高速GJB289A總線系統(tǒng)測(cè)試方法研究*

胡小婷，王　鑫，張亦姝，李　波

(1.中航工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安 710068；2.集成電路與微系統(tǒng)設(shè)計(jì)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710068；3.西安翔騰微電子科技有限公司，陜西 西安 710068；4.駐六三一所軍事代表室，陜西 西安 710019)

高速GJB289A總線系統(tǒng)測(cè)試方法研究*

胡小婷1，2，王鑫3，張亦姝4，李波3

(1.中航工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安 710068；2.集成電路與微系統(tǒng)設(shè)計(jì)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710068；3.西安翔騰微電子科技有限公司，陜西 西安 710068；4.駐六三一所軍事代表室，陜西 西安 710019)

隨著航空電子技術(shù)的發(fā)展，原有的1 Mb/s總線傳輸速率已無法滿足機(jī)載總線數(shù)據(jù)傳輸要求，高速GJB289A數(shù)據(jù)總線技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。為了保證高速GJB289A總線功能、性能的正確性，總線協(xié)議的符合性以及系統(tǒng)通信的可靠性，研究高速GJB289A總線系統(tǒng)的測(cè)試方法非常必要。主要從高速GJB289A總線系統(tǒng)電氣特性、總線協(xié)議符合性、系統(tǒng)通信三方面實(shí)現(xiàn)對(duì)高速GJB289A總線系統(tǒng)測(cè)試方法的研究，介紹高速GJB289A總線系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)搭建與測(cè)試方法，為后續(xù)高速GJB289A總線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)及研制奠定基礎(chǔ)。

GJB289A數(shù)據(jù)總線；高速；測(cè)試方法；航空電子系統(tǒng)；可靠性

0　引言

高速GJB289A總線是一種集中式的時(shí)分串行總線，其主要特點(diǎn)是分布處理、集中控制和實(shí)時(shí)響應(yīng)[1]。其可靠性機(jī)制包括防錯(cuò)功能、容錯(cuò)功能、錯(cuò)誤的檢測(cè)和定位、錯(cuò)誤的隔離、錯(cuò)誤的校正、系統(tǒng)監(jiān)控及系統(tǒng)恢復(fù)功能[2]。采用雙冗余系統(tǒng)，有兩個(gè)傳輸通道，保證了良好的容錯(cuò)性和故障隔離。

隨著高速GJB289A數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，開發(fā)人員和系統(tǒng)應(yīng)用人員迫切需要對(duì)高速總線系統(tǒng)測(cè)試方法進(jìn)行研究，并開發(fā)對(duì)應(yīng)的高速總線測(cè)試設(shè)備。本文從數(shù)據(jù)總線電氣特性、協(xié)議符合性和數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)通信等幾個(gè)方面進(jìn)行研究。

1　系統(tǒng)測(cè)試概述

數(shù)據(jù)總線固有特性受到速率提升影響的因素包括：信號(hào)衰減、線纜阻抗和線纜間電容。針對(duì)總線信號(hào)衰減、阻抗和電容，可以采用專用測(cè)試工具一起進(jìn)行直接測(cè)量。測(cè)試過程中需要準(zhǔn)備待測(cè)試線纜及電氣特性相關(guān)測(cè)試儀器[3]。

數(shù)據(jù)總線終端受到速率提升影響的因素主要是終端的協(xié)議符合性，協(xié)議符合性測(cè)試需在特定設(shè)備上進(jìn)行。測(cè)試需要準(zhǔn)備的設(shè)備包括：協(xié)議符合性測(cè)試儀、數(shù)據(jù)總線終端（總線控制器、遠(yuǎn)程終端和總線監(jiān)控器各一臺(tái)）、線纜和對(duì)應(yīng)的連接組件（線纜連接器、總線耦合器和總線終止器）[4]。

數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)通信受到信號(hào)頻率影響的因素包括：總線負(fù)載、總線帶寬、總線延遲和總線效率[5]?？偩€系統(tǒng)通信的測(cè)試可由高速總線通信仿真平臺(tái)完成，平臺(tái)中配備有總線監(jiān)控器、總線控制器、備份總線控制器、遠(yuǎn)程終端、完整的總線連接組件、總線通信配置工具、總線通信分析工具和總線通信性能分析工具[6]。

2　系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)搭建

GJB289A數(shù)據(jù)總線進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試需構(gòu)建與之配合的測(cè)試系統(tǒng)環(huán)境，測(cè)試系統(tǒng)環(huán)境采用技術(shù)成熟的1553標(biāo)準(zhǔn)PC卡、BM監(jiān)控卡、信號(hào)質(zhì)量測(cè)試儀、數(shù)字示波器及工業(yè)計(jì)算機(jī)構(gòu)成的測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)搭建，1553標(biāo)準(zhǔn)PC卡設(shè)計(jì)與機(jī)載設(shè)備總線接口設(shè)計(jì)一致，具有相同的總線電氣特性與性能特點(diǎn)。測(cè)試系統(tǒng)環(huán)境搭建按圖1所示結(jié)構(gòu)。

圖1　系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)示意圖

標(biāo)準(zhǔn)PC卡實(shí)現(xiàn)GJB289A總線BC/RT功能，具有BC和RT方式多消息處理能力。實(shí)現(xiàn)了基本的GJB289A數(shù)據(jù)傳輸，支持GJB289A規(guī)定的各項(xiàng)總線活動(dòng)。該板卡的對(duì)外接口包括：

(1)一路雙余度的高速GJB289A總線接口，滿足GJB289A總線電氣特性要求；

(2)一路標(biāo)準(zhǔn)RS232接口，用于調(diào)試信息輸出或提供簡(jiǎn)單的用戶控制信息交互（需定制）；

(3)標(biāo)準(zhǔn)的PCI接口，直接與PC的PCI槽相連；

(4)一路JTAG接口，用于底層固件調(diào)試升級(jí)。

BM監(jiān)控卡實(shí)現(xiàn) 1553B總線監(jiān)控功能，對(duì)總線數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲，并計(jì)算出總線負(fù)載，記錄總線上總消息數(shù)、錯(cuò)誤消息、無響應(yīng)消息等信息，用于系統(tǒng)功能和性能的分析。該板卡的功能主要包括：

(1)BM監(jiān)控卡提供了PCI接口的GJB289A的強(qiáng)大功能；

(2)集成了功能豐富的軟件，降低了開發(fā)時(shí)間。所有的數(shù)據(jù)總線功能支持API；

(3)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、周期消息插入、錯(cuò)誤檢測(cè)、微秒級(jí)的時(shí)間戳等。

信號(hào)質(zhì)量測(cè)試儀用于測(cè)試總線信號(hào)質(zhì)量、信號(hào)衰減。

數(shù)字示波器用于測(cè)試總線波形，測(cè)試波形用于電氣特性測(cè)試。

3　系統(tǒng)測(cè)試

3.1電氣特性測(cè)試

電氣特性測(cè)試中構(gòu)建一個(gè)終端有效性(Validation Test Plan，VTP）測(cè)試平臺(tái)，開發(fā)測(cè)試軟件配合平臺(tái)測(cè)試終端有效性。測(cè)試連接圖如圖2所示。

圖2　測(cè)試連接圖

主要包含測(cè)試項(xiàng)：

(1)幅度測(cè)試：BT向 UUT發(fā)出有效合法的發(fā)送指令命令UUT發(fā)送N個(gè)數(shù)據(jù)字，或UUT向BT發(fā)出帶有N個(gè)數(shù)據(jù)字的接收指令，N是UUT設(shè)計(jì)能夠發(fā)送的最大數(shù)據(jù)字個(gè)數(shù)，測(cè)量總線系統(tǒng)電壓幅度。

(2)上升下降時(shí)間測(cè)試：BT向UUT發(fā)出有效合法的發(fā)送指令命令UUT發(fā)送至少一個(gè)數(shù)據(jù)字，或UUT向BT發(fā)出至少帶一個(gè)數(shù)據(jù)字的接收指令，UUT輸出波形的上升和下降時(shí)間波形峰-峰值在10%～90%；

(3)輸出波形畸變過沖與擾動(dòng)測(cè)試：BT向UUT發(fā)出有效合法的發(fā)送指令命令UUT發(fā)送至少一個(gè)數(shù)據(jù)字，或UUT向BT發(fā)出至少帶一個(gè)數(shù)據(jù)字的接收指令，測(cè)量總線系統(tǒng)輸出波形畸變電壓。

(4)輸出對(duì)稱性測(cè)試：BT向 UUT發(fā)出有效合法的發(fā)送指令命令UUT發(fā)送N個(gè)數(shù)據(jù)字，或UUT向BT發(fā)出N個(gè)數(shù)據(jù)字的接收指令(N都是UUT設(shè)計(jì)能夠發(fā)送的最大數(shù)據(jù)個(gè)數(shù))，從最末一個(gè)字的奇校驗(yàn)位過零點(diǎn)開始計(jì)算，時(shí)間等于2.5 μs時(shí)，測(cè)量最大的殘余電壓值。

電氣特性主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1　電氣特性主要技術(shù)指標(biāo)

經(jīng)電氣特性驗(yàn)證，2 Mb/s GJB289A總線產(chǎn)品符合系統(tǒng)需求。

3.2協(xié)議符合性測(cè)試

協(xié)議符合性測(cè)試中構(gòu)建一個(gè)終端有效性測(cè)試平臺(tái)，開發(fā)測(cè)試軟件配合平臺(tái)測(cè)試終端有效性。

(1)總線控制器測(cè)試：使用測(cè)試儀器測(cè)量總線控制器輸出信號(hào)，通過總線協(xié)議分析儀對(duì)總線控制器命令處理（遠(yuǎn)程終端發(fā)送命令、遠(yuǎn)程終端接收命令、遠(yuǎn)程終端到遠(yuǎn)程終端命令、方式指令和廣播命令等）、數(shù)據(jù)連續(xù)性、超時(shí)等待、超時(shí)處理和狀態(tài)字分析等協(xié)議進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果符合GJB289A-97規(guī)定的總線控制器協(xié)議；

(2)遠(yuǎn)程終端測(cè)試：使用測(cè)試儀器測(cè)量遠(yuǎn)程終端輸出信號(hào)，通過總線協(xié)議分析儀對(duì)遠(yuǎn)程終端響應(yīng)狀態(tài)字、響應(yīng)時(shí)間、數(shù)據(jù)處理、命令處理和子地址非法化等協(xié)議進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果符合GJB289A-97規(guī)定的遠(yuǎn)程終端協(xié)議；

(3)總線監(jiān)控器測(cè)試：使用測(cè)試儀器測(cè)量總線監(jiān)控器輸出信號(hào)，通過總線協(xié)議分析儀對(duì)總線監(jiān)控器命令字識(shí)別、數(shù)據(jù)字識(shí)別、狀態(tài)字識(shí)別、消息時(shí)標(biāo)、錯(cuò)誤判斷和超時(shí)判別等進(jìn)行測(cè)試。

(4)協(xié)議符合性測(cè)試依據(jù)主要包含：指令的響應(yīng)，要求終端對(duì)所有的合法指令作出正確的響應(yīng)；消息間隔，要求最小間隔時(shí)間為2.0 μs，有效指令字的間隔時(shí)間為2.0 μs～6.0 μs，時(shí)間超過 7.0 μs時(shí)，應(yīng)作無響應(yīng)超時(shí)處理；傳輸速率應(yīng)是 2.0 Mb/s，用來發(fā)送編碼數(shù)據(jù)的各個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘的長(zhǎng)期穩(wěn)定性為±0.1%（即±500 Hz）；奇校驗(yàn)，采用字的最后一位應(yīng)用作前16位的奇偶校驗(yàn)；字長(zhǎng)應(yīng)為16 bit有效位加同步頭加奇偶校驗(yàn)位，總共20 bit時(shí)；雙相編碼驗(yàn)證曼徹斯特Ⅱ型雙相電平碼的編碼碼間錯(cuò)誤、同步頭編碼驗(yàn)證同步頭編碼出現(xiàn)錯(cuò)誤的檢測(cè)能力；消息長(zhǎng)度驗(yàn)證消息中數(shù)據(jù)字各色錯(cuò)誤檢測(cè)能力、方式指令驗(yàn)證方式指令錯(cuò)誤檢測(cè)能力。其主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2　主要技術(shù)指標(biāo)

經(jīng)協(xié)議符合性驗(yàn)證驗(yàn)證，2 Mb/s的GJB289A總線產(chǎn)品符合系統(tǒng)需求。

3.3系統(tǒng)通信測(cè)試

總線系統(tǒng)通信由總線控制器、遠(yuǎn)程終端和通信鏈路共同完成，電氣特性及協(xié)議符合性測(cè)試在通信鏈路測(cè)試和終端特性測(cè)試中進(jìn)行，系統(tǒng)級(jí)測(cè)試主要測(cè)試系統(tǒng)通信過程中的總線負(fù)載、總線性能、總線效率和總線延遲率等關(guān)鍵參數(shù)[7-9]。測(cè)試原理主要根據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行ICD設(shè)計(jì)，并使用總線配置工具完成總線控制器的配置[10]，同時(shí)啟動(dòng)系統(tǒng)中所有的遠(yuǎn)程終端，達(dá)到預(yù)定總線通信狀態(tài)，然后使用總線監(jiān)控器進(jìn)行總線監(jiān)控?？偩€監(jiān)控器將總線通信數(shù)據(jù)保存，然后使用總線通信分析工具分析總線負(fù)載、總線性能、總線延遲和總線效率等參數(shù)，即可完成高速數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)通信測(cè)試。

高速GJB289A數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)測(cè)試中按照 ICD文件定義在GJB289A總線系統(tǒng)中加載配置工具生成的總線表，在 GJB289A總線系統(tǒng)中加載總線數(shù)據(jù)，啟動(dòng)各個(gè)模擬終端的數(shù)據(jù)收發(fā)，記錄總線運(yùn)行記錄，最后使用總線性能分析工具對(duì)總線運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)分析，將分析結(jié)果與過程設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行比較，分析過程設(shè)計(jì)結(jié)果的合理性，并對(duì)過程設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行修訂和完善。系統(tǒng)級(jí)測(cè)試主要技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表3　系統(tǒng)級(jí)測(cè)試主要技術(shù)指標(biāo)

在高速GJB289A數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)測(cè)試中，系統(tǒng)功能正常，通信可靠穩(wěn)定，未出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤情況，總線性能指標(biāo)符合系統(tǒng)要求。

4　結(jié)束語

本文對(duì)高速總線通信系統(tǒng)測(cè)試方法進(jìn)行了研究，介紹了GJB289A總線系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的搭建及系統(tǒng)測(cè)試方法，在高速 GJB289A數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)測(cè)試中，可確?？偩€系統(tǒng)在電氣特性、協(xié)議符合性和總線通信等方面得到充分驗(yàn)證；可提高高速總線通信系統(tǒng)測(cè)試效果，提高總線系統(tǒng)開發(fā)質(zhì)量和開發(fā)效率，為高速總線系統(tǒng)技術(shù)的推廣應(yīng)用保駕護(hù)航。

[1]MIL-STD-1553B-1989飛機(jī)內(nèi)部時(shí)分制指令/響應(yīng)式多路傳輸數(shù)據(jù)總線[S]．1989．

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

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[6]郭澤仁．1553B總線系統(tǒng)優(yōu)化及可靠性設(shè)計(jì)[J]．山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，22(1)：67－70．

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The research of high-speed GJB289A bus system test method

Hu Xiaoting1，2，Wang Xin3，Zhang Yishu4，Li Bo3
(1.AVIC Computing Technique Research Institute，Xi′an 710068，China；2.Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Integrated Circuit and Micro-System Design，Xi′an 710068，China；3.Xi′an Xiangteng Microelectronics Technology CO.，LTD，Xi′an 710068，China；4.Military Representative Office Stationed in AVIC Computing Technique Research Institute，Xi′an 710019，China)

With the development of the aviation electronic technology,the original 1 Mb/s bus transmission rate has been unble to meet the requirements of the airborne bus data transmission,high-speed GJB289A data bus technology arises at the historic moment.In order to guarantee the correctness of the functionality and performance of high-speed GJB289A data bus,conformity of the bus protocol and the reliability of communication system,the test method of the research on high-speed GJB289A bus system is very necessary.This paper mainly realizes the research ofhigh-speed GJB289A bus system test method from three aspects of electrical characteristics,protocol conformance and system communication,and introduces the high-speed GJB289A bus system set up test platform and test method,which lay the foundation for subsequent high-speed GJB289A bus system design,exploitation and development.

GJB289A data bus；high-speed；the system test method；avionics；reliability

TN91；TP336

A

10.16157/j.issn.0258-7998.2016.08.041

航空科學(xué)基金（2015ZC51036）；中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司創(chuàng)新基金(2010BD63111)

（2016-06-12）

胡小婷（1980-），女，高級(jí)工程師，主要研究方向：集成電路設(shè)計(jì)。

王鑫（1991-），男，助理工程師，主要研究方向：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)。

張亦姝（1990-），女，碩士，助理工程師，主要研究方向：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)。

李波（1989-），男，助理工程師，主要研究方向：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)。

中文引用格式：胡小婷，王鑫，張亦姝，等.高速GJB289A總線系統(tǒng)測(cè)試方法研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2016，42(8)：166-168，178.

英文引用格式：Hu Xiaoting，Wang Xin，Zhang Yishu，et al.The research of high-speed GJB289A bus system test method[J]. Application of Electronic Technique，2016，42(8)：166-168，178.