摘 要： 主要針對(duì)AS5643網(wǎng)絡(luò)在航空電子應(yīng)用的特點(diǎn)，提供了一種AS5643網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)的通信功能自動(dòng)化測試方案，給出了軟件框架、流程和硬件架構(gòu)，構(gòu)建了包含多CC節(jié)點(diǎn)和RN節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)測試流程?？蔀椴捎迷摼W(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)在線功能測試提供參考方法，并為后期生產(chǎn)和維護(hù)提供幫助。

關(guān)鍵詞： AS5643網(wǎng)絡(luò)； 航空電子； 自動(dòng)化測試； 通信節(jié)點(diǎn)

中圖分類號(hào)： TN711?34； TP336 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）07?0005?03

Research on automatic test technology of AS5643 network

ZHANG Zhengang

（Southwest China Institute of Electronic Technology， Chengdu 610036， China）

Abstract： According to the application characteristics of AS5643 network in avionics， a communication function automatic testing scheme of the AS5643 network′s communication node is proposed. The software framework， technological process and hardware architecture are given. The network testing process including multiple CC nodes and RN nodes was constructed. The technology can provide a reference method for the on?line function test of the system using the AS5643 network， and a help for the later production and maintenance.

Keywords： AS5643 network； avionics； automatic test； communication node

0 引 言

IEEE1394是由美國一家消費(fèi)產(chǎn)品公司制定的一種高速串行總線通信標(biāo)準(zhǔn)，具有速度高、成本低、即插即用等特點(diǎn)，美軍在F35的研制過程中選取該技術(shù)作為飛控平臺(tái)的主總線，并對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了裁剪、定制、增強(qiáng)，形成了AS5643總線標(biāo)準(zhǔn)。AS5643網(wǎng)絡(luò)作為一種基于IEEE1394接口的通信標(biāo)準(zhǔn)[1]，在飛機(jī)航電系統(tǒng)等平臺(tái)中的安全關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛[2?3]。

AS5643網(wǎng)絡(luò)在采用AS5643技術(shù)作為系統(tǒng)的通信系統(tǒng)的研制和生產(chǎn)過程中，網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)都要進(jìn)行驗(yàn)證[4]。由于AS5643網(wǎng)絡(luò)上具有單CC節(jié)點(diǎn)，通信端口冗余備份和底層自組網(wǎng)等特點(diǎn)[5?6]，如何解決一個(gè)多CC節(jié)點(diǎn)、RN節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功能測試和通信端口全覆蓋測試的問題需要進(jìn)行深入研究和解決。

本文通過分析AS5643網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，通過軟件控制鏈路層使能實(shí)現(xiàn)CC/RN節(jié)點(diǎn)自動(dòng)切換和軟件控制物理端口關(guān)閉去冗余等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信功能的一種自動(dòng)化測試方法。

1 AS5643網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

（1） AS5643具有環(huán)路冗余特性

AS5643網(wǎng)絡(luò)總線采用1394B總線接口，通過環(huán)路冗余可以在某個(gè)節(jié)點(diǎn)端口失效后，通過環(huán)路上其他路徑完成通信功能。1394B總線初始化過程中底層進(jìn)行自動(dòng)組網(wǎng)，并將環(huán)路打破形成樹形網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。由于這個(gè)特征，在網(wǎng)絡(luò)中如果有多個(gè)環(huán)路物理連接存在，正常工作期間，節(jié)點(diǎn)間通信采用的端口是不確定的，如圖1所示。因此自動(dòng)化測試應(yīng)該解決確定的端口問題。

（2） CC節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一配置時(shí)隙

AS5643網(wǎng)絡(luò)總線采用1394B總線中的異步流數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行傳輸，具有匿名消息傳輸、靜態(tài)分配通信帶寬、時(shí)分多址等特點(diǎn)?？偩€網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)按照CC節(jié)點(diǎn)發(fā)送的STOF報(bào)文確定一次通信周期的時(shí)間基點(diǎn)，并依照CC節(jié)點(diǎn)下發(fā)的時(shí)間偏移或者預(yù)置的時(shí)間偏移發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。由總線的特點(diǎn)可以得出，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只能存在一個(gè)時(shí)間基點(diǎn)，不能存在兩個(gè)或者多個(gè)具備CC功能的節(jié)點(diǎn)。在安全關(guān)鍵系統(tǒng)中，為了避免單點(diǎn)故障帶來災(zāi)難性的風(fēng)險(xiǎn)，通常會(huì)設(shè)計(jì)CC節(jié)點(diǎn)的備份硬件。自動(dòng)化測試應(yīng)該解決CC節(jié)點(diǎn)和備份節(jié)點(diǎn)功能切換的問題。

2 自動(dòng)化測試方案

2.1 硬件架構(gòu)

圖2為一個(gè)多CC和多RN節(jié)點(diǎn)組成的一個(gè)AS5643網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方案的測試硬件架構(gòu)。節(jié)點(diǎn)1為一個(gè)CC節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)2為另外一個(gè)CC節(jié)點(diǎn)。本文根據(jù)該例闡述AS5643網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化測試技術(shù)。

CC節(jié)點(diǎn)和RN節(jié)點(diǎn)完成AS5643協(xié)議層的功能，通過主機(jī)接口接入應(yīng)用CPU。應(yīng)用運(yùn)行在嵌入式CPU上完成通信功能。為了完成通信功能的自動(dòng)測試，所有嵌入式CPU和AS5643通信功能測試儀通過管理以太網(wǎng)、USB接口接入主控計(jì)算機(jī)，接受主控計(jì)算機(jī)的控制，上板信息，協(xié)同完成自動(dòng)測試。為了實(shí)現(xiàn)軟件的自動(dòng)化測試，所有節(jié)點(diǎn)通過獨(dú)特的MARK地址標(biāo)識(shí)身份，軟件根據(jù)地址標(biāo)識(shí)進(jìn)入不同的分支。

2.2 嵌入式CPU軟件架構(gòu)

嵌入式CPU作為節(jié)點(diǎn)板卡的主機(jī)，運(yùn)行節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)程序，并具有由管理程序接受主控計(jì)算機(jī)的控制管理功能，調(diào)用API接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)板卡的對(duì)應(yīng)配置。嵌入式CPU的軟件組成如圖3所示。

管理軟件：管理軟件位于嵌入式CPU軟件結(jié)構(gòu)中的頂層，完成主控軟件的命令解析，并上報(bào)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行階段和狀態(tài)。流程控制組件依據(jù)發(fā)送給當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的控制命令控制軟件的工作階段，負(fù)責(zé)調(diào)度其他組件。同時(shí)，管理軟件需要根據(jù)接收指令使能/禁用鏈路層芯片、使能/禁用主控軟件指定的端口號(hào)。

AS5643通信組件：AS5643通信組件接受管理軟件的調(diào)度，按照管理軟件下發(fā)的指令設(shè)置通信參數(shù)以及節(jié)點(diǎn)的工作類型，完成測試報(bào)文的組包和解包。

節(jié)點(diǎn)子卡驅(qū)動(dòng)：完成總線節(jié)點(diǎn)初始化配置等，完成應(yīng)用層報(bào)文和鏈路層發(fā)送數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和適配。

鏈路層使能接口：接受管理軟件的控制，實(shí)現(xiàn)鏈路層芯片的使能和禁用功能。

物理層使能接口：設(shè)置管理軟件的控制，實(shí)現(xiàn)物理層端口的使能和禁用功能，接口參數(shù)包含節(jié)點(diǎn)每個(gè)物理端口的使能/禁用狀態(tài)。

身份識(shí)別組件：根據(jù)MARK地址信息上報(bào)管理軟件當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的編號(hào)。

2.3 測試策略

為了減少測試時(shí)間，利用1394B總線上端口禁用的功能可以實(shí)現(xiàn)所有端口的測試覆蓋，測試策略應(yīng)該盡快找到覆蓋全部物理端口的方案。

測試策略1：

關(guān)閉所有節(jié)點(diǎn)的B端口，以及節(jié)點(diǎn)2的C端口，打開其他所有節(jié)點(diǎn)的物理端口。如圖4所示為策略1去除端口冗余后實(shí)際使用端口的情況。所有節(jié)點(diǎn)依次和通信功能測試儀進(jìn)行通信，測速過程中節(jié)點(diǎn)1測試時(shí)關(guān)閉節(jié)點(diǎn)2的鏈路層芯片，反之關(guān)閉節(jié)點(diǎn)1的。該測試策略完成后，覆蓋了所有節(jié)點(diǎn)通信功能的驗(yàn)證，以及節(jié)點(diǎn)2的A端口、其他所有節(jié)點(diǎn)的A、C端口的通信測試。

測試策略2：

關(guān)閉節(jié)點(diǎn)1，3，5的A、C端口，打開其他所有節(jié)點(diǎn)的物理端口。如圖5所示為策略2去除端口冗余后實(shí)際使用端口的情況。節(jié)點(diǎn)依次和通信功能測試儀進(jìn)行通信，節(jié)點(diǎn)1測試時(shí)關(guān)閉節(jié)點(diǎn)2的鏈路層芯片，反之關(guān)閉節(jié)點(diǎn)1的。測試策略完成后，節(jié)點(diǎn)2的C端口、其他所有節(jié)點(diǎn)的B端口得到了驗(yàn)證。

2.4 自動(dòng)測試流程

主控軟件根據(jù)策略的定義實(shí)現(xiàn)測試用例的組合和調(diào)度。通過以太網(wǎng)、USB接口和嵌入式CPU進(jìn)行指令交互。在測試流程中，主控軟件集中控制通信節(jié)點(diǎn)和AS5643功能測試儀的工作流程，并收集處理它們上報(bào)的信息，自動(dòng)得出測試結(jié)果。自動(dòng)化測試軟件流程圖見圖6。

3 測試驗(yàn)證分析

該AS5643網(wǎng)絡(luò)通信功能自動(dòng)化測試技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在某型ICNI設(shè)備研制過程上，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的測試結(jié)果如表1所示。該測試技術(shù)能夠充分驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)的通信功能以及端口的有效性。

4 結(jié) 論

現(xiàn)有的AS5643總線多用于線纜環(huán)境，在機(jī)箱內(nèi)的AS5643總線通過印制線互聯(lián)，本文通過軟件手段和策略的選取實(shí)現(xiàn)了通信功能驗(yàn)證和端口驗(yàn)證的全覆蓋。該技術(shù)可構(gòu)建于系統(tǒng)在線測試過程中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的自檢等功能，已經(jīng)成功應(yīng)用于某型航電設(shè)備的研制過程中，節(jié)省了大量的測試時(shí)間，大大降低了研制時(shí)工程人員花費(fèi)在試驗(yàn)過程的時(shí)間和精力。

參考文獻(xiàn)

[1] IEEE Computer Society. IEEE standard for a high?performance serial bus?amendment 2： IEEE Std 1394b [S]. New York： American National Standards Institute， 2000.

[2] 詹鵬，張振剛.AS5643總線優(yōu)化傳輸方法研究[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2015（2）：571?573.

[3] GWALTNEY D A， BRISCOE J M. Comparison of communication architectures for safety critical embedded systems [R]. Stanford： SRI International， 2001.

[4] Avionic Subsystems Committee. IEEE?1394b interface requirements for military and aerospace vehicle applications： AS5643 [S]. US： SAE， 2004.

[5] WANG Ming， ZHANG Chunxi， YI Xiaosu. Performance evaluation of IEEE 1394b serial bus with deterministic and stochastic Petri Nets [J]. China communications， 2013， 10 （2）： 121?133.

[6] BAI Haowei. Analysis of a SAE AS5643 Mil?1394b based high?speed avionics network architecture for space and defense applications [C]// Proceedings of 2007 IEEE Aerospace Conference. Glendale： IEEE， 2007： 1?9.