基于FC-AE-ASM協(xié)議的兩種通訊板卡對比及應(yīng)用

(1.中國人民解放軍第5720工廠,安徽 蕪湖 241007；2.安徽省航空設(shè)備測控與逆向工程實驗室,安徽 蕪湖 241007)

0 引言

國內(nèi)外飛機航空電子系統(tǒng)采用了多種總線來實現(xiàn)系統(tǒng)之間、模塊之間的互聯(lián)，據(jù)JSF開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)綜合產(chǎn)品小組(OSAIIYF)對9種UAN高速總線分析和評審后，認為航空電子環(huán)境光纖通道(FC-AE)最優(yōu)[1]。FC技術(shù)也是我國航空數(shù)據(jù)總線的研究和關(guān)注焦點[2]。航空維修系統(tǒng)開展了FC-AE-ASM協(xié)議的仿真測試網(wǎng)絡(luò)搭建，F(xiàn)C-AE通訊板卡的選定與應(yīng)用是重要內(nèi)容。本文以國外某型通訊板(板卡1)和國內(nèi)某型通訊板(板卡2)為研究對象，簡要對比了各自的功能和特點，重點分析了其應(yīng)用軟件、配置及實例應(yīng)用。

1 仿真測試平臺

文獻[3-8]主要研究FC網(wǎng)絡(luò)仿真及基于1553B的協(xié)議應(yīng)用，文獻[9-12]主要針對FC-AE-ASM協(xié)議進行研究，但均未涉及FC-AE-ASM協(xié)議通信仿真測試系統(tǒng)及通訊板卡應(yīng)用研究。本文FC-AE-ASM協(xié)議仿真測試平臺主要由1臺FC-AE交換機，4個FC-AE-ASM節(jié)點、1臺FC-AE-ASM協(xié)議分析儀、1臺配置管理工作站和若干分光器、傳輸電纜等組成。其中，臺式FC-AE交換機是整個系統(tǒng)的核心，支持FC-AE-ASM全網(wǎng)數(shù)據(jù)交換，提供外部數(shù)據(jù)監(jiān)控和存儲接口；FC-AE-ASM節(jié)點(通訊板卡+工作站)是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，提供多路收發(fā)仿真功能；臺式FC-AE-ASM協(xié)議分析儀是系統(tǒng)分析的重要工具，主要監(jiān)控分析FC網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；分光器實現(xiàn)通訊鏈路的交聯(lián)；配置管理機實現(xiàn)對交換機配置管理。測試系統(tǒng)的架構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 FC-AE-ASM協(xié)議仿真測試平臺

2 通訊板卡對比

2.1 通訊板卡簡介

板卡1是國外公司生產(chǎn)用于FC-AE的主要產(chǎn)品，采用PCIe標準接口，支持雙路光纖模塊。主要功能和特點有：1)完全遵循FC-AE-ASM光纖通信協(xié)議規(guī)范；2)提供2個FC端口，采用光纖SFP接口形式，可以作為2個獨立端口使用，也可以作為1對冗余端口使用；3)支持1 G、2 G通信速率；4)支持XMC接口的4×PCIe總線接口；5)支持Windows操作系統(tǒng)；6)支持點對點、仲裁環(huán)和交換式通信方式；7)配備有專門的仿真分析軟件等。

板卡2是一款國內(nèi)公司研發(fā)的高性能仿真測試FC-AE終端網(wǎng)卡，主要功能和特點有：一是支持XMC接口的4 Lanes PCIe總線接口；二是支持雙路SFP光學模塊，三是支持1 G可擴展至2 G通信速率；四是支持FC-AE-ASM協(xié)議；五是支持點到點和交換式通信方式；六是支持4級優(yōu)先級，至少128個非數(shù)據(jù)塊和8條數(shù)據(jù)塊；七是支持隱式登陸；八是支持FC協(xié)議Class3類服務(wù)；九是運行Windows操作系統(tǒng)，提供有相應(yīng)的應(yīng)用軟件等。

2.2 通訊板卡對比

兩款板卡對比情況見表1。兩款板卡相同項有：1)采用支持XMC接口的4×PCIe總線接口；2)完全遵循FC-AE-ASM協(xié)議規(guī)范；3)提供2個FC端口，采用光纖SFP接口形式(2獨立/1對冗余端口)；4)支持1 G、2 G通信速率；主要差異的主要有：1)仿真分析軟件不同；2)支持的操作系統(tǒng)不同，前者支持32位和64位Windows7，而后者只支持32位；3)通信方式不同，前者支持點對點、仲裁環(huán)和交換式三種，而后者只是支持點對點和交換式兩種。

表1 兩款通訊板卡對比情況

3 應(yīng)用軟件

3.1 板卡1

板卡1對應(yīng)的仿真分析軟件能夠為接口卡提供直觀的圖形化交至界面，主要功能有：一是提供數(shù)據(jù)采集、分析、時間戳解析顯示；二是采集時戳分辨率可達到10 ns；三是提供統(tǒng)計信息功能；四是可以全面控制發(fā)送內(nèi)容，包括幀頭、幀負載、順序、幀間隙等；五是支持實時訪問捕獲數(shù)據(jù)等功能。

仿真分析軟件運行后主界面提供了仿真、分析數(shù)據(jù)流的狀態(tài)顯示，IRIG-B時間和每個端口的觸發(fā)狀態(tài)，并可同步開始或暫停每個端口的數(shù)據(jù)傳輸。軟件支持板卡設(shè)置、接收設(shè)置、發(fā)送設(shè)置和數(shù)據(jù)修改設(shè)置功能。

板卡設(shè)置界面包括有資源信息和板卡模式/端口控制兩個區(qū)。資源信息區(qū)主要顯示已經(jīng)安裝的板卡模塊(R_ID、端口數(shù)量、類型等)、端口(名稱、R_ID和觸發(fā)模式等)和客戶端(服務(wù)器、用戶端、應(yīng)用軟件等)的信息。板卡模式/端口控制區(qū)可對各板卡進行操作，模塊設(shè)置主要有端口鏈路、工作方式、燈標、IRIG-B模式等。

其中，端口鏈路和工作方式設(shè)置尤其至關(guān)重要，其兩者可以組合成多種應(yīng)用策略，適用于不同的仿真測試環(huán)境要求。在模塊使用過程中，首先需要對模塊端口鏈路進行設(shè)置，其工作模式主要有以下四種：1)內(nèi)循環(huán)模式，不通過端口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，只用于自發(fā)自收，可檢查模塊自身的收發(fā)功能；2)串聯(lián)模式，主要通過端口0輸入串聯(lián)至端口1輸出，或者通過端口1輸入串聯(lián)至端口0輸出，用于對已明確連接節(jié)點進行仿真或分析功能；3)點到點模式，用于接收相同端口和響應(yīng)外部節(jié)點接口；4)高級模式，主要用于特定功能測試。模塊工作方式總體來說，有單功能(分析或仿真)、多功能(分析和仿真)、故障注入等方式，其與板卡的模塊型號和軟件模塊的選取有關(guān)，針對不同的板卡和軟件功能模塊，所能夠選定的工作方式也有所不同。燈標和IRIG-B模式設(shè)置主要根據(jù)操作者的具體環(huán)境來定，其設(shè)置比較簡便。端口設(shè)置主要是對模塊各端口進行控制，主要有使能、傳輸速率、接收和發(fā)送存儲器緩存等。

當模塊工作模式和方式確定，選定工作端口后，針對不同的功能，還需要進行具體的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)置。接收設(shè)置主要是對接收觸發(fā)條件、接收數(shù)據(jù)過濾和外部觸發(fā)進行設(shè)置，主要用于分析方式；發(fā)送設(shè)置主要是對發(fā)送數(shù)據(jù)、發(fā)送優(yōu)先級、端口拓撲結(jié)構(gòu)、流控制進行設(shè)置，主要用于仿真方式；數(shù)據(jù)修改設(shè)置主要是根據(jù)用戶定義對接收到的數(shù)據(jù)流進行修改，包括插入新的數(shù)據(jù)、修改幀和有序序列，刪除或替換現(xiàn)有的數(shù)據(jù)幀等，并將修改后的幀再傳輸，主要用于故障注入功能。各功能具體設(shè)置內(nèi)容較多，在此由于篇幅原因，不再詳細介紹。

3.2 板卡2

板卡2應(yīng)用軟件安裝完成后，將會生成服務(wù)器FC_View(Server)和客戶端FC_View(Client) 兩個軟件。啟動服務(wù)器軟件后，分別打印顯示板卡的啟動調(diào)試信息、運行環(huán)境消息、網(wǎng)絡(luò)信息，工作狀態(tài)信息等。啟動客戶端軟件后，將顯示軟件所支持的任務(wù)插件，如果選擇“FC-AE正常模式”啟動任務(wù)，加載成功后將彈出軟件主界面，當服務(wù)器和客戶端在不同的計算機上運行時，將要輸入FC_View服務(wù)器的IP地址；當服務(wù)器與客戶端在同一臺計算機運行時，可以選擇“連接本機”選項后，客戶端成功連接服務(wù)器后，在配置區(qū)顯示服務(wù)器及其板卡，然后進入FC-AE正常模式。軟件提供了配置板卡、數(shù)據(jù)發(fā)送接收及查看、數(shù)據(jù)存儲等功能。

客戶端軟件工程配置是對板卡的配置表屬性進行設(shè)置，其配置格式基于XML。配置信息主要有修改板卡屬性、增加/刪除端口、修改端口屬性、配置發(fā)送數(shù)據(jù)等。修改板卡屬性可以進行工作模式、速率、觸發(fā)模式選擇設(shè)置，并且可以查看端口連接和光模塊的狀態(tài)。增加/刪除端口主要是在配置模式下，選中板卡后可以增加或刪除端口。修改端口屬性主要是對端口的ID、類型、方向、源地址標識符(S_ID)、目標地址標識符(D_ID)、使能、ASM端口及消息標識符(Msg_ID)進行配置。配置發(fā)送數(shù)據(jù)是在端口為發(fā)送時，修改數(shù)據(jù)發(fā)送策略、次數(shù)、間隔和幀長度。

任務(wù)工程配置完成后，通過操作開始按鈕，板卡將進行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計界面可以查看數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況，若詳細查看接收數(shù)據(jù)，可以通過數(shù)據(jù)視圖進行顯示切換，接收的數(shù)據(jù)將以幀的形式逐行顯示，具體有數(shù)據(jù)幀的序號、端口ID、時間戳、S_ID、D_ID、Msg_ID、信息類型和幀長度等。同時，顯示16進制數(shù)據(jù)幀的具體內(nèi)容。當完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收后，通過控制終止按鈕結(jié)束其工作。為了實現(xiàn)接收數(shù)據(jù)能夠事后查看，系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)存儲功能。當系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)后，開始將數(shù)據(jù)記錄在文件中。存儲文件是以一種索引+數(shù)據(jù)幀的格式進行數(shù)據(jù)存儲，方便數(shù)據(jù)的查看。

3.3 注意事項

板卡1提供了驅(qū)動包和應(yīng)用軟件包，在軟件安裝過程中，出現(xiàn)了一些狀況，值得說明一下。板卡安裝的主機為Z840工作站，該工作站配置為8 G內(nèi)存，操作系統(tǒng)為64位Windows7。安裝板卡1的64位Windows7版驅(qū)動程序時，出現(xiàn)了錯誤信息，提示內(nèi)容一是不能打開服務(wù)控制器，確認是否以管理者權(quán)限運行；二是板卡驅(qū)動初始化失敗。為此，針對錯誤提示內(nèi)容，采取了一些措施，逐一驗證排除，通過如圖2所示的工作流程后，最終完成了板卡1的驅(qū)動及應(yīng)用程序的成功安裝。

圖2 板卡1驅(qū)動安裝處理工作流程

首先，確認排除了由于管理者身份操控的問題；其次，確定并安裝板卡支持64位Windows7操作系統(tǒng)，選擇安裝的64位Windows7驅(qū)動包，顯示安裝不成功，提示相同的錯誤信息；再次，將工作站的操作系統(tǒng)改為32位Windows7，并且選擇32位驅(qū)動包安裝，提示安裝成功；最后，恢復(fù)64位Windows7操作系統(tǒng)，并將主板與硬盤之間的SATA接口進行了調(diào)整，由原8個端口排列的端口改接至6個端口排列的端口后，安裝64位驅(qū)動，顯示一切正常，提示安裝成功。在驅(qū)動未安裝成功時，運行應(yīng)用程序時，系統(tǒng)無法正常工作，并且顯示錯誤提示。

通過以上安裝實踐過程，驗證了板卡1能夠支持32位和64位的Windows7操作系統(tǒng)。同時，也說明了板卡1所處的支持環(huán)境不同時，有可能遇到新問題。

4 應(yīng)用實例

采用如圖3所示的連接方式，將板卡1 的Port0作為接收端、Port1作為發(fā)送端，同時，將板卡2 的PortA作為發(fā)送端、PortB作為接收端，形成發(fā)送和接收回路的測試策略，從而驗證兩板卡之間的通訊功能。

圖3 應(yīng)用實例連接示意圖

按照設(shè)定的連接接口關(guān)系，分別在板卡對應(yīng)的應(yīng)用程序中進行模塊設(shè)置、數(shù)據(jù)發(fā)送、接收及查看等，實現(xiàn)了板卡1與板卡2之間的數(shù)據(jù)互通。以板卡2的PortA作為數(shù)據(jù)源發(fā)送端，首發(fā)FC-AE-ASM協(xié)議幀數(shù)據(jù)，經(jīng)板卡1的 Port0接收數(shù)據(jù)后，利用板卡1的串聯(lián)模式，在其內(nèi)部實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)，再由板卡1的 Port1發(fā)送，最后，數(shù)據(jù)由板卡2的PortB接收，從而驗證兩板卡的收發(fā)功能及工作模式和方式的設(shè)置功能是否正常。具體板卡設(shè)置及測試過程有：

1)板卡1的設(shè)置，在操作界面上將板卡1的連接配置設(shè)置為In-Link(即Port0的接收機在內(nèi)部直接與Port1的發(fā)送機相連)，工作方式設(shè)置為Analyzer，端口速率設(shè)置為1 G，其它默認。

2)板卡2的設(shè)置，添加Port1、Port2兩個端口，Port1的傳輸方向設(shè)置為發(fā)送，與PortA關(guān)聯(lián)，發(fā)送數(shù)據(jù)為ASM幀，S_ID為1，D_ID為2，Msg_ID為2，幀數(shù)據(jù)域自定義，其它默認；Port2的傳輸方向設(shè)置為接收，與PortB關(guān)聯(lián)，將端口傳輸速率設(shè)置為1G，其它默認。

3)打開板卡1與板卡2，板卡1的Port0、Port1分別處于數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)；板卡2的PortB、PortA分別處于數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)。

4)完成互通，雙方均顯示接收到數(shù)據(jù)后，停止板卡1與板卡2的工作，板卡1的數(shù)據(jù)監(jiān)控界面如圖4所示，通過對比圖中Port0接收到的ASM幀和板卡2PortA發(fā)送的數(shù)據(jù)后，發(fā)現(xiàn)板卡1接收的數(shù)據(jù)與板卡2發(fā)送的數(shù)據(jù)一致。板卡2的數(shù)據(jù)視圖如圖5所示，分析板卡2中的接收到的數(shù)據(jù)后，發(fā)現(xiàn)板卡2PortB接收到的數(shù)據(jù)也有PortA發(fā)送的數(shù)據(jù)一致。

通過對圖4和圖5中的數(shù)據(jù)進行查看，顯示出對應(yīng)的S_ID、D_ID、Msg_ID、信息類型和幀長度等內(nèi)容，說明兩板卡均實現(xiàn)了對ASM協(xié)議的解析功能。

圖4 板卡1的數(shù)據(jù)監(jiān)控界面

圖5 板卡2的數(shù)據(jù)監(jiān)控界面

5 結(jié)論

通過基于FC-AE-ASM協(xié)議的國內(nèi)外通訊板卡的對比及應(yīng)用研究，兩種板卡均能滿足FC-AE-ASM協(xié)議仿真測試平臺通訊功能的要求，且各自的特點也顯現(xiàn)：板卡1功能強大、資源開放、應(yīng)用靈活，設(shè)計操作復(fù)雜，對人員的要求高；板卡2功能合理、資源局部開放、應(yīng)用方便，更貼近應(yīng)用工程，操作方便，容易進行二次開發(fā)。FC總線已成為重要的機載航空總線，隨著新機不斷服役，F(xiàn)C總線的修理仿真測試研究將逐漸增多。通訊板卡應(yīng)用研究作為FC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)仿真測試平臺關(guān)鍵內(nèi)容之一，在為完成FC網(wǎng)絡(luò)修理做好技術(shù)儲備的同時，也為后續(xù)相關(guān)研究選擇通訊板卡提供了借鑒，其價值在維修保障技術(shù)中將不斷體現(xiàn)出來。

[1] 孫 琦，吳 勇，鄭 昕，等．光纖通道技術(shù)在統(tǒng)一航空電子網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J]．通信技術(shù)，2009(5):80-82.

[2] 丁 凡，熊華鋼，宋麗茹．FC-AE-1553網(wǎng)絡(luò)的建模仿真研究 [J]．計算機工程與應(yīng)用，2008，44(31): 20-24.

[3] 黃永葵．光纖通道標準及其在航空電子中的應(yīng)用[J]．航空電子技術(shù)，2003，34(4): 1-12.

[4] 徐亞軍，張曉林，熊華鋼．光纖通道網(wǎng)絡(luò)故障處理方法研究[J]．電光與控制，2007,14(2)：119-122.

[5] 周天然，宋麗茹，熊華鋼，等．航空電子環(huán)境下FC網(wǎng)絡(luò)的建模與仿真[J]．北京航空航天大學學報，2008，34(10): 1117-1120.

[6] 劉 鑫，陸文娟．光纖通道在航空電子環(huán)境的應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)研究[J]．光通信技術(shù)，2006(4): 55-58.

[7] 李 浩，周 東．光纖通道上映射MIL-STD-1553協(xié)議 [J]．光纖數(shù)據(jù)通信，2005(8): 53-55.

[8] 劉 飛．光纖通道在基于MIL-STD-1553的航空電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J]．飛機設(shè)計，2007，27(3): 75-80.

[9] 胡 辛，李紅軍，曹鬧昌，等．航空電子數(shù)據(jù)總線技術(shù)研究[J]．現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，325(14): 96-98.

[10] 丁 凡，宋麗茹，熊華鋼．FC-AE-ASM網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送控制算法研究[J]．電子與信息學報，2009，31(6): 1509-1512.

[11] 楊媛媛，武 健，武 華．一種面向FC-AE-ASM網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)監(jiān)控存儲方案設(shè)計 [J]．電子技術(shù)，2015，(6): 79-82.

[12] 付中培，吳 勇，張建東，等．FC-AE-ASM網(wǎng)絡(luò)調(diào)度算法研究 [J]．現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34(6): 108-111.