。本文針對(duì)ARINC659總線的測(cè)試，搭建了ARINC659總線測(cè)試平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上對(duì)ARINC659總線測(cè)試技術(shù)進(jìn)行分析，提供了一種ARINC659總線測(cè)試的方法。

1 ARINC659總線測(cè)試平臺(tái)構(gòu)架

ARINC659總線測(cè)試平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，由ARINC659總線測(cè)試系統(tǒng)和被測(cè)系統(tǒng)組成。測(cè)試系統(tǒng)主要由總線故障注入電路和信號(hào)測(cè)試接口組成。

圖1 ARINC659總線測(cè)試平臺(tái)

1.1 總線故障注入電路

ARINC659總線是一種雙－雙備份的串行總線［3］，具有很強(qiáng)的容錯(cuò)能力。總線故障注入電路，可以使1路、2路、3路、4路通信線路信號(hào)在傳輸時(shí)失效，這樣能檢驗(yàn)ARINC659總線的故障處理能力。總線故障注入只是干擾總線傳輸正確信號(hào)，不會(huì)損壞產(chǎn)品系統(tǒng)，根據(jù)BTL電平的特點(diǎn)，注入的故障分為接地和斷開(kāi)兩種方式。

1.2 信號(hào)測(cè)試接口

測(cè)試平臺(tái)需要設(shè)計(jì)總線測(cè)試接口，以便利用總線分析儀、邏輯分析儀和示波器等監(jiān)控設(shè)備監(jiān)測(cè)總線傳輸?shù)男盘?hào)，測(cè)試通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的正確性。

2 ARINC659總線測(cè)試方法

軟件測(cè)試一般分為白盒測(cè)試和黑盒測(cè)試兩種［4］。協(xié)議測(cè)試屬于黑盒測(cè)試，即通過(guò)控制觀察被測(cè)協(xié)議實(shí)現(xiàn)的外部行為對(duì)其做出評(píng)價(jià)，而不涉及協(xié)議實(shí)現(xiàn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。ARINC659總線測(cè)試分為物理層測(cè)試和數(shù)據(jù)鏈路層測(cè)試兩個(gè)方面。

2.1 物理層測(cè)試

ARINC659總線物理層規(guī)定了底板總線的電氣特性，主要從總線接口信號(hào)線、信號(hào)線電氣特性、總線編碼、收發(fā)器使能和物理隔離等幾個(gè)方面進(jìn)行測(cè)試，利用總線分析儀、邏輯分析儀和示波器等監(jiān)控設(shè)備通過(guò)信號(hào)測(cè)試接口監(jiān)測(cè)總線傳輸?shù)男盘?hào)，測(cè)試通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的正確性。ARINC659總線物理層的測(cè)試主要如表1所示。

2.1.1 總線對(duì)

（1）總線數(shù)據(jù)線

包含4條獨(dú)立總線，每條總線包含兩根數(shù)據(jù)信號(hào)線，發(fā)送數(shù)據(jù)2 bit/min， Data0發(fā)送較低位，Data1發(fā)送較高位。信號(hào)被驅(qū)動(dòng)時(shí)為低，未驅(qū)動(dòng)時(shí)為高。信號(hào)類型為BTL電平。

（2）總線時(shí)鐘線

包含4條獨(dú)立總線，每條總線包含一根時(shí)鐘信號(hào)線。信號(hào)電平為BTL電平。

2.1.2 電氣性能

（1）總線數(shù)據(jù)及時(shí)鐘線要求

信號(hào)線阻抗需要保證從模塊輸出到底板任一端的終端電阻時(shí)，電壓的最大升幅小于100 mV。任何兩個(gè)LRM連接到底板的所有帶隙地之間的電壓差別不能超過(guò)50 mV；

（2）模塊數(shù)據(jù)及時(shí)鐘線直流要求模塊電氣特性如表2所示。

（3）總線數(shù)據(jù)及時(shí)鐘線直流要求如表3所示。

2.1.3 物理隔離

為保證ARINC659總線余度機(jī)制具有最佳的容錯(cuò)性，在底板和總線接口節(jié)點(diǎn)上要作充分隔離，包括元器件物理位置和安排、總線的走線和信號(hào)的電氣隔離。

（1）BIU隔離：使用 2個(gè)獨(dú)立封裝的協(xié)議處理芯片，4 條總線使用分離的收發(fā)器，使用獨(dú)立的晶振、表存儲(chǔ)器等；

（2）供電隔離：每一條總線（Ax、Ay、Bx和By）都必須獨(dú)立供電，每個(gè)總線組的端接器電源也必須是獨(dú)立的；

（3）總線隔離：如果沒(méi)有被另外的導(dǎo)線或平面隔開(kāi)，則Ax與Bx數(shù)據(jù)線之間、Ay與By數(shù)據(jù)線之間都必須隔開(kāi)至少0.304 8 cm或更多；時(shí)鐘線間必須隔開(kāi)至少0.304 8 cm或更多；時(shí)鐘線可能與數(shù)據(jù)線相互交叉。

2.2 數(shù)據(jù)鏈路層測(cè)試

ARINC659協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層測(cè)試主要是被測(cè)設(shè)備輸出的各種總線操作其時(shí)序波形和對(duì)出錯(cuò)的總線時(shí)序波形的標(biāo)識(shí)和處理是否符合ARINC659協(xié)議中的規(guī)定。

測(cè)試過(guò)程中可使用示波器、邏輯分析儀監(jiān)控總線上的波形，檢查各種總線操作時(shí)序波形是否符合協(xié)議規(guī)定。通過(guò)總線故障注入電路在總線上注入各種總線錯(cuò)誤，并通過(guò)總線分析儀、邏輯分析儀和示波器監(jiān)控注入的故障是否有效，在注入有效的狀態(tài)下，檢查被測(cè)模塊的執(zhí)行情況。

2.2.1 總線消息測(cè)試

（1）初始化同步測(cè)試。主要對(duì)初始化同步功能進(jìn)行測(cè)試，包括初始化同步脈沖和初始化同步數(shù)據(jù)是否符合協(xié)議要求。

（2）長(zhǎng)短同步驗(yàn)證。主要對(duì)長(zhǎng)短同步功能進(jìn)行測(cè)試，包括長(zhǎng)短同步脈沖的發(fā)送和接收、長(zhǎng)同步數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收、各種狀態(tài)下BIU的長(zhǎng)短同步收發(fā)、主后備長(zhǎng)同步發(fā)送和接收是否符合協(xié)議要求。

（3）數(shù)據(jù)傳輸功能測(cè)試。數(shù)據(jù)傳輸功能包括基本消息傳輸和主后備消息傳輸，基本消息傳輸即從單個(gè)發(fā)送器向一個(gè)或多個(gè)接收器傳送數(shù)據(jù)，主/后備消息傳輸即從多個(gè)后備發(fā)送器之一向一個(gè)或多個(gè)接收器傳送數(shù)據(jù)。基本消息傳輸包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸、廣播數(shù)據(jù)傳輸、不同GAP下的收發(fā)、各種數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)收發(fā)。主后備消息傳輸包括最小GAP和DELTA下數(shù)據(jù)主后備收發(fā)、不同GAP下的收發(fā)、不同DELTA下的主后備收發(fā)、各種數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)收發(fā)。

2.2.2 總線故障注入測(cè)試

總線故障注入測(cè)試可根據(jù)配置在每條總線上注入以下類型的故障，包括長(zhǎng)時(shí)間故障、瞬時(shí)故障、毛刺和干擾。長(zhǎng)時(shí)間故障是指長(zhǎng)時(shí)間總線被拉高或拉低，瞬時(shí)故障是指在短時(shí)間內(nèi)總線被拉高或拉低，毛刺和干擾指總線上出現(xiàn)不期望的高或者低的隨干擾脈沖，根據(jù)ARINC659總線特點(diǎn)，對(duì)永久性故障模式進(jìn)行測(cè)試，包括一路故障、兩路故障、三路故障、四路故障測(cè)試。其中一路故障又可以細(xì)分為時(shí)鐘故障或者數(shù)據(jù)故障；兩路故障、三路故障、四路故障均可以再細(xì)分為時(shí)鐘總線故障、數(shù)據(jù)總線故障以及時(shí)鐘總線和數(shù)據(jù)總線故障的組合。對(duì)瞬時(shí)性故障也可以按照永久性故障的劃分進(jìn)行，同時(shí)瞬時(shí)性故障還包括故障的類型、發(fā)生時(shí)機(jī)及持續(xù)的周期，其中故障類型可分為高脈沖毛刺、低脈沖毛刺及相關(guān)組合。發(fā)生時(shí)機(jī)可根據(jù)總線上的消息進(jìn)行分類，包括數(shù)據(jù)消息、同步消息以及總線空閑時(shí)。故障的持續(xù)時(shí)間可根據(jù)總線協(xié)議要求，分為小于6 ns的隨機(jī)毛刺以及大于6 ns的隨機(jī)毛刺。根據(jù)以上故障模式，利用ARINC659總線測(cè)試平臺(tái)的總線故障注入電路，驗(yàn)證在各種總線故障情況下的總線傳輸功能、錯(cuò)誤標(biāo)志指示是否符合協(xié)議要求，通過(guò)讀取發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)位和接收數(shù)據(jù)狀態(tài)位，根據(jù)圖2和圖3判斷測(cè)試結(jié)果，完成ARINC659總線相關(guān)故障的相關(guān)測(cè)試。發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)位描述如圖2所示。

圖2 發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)位描述

（1）V：發(fā)送數(shù)據(jù)有效標(biāo)志位。1表示主機(jī)已經(jīng)將數(shù)據(jù)寫入對(duì)應(yīng)的收發(fā)通道，可以發(fā)送。0表示主機(jī)尚未準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，發(fā)送操作將被跳過(guò)。

（2）MS：主/后備消息窗口競(jìng)爭(zhēng)獲勝者代碼

①00：接收到主/基本模塊數(shù)據(jù)；

②01：接收到后備1模塊數(shù)據(jù)；

③10：接收到后備2模塊數(shù)據(jù)；

④11：接收到后備3模塊數(shù)據(jù)。

（3）SF：發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)標(biāo)志位

①00：發(fā)送正確地完成；

②01：發(fā)送沒(méi)有開(kāi)始；

③10：在發(fā)送過(guò)程中出現(xiàn)不可糾正錯(cuò)誤；

④11：未定義。

EAX、EAY、EBX和EBY是4根數(shù)據(jù)線的出錯(cuò)標(biāo)識(shí)位，高電平表示發(fā)送過(guò)程中該位數(shù)據(jù)線出錯(cuò)。接收數(shù)據(jù)狀態(tài)位如圖3所示。

圖3 接收數(shù)據(jù)狀態(tài)位描述

（1）V：接收數(shù)據(jù)有效標(biāo)志位。0表示在接收過(guò)程中出現(xiàn)不可糾正的錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)無(wú)效。1表示接收數(shù)據(jù)有效。

（3）RF：接收數(shù)據(jù)狀態(tài)標(biāo)志位

①00：接收正確地完成；

②01：未接收到任何有效數(shù)據(jù)；

③10：接收到部分有效數(shù)據(jù)；

④11：未定義。

EAX、EAY、EBX和EBY是4根數(shù)據(jù)線的出錯(cuò)標(biāo)識(shí)位，高電平表示接收過(guò)程中該位數(shù)據(jù)線出錯(cuò)。

3 結(jié)論

ARINC659總線是一種雙－雙備份的通信總線，應(yīng)用ARINC659總線能有效降低高度綜合化的電子系統(tǒng)的復(fù)雜性［5］，提高可靠性。本文研究ARINC659總線的測(cè)試方法，能保證通過(guò)測(cè)試的各個(gè)設(shè)備廠家ARINC659總線設(shè)備在各種應(yīng)用環(huán)境處理一致性，不會(huì)由于某一設(shè)備異常的響應(yīng)對(duì)其余設(shè)備造成影響，提高了ARINC659總線設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性。
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