《电子技术应用》

高速GJB289A总线系统测试方法研究

2016年电子技术应用第8期
胡小婷1,2,王 鑫3,张亦姝4,李 波3
(1.中航工业西安航空计算技术研究所,陕西 西安710068; 2.集成电路与微系统设计航空科技重点实验室,陕西 西安710068;3.西安翔腾微电子科技有限公司,陕西 西安710068;4.驻六三一所军事代表室,陕西 西安710019)
摘要: 随着航空电子技术的发展,原有的1 Mb/s总线传输速率已无法满足机载总线数据传输要求,高速GJB289A数据总线技术应运而生。为了保证高速GJB289A总线功能、性能的正确性,总线协议的符合性以及系统通信的可靠性,研究高速GJB289A总线系统的测试方法非常必要。主要从高速GJB289A总线系统电气特性、总线协议符合性、系统通信三方面实现对高速GJB289A总线系统测试方法的研究,介绍高速GJB289A总线系统测试平台搭建与测试方法,为后续高速GJB289A总线系统的设计、开发及研制奠定基础。

Abstract:

  胡小婷1,2,王  鑫3,张亦姝4,李  波3

  (1.中航工业西安航空计算技术研究所,陕西 西安710068;2.集成电路与微系统设计航空科技重点实验室,陕西 西安710068;3.西安翔腾微电子科技有限公司,陕西 西安710068;4.驻六三一所军事代表室,陕西 西安710019)

  摘  要: 随着航空电子技术的发展,原有的1 Mb/s总线传输速率已无法满足机载总线数据传输要求,高速GJB289A数据总线技术应运而生。为了保证高速GJB289A总线功能、性能的正确性,总线协议的符合性以及系统通信的可靠性,研究高速GJB289A总线系统的测试方法非常必要。主要从高速GJB289A总线系统电气特性、总线协议符合性、系统通信三方面实现对高速GJB289A总线系统测试方法的研究,介绍高速GJB289A总线系统测试平台搭建与测试方法,为后续高速GJB289A总线系统的设计、开发及研制奠定基础。

  关键词: GJB289A数据总线;高速;测试方法;航空电子系统;可靠性

0 引言

  高速GJB289A总线是一种集中式的时分串行总线,其主要特点是分布处理、集中控制和实时响应[1]。其可靠性机制包括防错功能、容错功能、错误的检测和定位、错误的隔离、错误的校正、系统监控及系统恢复功能[2]。采用双冗余系统,有两个传输通道,保证了良好的容错性和故障隔离。

  随着高速GJB289A数据总线系统的开发与应用,开发人员和系统应用人员迫切需要对高速总线系统测试方法进行研究,并开发对应的高速总线测试设备。本文从数据总线电气特性、协议符合性和数据总线系统通信等几个方面进行研究。

1 系统测试概述

  数据总线固有特性受到速率提升影响的因素包括:信号衰减、线缆阻抗和线缆间电容。针对总线信号衰减、阻抗和电容,可以采用专用测试工具一起进行直接测量。测试过程中需要准备待测试线缆及电气特性相关测试仪器[3]。

  数据总线终端受到速率提升影响的因素主要是终端的协议符合性,协议符合性测试需在特定设备上进行。测试需要准备的设备包括:协议符合性测试仪、数据总线终端(总线控制器、远程终端和总线监控器各一台)、线缆和对应的连接组件(线缆连接器、总线耦合器和总线终止器)[4]。

  数据总线系统通信受到信号频率影响的因素包括:总线负载、总线带宽、总线延迟和总线效率[5]。总线系统通信的测试可由高速总线通信仿真平台完成,平台中配备有总线监控器、总线控制器、备份总线控制器、远程终端、完整的总线连接组件、总线通信配置工具、总线通信分析工具和总线通信性能分析工具[6]。

2 系统测试平台搭建

  GJB289A数据总线进行系统测试需构建与之配合的测试系统环境,测试系统环境采用技术成熟的1553标准PC卡、BM监控卡、信号质量测试仪、数字示波器及工业计算机构成的测试系统实现平台搭建,1553标准PC卡设计与机载设备总线接口设计一致,具有相同的总线电气特性与性能特点。测试系统环境搭建按图1所示结构。

图像 010.png

图1  系统测试平台示意图

  标准PC卡实现GJB289A总线BC/RT功能,具有BC和RT方式多消息处理能力。实现了基本的GJB289A数据传输,支持GJB289A规定的各项总线活动。该板卡的对外接口包括:

  (1)一路双余度的高速GJB289A总线接口,满足GJB289A总线电气特性要求;

  (2)一路标准RS232接口,用于调试信息输出或提供简单的用户控制信息交互(需定制);

  (3)标准的PCI接口,直接与PC的PCI槽相连;

  (4)一路JTAG接口,用于底层固件调试升级。

  BM监控卡实现1553B总线监控功能,对总线数据进行捕获,并计算出总线负载,记录总线上总消息数、错误消息、无响应消息等信息,用于系统功能和性能的分析。该板卡的功能主要包括:

  (1)BM监控卡提供了PCI接口的GJB289A的强大功能;

  (2)集成了功能丰富的软件,降低了开发时间。所有的数据总线功能支持API;

  (3)实时数据采集、周期消息插入、错误检测、微秒级的时间戳等。

  信号质量测试仪用于测试总线信号质量、信号衰减。

  数字示波器用于测试总线波形,测试波形用于电气特性测试。

3 系统测试

  3.1 电气特性测试

  电气特性测试中构建一个终端有效性(Validation Test Plan,VTP)测试平台,开发测试软件配合平台测试终端有效性。测试连接图如图2所示。

图像 011.png

图2  测试连接图

  主要包含测试项:

  (1)幅度测试:BT向UUT发出有效合法的发送指令命令UUT发送N个数据字,或UUT向BT发出带有N个数据字的接收指令,N是UUT设计能够发送的最大数据字个数,测量总线系统电压幅度。

  (2)上升下降时间测试:BT向UUT发出有效合法的发送指令命令UUT发送至少一个数据字,或UUT向BT发出至少带一个数据字的接收指令,UUT输出波形的上升和下降时间波形峰-峰值在10%~90%;

  (3)输出波形畸变过冲与扰动测试:BT向UUT发出有效合法的发送指令命令UUT发送至少一个数据字,或UUT向BT发出至少带一个数据字的接收指令,测量总线系统输出波形畸变电压。

  (4)输出对称性测试:BT向UUT发出有效合法的发送指令命令UUT发送N个数据字,或UUT向BT发出N个数据字的接收指令(N都是UUT设计能够发送的最大数据个数),从最末一个字的奇校验位过零点开始计算,时间等于2.5 QQ图片20161206164535.jpg时,测量最大的残余电压值。

  电气特性主要技术指标如表1所示。

图像 012.png

  经电气特性验证,2 Mb/s GJB289A总线产品符合系统需求。

  3.2 协议符合性测试

  协议符合性测试中构建一个终端有效性测试平台,开发测试软件配合平台测试终端有效性。

  (1)总线控制器测试:使用测试仪器测量总线控制器输出信号,通过总线协议分析仪对总线控制器命令处理(远程终端发送命令、远程终端接收命令、远程终端到远程终端命令、方式指令和广播命令等)、数据连续性、超时等待、超时处理和状态字分析等协议进行测试,测试结果符合GJB289A-97规定的总线控制器协议;

  (2)远程终端测试:使用测试仪器测量远程终端输出信号,通过总线协议分析仪对远程终端响应状态字、响应时间、数据处理、命令处理和子地址非法化等协议进行测试,测试结果符合GJB289A-97规定的远程终端协议;

  (3)总线监控器测试:使用测试仪器测量总线监控器输出信号,通过总线协议分析仪对总线监控器命令字识别、数据字识别、状态字识别、消息时标、错误判断和超时判别等进行测试。

  (4)协议符合性测试依据主要包含:指令的响应,要求终端对所有的合法指令作出正确的响应;消息间隔,要求最小间隔时间为2.0 μs,有效指令字的间隔时间为2.0 μs~6.0 μs,时间超过7.0 μs时,应作无响应超时处理;传输速率应是2.0 Mb/s,用来发送编码数据的各个内部时钟的长期稳定性为±0.1%(即±500 Hz);奇校验,采用字的最后一位应用作前16位的奇偶校验;字长应为16 bit有效位加同步头加奇偶校验位,总共20 bit时;双相编码验证曼彻斯特Ⅱ型双相电平码的编码码间错误、同步头编码验证同步头编码出现错误的检测能力;消息长度验证消息中数据字各色错误检测能力、方式指令验证方式指令错误检测能力。其主要技术指标如表2所示。

图像 013.png

  经协议符合性验证验证,2 Mb/s的GJB289A总线产品符合系统需求。

  3.3 系统通信测试

  总线系统通信由总线控制器、远程终端和通信链路共同完成,电气特性及协议符合性测试在通信链路测试和终端特性测试中进行,系统级测试主要测试系统通信过程中的总线负载、总线性能、总线效率和总线延迟率等关键参数[7-9]。测试原理主要根据系统需求进行ICD设计,并使用总线配置工具完成总线控制器的配置[10],同时启动系统中所有的远程终端,达到预定总线通信状态,然后使用总线监控器进行总线监控。总线监控器将总线通信数据保存,然后使用总线通信分析工具分析总线负载、总线性能、总线延迟和总线效率等参数,即可完成高速数据总线系统通信测试。

  高速GJB289A数据总线系统测试中按照ICD文件定义在GJB289A总线系统中加载配置工具生成的总线表,在GJB289A总线系统中加载总线数据,启动各个模拟终端的数据收发,记录总线运行记录,最后使用总线性能分析工具对总线运行状态进行科学分析,将分析结果与过程设计的结果进行比较,分析过程设计结果的合理性,并对过程设计结果进行修订和完善。系统级测试主要技术指标如表3所示。

图像 014.png

  在高速GJB289A数据总线系统测试中,系统功能正常,通信可靠稳定,未出现数据丢失和数据错误情况,总线性能指标符合系统要求。

4 结束语

  本文对高速总线通信系统测试方法进行了研究,介绍了GJB289A总线系统测试平台的搭建及系统测试方法,在高速GJB289A数据总线系统测试中,可确保总线系统在电气特性、协议符合性和总线通信等方面得到充分验证;可提高高速总线通信系统测试效果,提高总线系统开发质量和开发效率,为高速总线系统技术的推广应用保驾护航。

  参考文献

  [1] MIL-STD-1553B-1989飞机内部时分制指令/响应式多路传输数据总线[S].1989.

  [2] MIL-STD-1553Protocol Tutoria[S].Conder Engineering,Inc.,2004.

  [3] 陈永奇,马迎建,石多.1553B总线应用[J].电子测量技术,2006,29(5):211-212.

  [4] 支超有.机载数据总线技术及其应用[M].北京:国防工业出版社,2009.

  [5] BU-61580 datasheet download[Z].Advanced Communication Engine(ACE)New York:Data Device Corporation,1999.

  [6] 郭泽仁.1553B总线系统优化及可靠性设计[J].山东理工大学学报(自然科学版),2008,22(1):67-70.

  [7] 赵月琴.基于BU-61580的嵌入式1553B终端的设计[J].航空兵器,2004(4):28-31.

  [8] GJB 5186.1-2003数字式时分制指令/响应式多路传输数据总线测试方法[S].2003.

  [9] 王志宏.基于MIL-STD-1553B总线的航空电子综合系统总线通讯研究[D].南京:南京理工大学,2004.

  [10] 王绮卉,田泽,赵彬.基于HKS1553BCRT芯片的1553B总线通信软件设计[J].2012(8):39-42.

  


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