徐玉杰,孟 博,錢軍琪

(航空工業(yè)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(jié)構(gòu)靈活等特點成為新一代航空電子系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡[1]。航電網(wǎng)絡分布范圍廣、連接復雜,各分系統(tǒng)接入FC網(wǎng)絡的需求增加,但因產(chǎn)品繼承性、數(shù)據(jù)帶寬、實時性要求等諸多因素,分系統(tǒng)內(nèi)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(wǎng)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(chǎn)品量產(chǎn)需求,如何快速完成批量生產(chǎn)、調(diào)試及試驗交付對產(chǎn)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(xiàn)批量產(chǎn)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(zhuǎn)換單元,內(nèi)嵌于航電各分系統(tǒng)設備中,其用量極大。因此,該產(chǎn)品量產(chǎn)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(huán)境試驗、交付等工作；

(3)盡量采用產(chǎn)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(jù)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(gòu)。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(fā)送特定數(shù)據(jù),開發(fā)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(gòu)。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(shù)據(jù)源、FC數(shù)據(jù)交換以及數(shù)據(jù)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(xiàn)CamLink數(shù)據(jù)源、FC數(shù)據(jù)源、FC數(shù)據(jù)接收及比對,并生成測試報告。

采用模塊化的設計思想實現(xiàn)激勵源的各種功能,激勵源包括CamLink數(shù)據(jù)源、FC交換模塊及處理器單元。激勵源工作在試驗室環(huán)境下,環(huán)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(fā)成本降低開發(fā)風險。

CamLink數(shù)據(jù)源主要功能是按照預先設置的格式及規(guī)則生成特定的CamLink數(shù)據(jù),CamLink數(shù)據(jù)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(jié)點價格昂貴,如果每個被測模塊的FC接口都使用一個FC節(jié)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(chǎn)生FC測試數(shù)據(jù)、接收FC接口數(shù)據(jù)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(chǎn)品進行環(huán)境試驗,適配機箱由結(jié)構(gòu)件、底板、多接口模塊適配轉(zhuǎn)接板組成,適配機箱采用VPX結(jié)構(gòu)進行設計[3]。

結(jié)構(gòu)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(chǎn),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(zhuǎn)接板采用標準的3U VPX結(jié)構(gòu),采用符合VITA42標準的要求的軍用連接器。每塊轉(zhuǎn)接板上安裝兩塊多接口模塊,在轉(zhuǎn)接板實現(xiàn)CAN總線互聯(lián),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(zhuǎn)換、Camlink及FC接口信號引出。電源轉(zhuǎn)換采用直流大功率電源將28V轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)在模塊中經(jīng)協(xié)議轉(zhuǎn)換輸出到FC接口,FC數(shù)據(jù)幀格式為長消息；CAN接口主要傳輸指令類數(shù)據(jù),為雙向數(shù)據(jù),模塊中與FC接口實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換,FC數(shù)據(jù)幀格式為短消息。根據(jù)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(chǎn)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(shù)據(jù)通過線纜傳輸給受測模塊,視頻數(shù)據(jù)在受測模塊中完成協(xié)議轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流示意圖如圖2所示。

圖2 短消息數(shù)據(jù)流

激勵源中處理器模塊產(chǎn)生測試數(shù)據(jù),以FC短消息的形式通過FC交換模塊發(fā)送給受測模塊1,受測產(chǎn)品完成FC短消息與CAN協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后發(fā)送給受測模塊2,受測模塊2完成CAN協(xié)議與FC短消息的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)處理比對,生成測試報告。

5 結(jié)語

本文設計的多接口通信模塊測試試驗設備可同時實現(xiàn)多塊產(chǎn)品同時開展自動測試及試驗,大大減少了產(chǎn)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(fā)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(huán)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(huán)境,免受環(huán)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(xù)產(chǎn)品批量生產(chǎn)、測試、試驗及交付提供了保證。