丁 進，徐國強

(江蘇自動化研究所，江蘇 連云港 222006)

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雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口自動切換測試模塊的設(shè)計與實現(xiàn)

丁 進，徐國強

(江蘇自動化研究所，江蘇 連云港 222006)

目前雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口得到了廣泛應(yīng)用，而專用測試設(shè)備匱乏，為解決這一問題，研制出基于單片機的雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口測試系統(tǒng)。雙冗余網(wǎng)絡(luò)自動切換測試系統(tǒng)使用AT89S51單片機作為主控芯片，采用MAX4890完成雙冗余網(wǎng)絡(luò)信號的切換，實現(xiàn)了對被測雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口快速自動切換的功能。該測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，小巧，切換動作快，配合網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)(如泰克、安捷倫等專用網(wǎng)絡(luò)測試設(shè)備)，能夠?qū)崿F(xiàn)對多臺雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備的切換和性能測試。本電路系統(tǒng)運行可靠、穩(wěn)定。

單片機；雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口；自動切換；眼圖測試

0 引 言

隨著電子系統(tǒng)可靠性要求越來越高，網(wǎng)絡(luò)接口雙冗余技術(shù)的應(yīng)用也逐漸普及，相關(guān)硬件和軟件技術(shù)手段已非常成熟。實現(xiàn)方案上，硬件采用Intel等廠商的網(wǎng)絡(luò)芯片，軟件通過編寫網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動，將網(wǎng)絡(luò)A和B組成1組雙冗余的網(wǎng)絡(luò)接口，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)接口A異常時，網(wǎng)絡(luò)接口B能夠在軟硬件支持的情況下自動切換到外部對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口上，網(wǎng)絡(luò)IP地址等信息不變，實現(xiàn)該雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口通信不間斷，對于通信對端設(shè)備實現(xiàn)了透明的切換通信，有效提高了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。

為了實現(xiàn)對雙冗余網(wǎng)路接口功能性能指標(biāo)的快速、高效測試，確保接口能夠滿足用戶和市場需求，需要開發(fā)一種測試系統(tǒng)，實現(xiàn)雙冗余網(wǎng)路接口的切換功能、切換時間等指標(biāo)的自動化測試，以改善目前通過手動切換雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口性能指標(biāo)測試的方法，提高可靠性和效率。

雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口產(chǎn)品的指標(biāo)一般包括能夠?qū)崿F(xiàn)自動切換的A、B通道，通信正常，切換時間快(一般不大于90 ms)。因此，開發(fā)1套雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口測試系統(tǒng)，需要包括以下幾個部分：被測雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口(DUT)，自動網(wǎng)絡(luò)切換設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)信號完整性測試設(shè)備。本文主要在基于自動網(wǎng)絡(luò)切換電路開發(fā)的基礎(chǔ)上，集成了FLUKE的網(wǎng)絡(luò)物理層測試設(shè)備和泰克的網(wǎng)絡(luò)信號完整性測試設(shè)備[1]，最終組成1套完整的雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口測試系統(tǒng)。

1 總體設(shè)計

為實現(xiàn)雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口的自動化測試，模塊以一款簡單通用的單片機作為核心，單片機選型AT89S51[2]，采用MAXIM公司提供的專用網(wǎng)絡(luò)切換芯片實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口的自動化選通和切換。外圍電路上，采用常用電源供電電路，實現(xiàn)對單片機和網(wǎng)絡(luò)切換芯片的5 V、3.3 V供電。通過采用RS232串口，編制通信協(xié)議和定義命令格式，實現(xiàn)與上位機的通信，并達到自動控制網(wǎng)絡(luò)接口切換的功能；通過狀態(tài)指示燈實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不同接口、不同通道切換后的狀態(tài)指示。模塊電路系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。模塊能夠自動實現(xiàn)對2路雙冗余共4路網(wǎng)絡(luò)自動切換的功能，提高測試的效率，同時能夠保證可靠性。

2 詳細(xì)設(shè)計

下面分別從硬件和軟件2個方面描述雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口切換測試系統(tǒng)的設(shè)計。

2.1 網(wǎng)絡(luò)切換硬件電路設(shè)計原理

現(xiàn)有常用的雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口主要有百兆和千兆網(wǎng)絡(luò)，為滿足雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口的切換測試需求，網(wǎng)絡(luò)切換芯片選用MAX4890[3]，該芯片特性如表1所示。

通過表1可以得出結(jié)論，設(shè)計用來專門進行網(wǎng)絡(luò)接口切換的芯片MAX4890能夠滿足切換需求，按照行業(yè)要求百兆網(wǎng)絡(luò)切換時間應(yīng)小于90 ms，該芯片本身的切換時間能夠滿足，其他的指標(biāo)也能夠滿足抗惡劣環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)切換需求。

表1 MAX4890芯片的特性

圖2所示為MAX4890芯片的實際硬件設(shè)計電路，設(shè)計中采用3.3 V電源供電，通過水晶頭將A、B 2路的網(wǎng)絡(luò)切換選通后，通過輸出端口進行對外連接。同時用1個跳線選擇自動化軟件控制切換或者手動選擇切換。若采用自動化切換方式，則由外部的串口通信控制單片機的一個控制引腳，該信號對MAX4890的SEL選擇信號進行選通；若采用手動切換方式，則通過手動撥碼開關(guān)的控制，對A、B通道進行選通，在手動選通的過程中通過指示燈點亮的方式指示被選通的通道。

2.2 軟件設(shè)計原理

雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口切換測試系統(tǒng)采用AT89S51單片機進行控制，單片機作為主控通過串口與上位機進行通信，通過串口接收命令和數(shù)據(jù)。若接收到數(shù)據(jù)則進行協(xié)議幀解碼，判讀數(shù)據(jù)是否為合格。對合格數(shù)據(jù)中的內(nèi)容進行分析，確認(rèn)需要切換到A或者B通道后，完成對MAX4890芯片的通道選通，最終實現(xiàn)雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口的切換功能。在切換功能完成后，通過串口回復(fù)切換動作執(zhí)行得正確與否。全部的軟件流程如圖3所示。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)與性能測試

在硬件和軟件實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口切換測試系統(tǒng)實物如圖4所示，采用ATX電源四芯電源連接器或者USB接口電源的+5V供電，單片機AT89S51負(fù)責(zé)串口通信和對MAX4890切換芯片的選通控制，通過通道狀態(tài)指示燈進行通道選通狀態(tài)指示，支持手動和自動2種方式進行控制。在進行雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口模塊測試時，能夠以手動方式為主，進行模塊性能的測試。結(jié)合自動化測試軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化串口通信控制的通道切換測試。

在系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合百兆和千兆網(wǎng)絡(luò)接口的測試，采用DSA71604B高性能示波器，對網(wǎng)絡(luò)接口進行信號完整性測試，在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通道切換后，網(wǎng)絡(luò)信號完整性測試結(jié)果見圖5。從眼圖測試結(jié)果可以看出，網(wǎng)路接口在經(jīng)過切換后，信號基本滿足國際標(biāo)準(zhǔn)眼圖要求[4]。經(jīng)過實際測試，百兆和千兆網(wǎng)絡(luò)接口雙冗余切換測試功能正常，網(wǎng)絡(luò)通信功能正常。

4 結(jié)束語

雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口切換測試模塊設(shè)計實現(xiàn)后，在模塊接口測試、系統(tǒng)功能測試等方面進行了功能驗證，能夠支持切換時間小于90 ms的測試功能，其他各方面指標(biāo)滿足系統(tǒng)使用要求。同時在調(diào)試測試過程中發(fā)現(xiàn)，由于隔離度不夠，在轉(zhuǎn)接環(huán)節(jié)過多的情況下，耦合帶來網(wǎng)絡(luò)信號串?dāng)_需要在設(shè)計時重點注意，放置在切換過程中導(dǎo)致的相鄰?fù)ǖ篱g的信號干擾，尤其是在網(wǎng)絡(luò)切換時自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)TLP信號互相干擾導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)無法正常通信。

在產(chǎn)品的測試和試驗過程中進行了驗證，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，能夠有效運用在雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口測試領(lǐng)域和其他需要進行網(wǎng)絡(luò)切換的冗余備份技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。

[1] 常冬冬.以太網(wǎng)物理層一致性測試及故障預(yù)診斷研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2013.

[2] 何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)選編[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[3] Maxim Integrated Products.10/100/1 000 Base-T以太網(wǎng)LAN開關(guān)[EB/OL].http://www.maximintegrated.com/cn/products/comms/optical-communications/MAX4890.html,2007-08-10.

[4] 柳揚，李巍.快速以太網(wǎng)100Base-TX PMD電氣特性測試[J].通信世界，2008(38B):4-5.

DesignandRealizationofDualRedundantNetworkInterfaceAuto-switchTestingModuleBasedonMCU

DING Jin,XU Guo-qiang
(Jiangsu Automation Research Insititute,Lianyungang 222006,China)

At present,dual redundant network interface equipment are widely used,while special testing equipment is not synchronously developed.To solve this problem,a kind of testing system for dual redundant network interface based on micro control unit (MCU) is designed.In the dual redundant network interface auto-switch testing system，the AT89S51 MCU is used as main control chip,and MAX4890 is used for auto switching to the dual redundant network interface.This testing system is simple,small and capable of rapid switching.Cooperating with network testing system(such as Tektronics,Agilent,etc.),the system can automatically switch among multiple dual redundant network interface equipments and test the performance.This circuit system operates stably and reliably.

micro control unit;dual redundant network interface;auto-switch ;eye-diagram test

2017-04-19

TP393.06

：A

：CN32-1413(2017)03-0089-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.03.022