航電中繼系統(tǒng)多通道ARINC429總線故障注入方法

樊智勇,李 季,劉 濤

(1.中國(guó)民航大學(xué) 工程技術(shù)訓(xùn)練中心，天津 300300；2.中國(guó)民航大學(xué) 電子信息與自動(dòng)化學(xué)院，天津 300300)

0 引言

故障注入技術(shù)廣泛應(yīng)用于民用飛機(jī)航電系統(tǒng)集成測(cè)試，為系統(tǒng)的可靠性研究提供重要依據(jù)[1]。當(dāng)測(cè)試數(shù)據(jù)量較大時(shí)，系統(tǒng)可能面臨無(wú)法滿足測(cè)試實(shí)時(shí)性的問(wèn)題，有必要考慮大數(shù)據(jù)量和實(shí)時(shí)性的故障注入方法。航電中繼系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)不同空間的航電組件或半實(shí)物仿真器之間大量總線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行且易于集中監(jiān)控[2]，可用于集成測(cè)試中總線數(shù)據(jù)的故障注入，系統(tǒng)在兼顧總線數(shù)據(jù)多通道并行注入的同時(shí)，保證故障注入的實(shí)時(shí)性。

ARINC429數(shù)據(jù)在航電系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互中應(yīng)用廣泛，針對(duì)ARINC429總線的故障注入可以較好地模擬組件在工作過(guò)程中出現(xiàn)的故障，從而應(yīng)用于集成測(cè)試，對(duì)研究總線的故障注入測(cè)試方法具有重要意義[3-4]。在考慮故障覆蓋性和多通道故障并行注入的同時(shí)，依靠航電中繼系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)低延時(shí)、數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)在多設(shè)備、多通道進(jìn)行多種故障類型的低延時(shí)注入。

1 航電中繼系統(tǒng)故障注入方法及架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 數(shù)據(jù)交互方式

航電中繼系統(tǒng)采用反射內(nèi)存實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)構(gòu)型由終端、以太網(wǎng)交換機(jī)和反射內(nèi)存交換機(jī)組成，終端和配置管理計(jì)算機(jī)通過(guò)反射內(nèi)存通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)加載配置文件。每個(gè)終端包含一塊ARINC429總線卡、以太網(wǎng)卡和反射內(nèi)存卡；多個(gè)終端之間通過(guò)反射內(nèi)存交換機(jī)作為傳輸中繼，實(shí)現(xiàn)多個(gè)終端之間總線信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)及監(jiān)視功能。

反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)[5-6](reflective memory networks)由反射內(nèi)存卡和光纖構(gòu)成，其通訊網(wǎng)絡(luò)具有傳輸穩(wěn)定、低延遲、節(jié)點(diǎn)多等特點(diǎn)，常用于解決仿真過(guò)程中數(shù)據(jù)交互的實(shí)時(shí)性問(wèn)題。反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)用于集成測(cè)試可滿足系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，網(wǎng)絡(luò)可信度高，基于反射內(nèi)存建立的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以保證測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，系統(tǒng)測(cè)試效果良好，可以滿足系統(tǒng)集成測(cè)試的要求。

1.2 故障注入方法及架構(gòu)設(shè)計(jì)

綜合反射內(nèi)存優(yōu)點(diǎn)和考慮故障注入對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性的需求，采用反射內(nèi)存通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)ARINC429總線的故障注入。反射內(nèi)存通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由配置管理計(jì)算機(jī)，故障注入器，反射內(nèi)存交換機(jī)，以太網(wǎng)交換機(jī)和終端構(gòu)成。在通信網(wǎng)絡(luò)中，配置管理計(jì)算機(jī)為人機(jī)接口層，通過(guò)TCI(transmit common interface)傳輸服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，終端和故障注入器經(jīng)由以太網(wǎng)通過(guò)FTP(file transfer protocol)協(xié)議加載配置管理計(jì)算機(jī)的配置文件，人機(jī)接口層通過(guò)光纖和反射內(nèi)存交換機(jī)交換數(shù)據(jù)，航電中繼系統(tǒng)的故障注入反射內(nèi)存通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 故障注入反射內(nèi)存通信網(wǎng)絡(luò)

在反射內(nèi)存通信網(wǎng)絡(luò)中，分別為反射內(nèi)存終端節(jié)點(diǎn)和故障注入器節(jié)點(diǎn)劃分?jǐn)?shù)據(jù)緩存地址，每個(gè)終端和故障注入器的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)著不同的反射內(nèi)存地址段，通過(guò)反射內(nèi)存廣播的機(jī)制，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和故障注入。配置管理計(jì)算機(jī)采用Windows操作系統(tǒng)，讀取反射內(nèi)存數(shù)據(jù)，用于數(shù)據(jù)監(jiān)控，故障注入器為Vxworks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，和反射內(nèi)存交換機(jī)通信為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的讀取和寫入。反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互過(guò)程中，由配置管理計(jì)算機(jī)向終端和故障注入器發(fā)送ICD(input configuration document)配置文件，包含數(shù)據(jù)內(nèi)容和源/目的終端信息。其中故障注入器的配置文件包含故障信息，所有的終端均通過(guò)故障注入器進(jìn)行總線數(shù)據(jù)的故障注入。系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向?yàn)椋涸唇K端→反射內(nèi)存交換機(jī)→故障注入器→反射內(nèi)存交換機(jī)→目的終端。根據(jù)配置文件內(nèi)容，將源終端中的輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到故障注入器中，在故障注入器中，由配置文件中的故障信息判斷是否進(jìn)行故障注入，若進(jìn)行故障注入，則根據(jù)故障信息進(jìn)行設(shè)定故障類型的修改，將修改后的數(shù)據(jù)暫存在故障注入器對(duì)應(yīng)的反射內(nèi)存地址緩存區(qū)中，等待被目的終端讀取，實(shí)現(xiàn)總線數(shù)據(jù)故障注入。同時(shí)，擴(kuò)展故障類型只需改變配置文件內(nèi)容即可實(shí)現(xiàn)，采用反射內(nèi)存通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)故障注入，故障的可擴(kuò)展性強(qiáng)且易于實(shí)現(xiàn)。

2 航電系統(tǒng)故障類型及注入方式

為模擬航電系統(tǒng)的典型故障，從總線結(jié)構(gòu)角度出發(fā)設(shè)定ARINC429總線故障類型，選取傳輸總線作為故障注入點(diǎn)，可以較全面覆蓋系統(tǒng)的故障問(wèn)題，提高故障注入效率。

2.1 故障類型

按照總線結(jié)構(gòu)將總線劃分為協(xié)議層和應(yīng)用層[7]，協(xié)議層根據(jù)總線協(xié)議劃分，應(yīng)用層根據(jù)信號(hào)在不同組件中的具體應(yīng)用劃分。針對(duì)總線故障，將故障類型劃分為總線協(xié)議層故障和總線應(yīng)用層故障。

協(xié)議層指信號(hào)傳輸協(xié)議[8]，ARINC429總線數(shù)據(jù)格式為32位，每一位在傳輸過(guò)程中都有可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤有：標(biāo)識(shí)碼(label)錯(cuò)誤、源/目的識(shí)別碼(SDI)錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)位(data)錯(cuò)誤、符號(hào)狀態(tài)位(SSM)錯(cuò)誤、奇偶校驗(yàn)位(parity)錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤可能單獨(dú)出現(xiàn)，也可能組合出現(xiàn)。

應(yīng)用層方面，由于應(yīng)用層是建立在組件功能的基礎(chǔ)上，根據(jù)組件功能的不同會(huì)出現(xiàn)不同類型的故障[9-10]。航電組件可能出現(xiàn)的故障有不符合組件規(guī)范的數(shù)據(jù)，如超出數(shù)據(jù)的范圍、數(shù)據(jù)本身的錯(cuò)誤、應(yīng)用數(shù)據(jù)丟失、線路的異常連接導(dǎo)致的信號(hào)傳輸故障。如FMS中出現(xiàn)接收飛行參數(shù)的顯示異?；蛘咝盘?hào)丟失，或NAV發(fā)送的導(dǎo)航信號(hào)中方位角數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等，此類信號(hào)應(yīng)用層面的具體故障，在總線上的故障都可以歸結(jié)為數(shù)據(jù)丟失或數(shù)據(jù)錯(cuò)誤兩類通用故障類型。

2.2 故障實(shí)現(xiàn)方式

在反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)中，定義用來(lái)緩存板卡讀取及待發(fā)送數(shù)據(jù)變量phA429Data；故障緩存變量phFaultData，變量初始值為FFFF FFFF；輸出數(shù)據(jù)緩存區(qū)變量phForwardData。故障注入原理如圖2所示。

圖2 故障注入原理圖

在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，組件連接終端板卡接口模擬數(shù)據(jù)的收發(fā)，配置管理計(jì)算機(jī)下發(fā)配置文件將輸入數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在變量phA429Data中，由反射內(nèi)存交換機(jī)根據(jù)配置文件進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。若進(jìn)行故障注入，被轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)入故障注入器中執(zhí)行故障注入，將變量phA429Data和變量phFaultData中緩存的數(shù)據(jù)按位取邏輯“與”運(yùn)算，將運(yùn)算后的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在變量phForwardData中，寫入反射內(nèi)存對(duì)應(yīng)的緩存區(qū)地址中，由反射內(nèi)存交換機(jī)廣播到其它節(jié)點(diǎn)，終端根據(jù)配置文件選擇是否執(zhí)行讀取或?qū)懭氩僮?，其中變量phFaultData由配置文件中的故障信息決定。若不進(jìn)行故障注入，直接轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)至目的終端，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)正常轉(zhuǎn)發(fā)。

2.2.1 協(xié)議層故障

協(xié)議層故障考慮ARINC429 總線協(xié)議所規(guī)定的數(shù)據(jù)格式故障和信號(hào)時(shí)序故障。根據(jù)ARINC429數(shù)據(jù)協(xié)議和硬件板卡傳輸協(xié)議，判斷傳輸信號(hào)的內(nèi)容，讀取反射內(nèi)存全局結(jié)構(gòu)體變量phA429Data中的數(shù)據(jù)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)ARINC429 總線上傳輸數(shù)據(jù)的解碼，對(duì)解碼后的數(shù)據(jù)按照Parity、SSM、Data、 SDI、Label的順序進(jìn)行重新排列。

ARINC429數(shù)據(jù)協(xié)議層數(shù)據(jù)格式錯(cuò)誤故障的實(shí)現(xiàn)方式為：對(duì)解碼并重新排列后的ARINC429數(shù)據(jù)進(jìn)行指定占位的替換。執(zhí)行故障注入時(shí)，故障注入器生成故障文件，查找所要替換的數(shù)據(jù)位置，對(duì)變量phFaultData中指定位置數(shù)據(jù)進(jìn)行反轉(zhuǎn)，隨后和變量phA429Data中緩存的數(shù)據(jù)按位取邏輯“與”運(yùn)算，完成變量phA429Data中0和1的替換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式錯(cuò)誤的故障。

信號(hào)時(shí)序故障為數(shù)據(jù)傳輸中的常見(jiàn)問(wèn)題，故障內(nèi)容為改變信號(hào)的周期，從而造成信號(hào)時(shí)序的波動(dòng)或混亂。通過(guò)調(diào)整故障注入器發(fā)送緩存變量的時(shí)間間隔實(shí)現(xiàn)，控制變量phFaultData進(jìn)入反射內(nèi)存交換機(jī)的時(shí)序。該故障使用信號(hào)觸發(fā)延遲TaskDelay()函數(shù)實(shí)現(xiàn)，計(jì)量單位為毫秒，若由于周期改變?cè)斐傻臄?shù)據(jù)堆疊，則將堆疊的數(shù)據(jù)丟棄即可。

2.2.2 應(yīng)用層故障

應(yīng)用層故障類型為組件中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等故障。

數(shù)據(jù)錯(cuò)誤是系統(tǒng)預(yù)期接收數(shù)據(jù)的內(nèi)容和實(shí)際接收數(shù)據(jù)不一致，其考慮的因素是數(shù)據(jù)內(nèi)容不符合組件收發(fā)數(shù)據(jù)規(guī)定的范圍或組件之間互相轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)發(fā)生混亂，造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的情況。數(shù)據(jù)錯(cuò)誤故障實(shí)現(xiàn)方式為：

1)隨機(jī)生成phFaultData或者手動(dòng)鍵入數(shù)據(jù)對(duì)phFaultData進(jìn)行賦值，隨后和變量phA429Data中緩存的數(shù)據(jù)按位取邏輯“與”運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果改變phForwardData中的緩存，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤故障。

2)改變數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的目的終端，造成組件接受本不屬于該組件的數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)內(nèi)容錯(cuò)誤。每個(gè)終端在反射內(nèi)存交換機(jī)中的地址由配置管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行配置，當(dāng)?shù)刂窋?shù)據(jù)發(fā)生改變時(shí)，則對(duì)應(yīng)的終端和數(shù)據(jù)內(nèi)容均會(huì)發(fā)生改變。利用反射內(nèi)存的這一特性，給變量phFaultData賦予一個(gè)偏移地址，從而導(dǎo)致由于目的終端被改變而造成的數(shù)據(jù)內(nèi)容錯(cuò)誤。

數(shù)據(jù)丟失故障模擬信號(hào)在傳輸過(guò)程中，由于線路連接異常等原因?qū)е碌臄?shù)據(jù)丟失，故障現(xiàn)象為目的終端無(wú)法收到預(yù)期的數(shù)據(jù)。該故障實(shí)現(xiàn)方式為：在反射內(nèi)存中，給變量phFaultData賦予一個(gè)較大的偏移地址，造成該數(shù)據(jù)在反射內(nèi)存交換機(jī)中無(wú)法尋址，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法被轉(zhuǎn)發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失故障。

3 故障注入過(guò)程邏輯設(shè)計(jì)

本文選取故障注入點(diǎn)為ARINC429總線，數(shù)據(jù)交互方式為反射內(nèi)存通信網(wǎng)絡(luò)，在系統(tǒng)進(jìn)行正常數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程中在總線上進(jìn)行故障注入。終端在VxWorks操作系統(tǒng)下以系統(tǒng)時(shí)鐘速率輪詢反射內(nèi)存板卡各通道內(nèi)存的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在板卡通道讀寫任務(wù)根據(jù)FIFO的不同狀態(tài)執(zhí)行，按照先進(jìn)先出的原則對(duì)通道的讀寫任務(wù)進(jìn)行調(diào)度。

系統(tǒng)故障注入執(zhí)行過(guò)程如下：

1)系統(tǒng)創(chuàng)建數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，并向終端和故障注入器下發(fā)配置文件。

2)終端和故障注入器檢查板卡各通道的狀態(tài)，若通道FIFO狀態(tài)不空，則使能讀FIFO (EnableReadFIFO)開(kāi)始工作，終端和故障注入器接收配置文件，若通道FIFO狀態(tài)為空，多次查詢，任務(wù)超時(shí)后結(jié)束運(yùn)行。

3)接收數(shù)據(jù)函數(shù)(ReceiveData)執(zhí)行，源終端接收數(shù)據(jù)。

4)終端把數(shù)據(jù)寫入反射內(nèi)存對(duì)應(yīng)的通道地址，廣播到反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)中其它節(jié)點(diǎn)的相同通道地址中。

5)由配置文件內(nèi)容決定是否進(jìn)行故障注入，若進(jìn)行故障注入，則故障注入器接收該數(shù)據(jù)，并根據(jù)配置文件中的故障信息對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行相應(yīng)的運(yùn)算，將運(yùn)算后的結(jié)果寫入反射內(nèi)存對(duì)應(yīng)的通道地址，并廣播到反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)中其它節(jié)點(diǎn)的相同通道地址中；若不進(jìn)行故障注入，則進(jìn)行數(shù)據(jù)的正常轉(zhuǎn)發(fā)。

6)終端判斷是否轉(zhuǎn)發(fā)此數(shù)據(jù)。若轉(zhuǎn)發(fā)，則目標(biāo)終端讀取該數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)寫到對(duì)應(yīng)通道反射內(nèi)存地址中，若不轉(zhuǎn)發(fā)，則結(jié)束運(yùn)行。

圖3 故障注入流程圖

若系統(tǒng)在多次查詢后任務(wù)為超時(shí)狀態(tài)時(shí)，結(jié)束運(yùn)行，防止系統(tǒng)在沒(méi)有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)程序陷入死循環(huán)。

4 驗(yàn)證

4.1 故障注入實(shí)驗(yàn)

航電中繼系統(tǒng)故障注入實(shí)驗(yàn)為配置轉(zhuǎn)發(fā)ARINC429數(shù)據(jù)過(guò)程進(jìn)行故障注入。實(shí)驗(yàn)使用長(zhǎng)度2 km的光纖，儀器包括：ARINC429總線8通道板卡；ARINC429總線分析儀，以12.5 kb/s的速率傳輸數(shù)據(jù)，模擬組件信號(hào)的收發(fā)。

4.1.1 協(xié)議層故障注入

4.1.1.1 數(shù)據(jù)格式錯(cuò)誤

協(xié)議層故障注入實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為數(shù)據(jù)格式錯(cuò)誤故障。設(shè)置不同數(shù)據(jù)格式的故障類型，部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 部分故障注入數(shù)據(jù)結(jié)果

在單次實(shí)驗(yàn)中，設(shè)定標(biāo)識(shí)碼和數(shù)據(jù)字組合錯(cuò)誤故障注入實(shí)驗(yàn)，得到429總線分析儀中TX顯示發(fā)送數(shù)據(jù)201CB0，RX顯示接收數(shù)據(jù)為12000004，本次實(shí)驗(yàn)示波器顯示結(jié)果如圖4所示。

圖4 示波器顯示

圖4上方為輸入信號(hào)波形，下方為輸出信號(hào)波形，分別和ARINC429總線分析儀TX和RX顯示的數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)，從圖中可看出輸入輸出信號(hào)存在Label和Data中高低電平的差異，其余部分保持不變，和本次故障實(shí)驗(yàn)預(yù)期取得的結(jié)果一致，表明ARINC429總線的協(xié)議層對(duì)設(shè)定的故障注入成功。更改系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)配置繼續(xù)進(jìn)行不同通道的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果均可實(shí)現(xiàn)故障注入，記錄每次實(shí)驗(yàn)故障注入前后的延時(shí)。

4.1.1.2 信號(hào)時(shí)序故障

信號(hào)時(shí)序故障注入實(shí)驗(yàn)使用TaskDelay()函數(shù)設(shè)置任務(wù)時(shí)序延時(shí)，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中改變信號(hào)發(fā)送間隔，實(shí)驗(yàn)設(shè)置發(fā)送端信號(hào)數(shù)據(jù)周期為100 ms，TaskDelay()設(shè)置為100 ms，進(jìn)行故障注入實(shí)驗(yàn)。預(yù)期獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：信號(hào)發(fā)送周期變?yōu)?00 ms。使用示波器測(cè)量故障注入前后信號(hào)的波形如圖5所示，在多個(gè)周期間隔內(nèi)，上方的波形的傳輸周期和下方波形周期存在明顯差異，示波器測(cè)量結(jié)果表明輸入信號(hào)和輸出信號(hào)波形存在100 ms的相位差，輸出信號(hào)的周期變?yōu)?00 ms，和預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，表明信號(hào)時(shí)序故障注入成功。更改TaskDelay()函數(shù)繼續(xù)進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，結(jié)果均可實(shí)現(xiàn)故障注入。

圖5 示波器顯示

4.1.2 應(yīng)用層故障注入

應(yīng)用層故障以數(shù)據(jù)內(nèi)容錯(cuò)誤故障和數(shù)據(jù)丟失故障為例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。以多組件數(shù)據(jù)交互為例給出系統(tǒng)終端配置如表2所示。

表2 終端配置表

表中終端配置信息含義以實(shí)驗(yàn)編號(hào)1為例：配置終端1的通道1向終端3的通道8轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)52D8A5E5。根據(jù)實(shí)驗(yàn)配置表實(shí)現(xiàn)組件應(yīng)用層方面的連接關(guān)系，來(lái)模擬真實(shí)組件的總線數(shù)據(jù)的傳輸。

4.1.2.1 數(shù)據(jù)內(nèi)容錯(cuò)誤故障

數(shù)據(jù)內(nèi)容錯(cuò)誤故障實(shí)驗(yàn)中，ARINC429總線分析儀中TX和RX分別連接信號(hào)發(fā)送端和信號(hào)接收端。按表2終端配置，進(jìn)行數(shù)據(jù)丟內(nèi)容錯(cuò)誤的故障注入實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 數(shù)據(jù)內(nèi)容錯(cuò)誤故障

以實(shí)驗(yàn)編號(hào)1和4為例，組件輸入數(shù)據(jù)分別為52D8A5E5和A5C2BB96，將兩組實(shí)驗(yàn)中的目的終端互換，造成原來(lái)的目的終端輸出數(shù)據(jù)內(nèi)容的改變，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)內(nèi)容故障錯(cuò)誤。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為編號(hào)1收到的輸出數(shù)據(jù)為A5C2BB96，編號(hào)4收到的輸出數(shù)據(jù)為52D8A5E5，表明對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容錯(cuò)誤故障注入成功。同理，更改系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)配置進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，均可實(shí)現(xiàn)故障注入。

4.1.2.2 數(shù)據(jù)丟失故障

數(shù)據(jù)丟失故障實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果為：輸出數(shù)據(jù)為空。按照表2終端配置，進(jìn)行數(shù)據(jù)丟失的故障注入實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 數(shù)據(jù)丟失故障

更改系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)配置分別進(jìn)行不同通道、不同終端多次故障注入實(shí)驗(yàn)，故障注入功能運(yùn)行穩(wěn)定，表明航電中繼系統(tǒng)的多通道ARINC429總線故障注入方法真實(shí)有效，且故障注入功能的增加仍保證航電中繼系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，并記錄故障注入前后系統(tǒng)的延時(shí)。

4.2 延時(shí)分析

將多次故障注入實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)的延時(shí)和正常狀態(tài)下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算多終端、多個(gè)通道在故障注入前后延遲時(shí)間的差值。分別進(jìn)行配置兩組不同數(shù)據(jù)量故障注入和正常數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)：

1)多終端、單通道轉(zhuǎn)發(fā)：終端1的8個(gè)通道分別轉(zhuǎn)發(fā)至終端2～6的8個(gè)通道；

2)多終端、多通道轉(zhuǎn)發(fā)：終端1的8個(gè)通道同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給終端2～6的共40個(gè)通道；

測(cè)量并記錄正常數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的系統(tǒng)延時(shí)和故障注入后系統(tǒng)的延遲，得到多組對(duì)比實(shí)驗(yàn)的延遲差值，如圖6所示。

圖6 故障注入前后延時(shí)對(duì)比

由各組實(shí)驗(yàn)的延時(shí)對(duì)比，可得在多終端、單通道故障注入前后系統(tǒng)的最大延時(shí)差別約為0.05 ms，多終端、多通道數(shù)據(jù)的故障注入前后系統(tǒng)的最大延時(shí)差別約為0.08 ms。故障注入對(duì)系統(tǒng)的延時(shí)來(lái)源為故障注入器和終端數(shù)據(jù)的交互，故障注入器內(nèi)部運(yùn)算的時(shí)間。航電中繼系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在多通道總線故障的低延時(shí)注入。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)分析航電中繼系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互方式，研究反射內(nèi)存通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、總線的故障類型、實(shí)現(xiàn)方法及故障注入邏輯設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)航電中繼系統(tǒng)多通道ARINC429總線故障的低延時(shí)注入。通過(guò)搭建故障注入實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)境，驗(yàn)證故障注入功能可實(shí)現(xiàn)多終端，多通道數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中的故障注入。進(jìn)行多次不同故障類型的注入實(shí)驗(yàn)，和預(yù)期取得故障注入結(jié)果均一致。故障注入對(duì)系統(tǒng)的延時(shí)影響小，可實(shí)現(xiàn)多通道、低延時(shí)的故障注入，滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性需求，故障類型的可擴(kuò)展性強(qiáng)，也可應(yīng)用于其他類型總線，為航電系統(tǒng)的測(cè)試及故障診斷提供一種可行性方法。