多总线测试技术研究及应用

李阳

摘要：现阶段大多数飞机均采用模块化设计、模块化制造、模块化交付的原则，在每一架飞机的机载成品装机之前，均进行4个分系统的地面交付试验，以保证各部段功能和性能指标满足设计要求。4个系统均含有多种总线，系统总线比较复杂。现设计一套通用的、集AFDX总线、HB6096总线、GJB289A总线、CAN总线测试为一体的总线测试设备具有重要意义，不仅能够节约生产成本，更好的支持飞机各系统的开发，同时还能为机载设备的故障定位提供可靠的依据。

关键词：多总线测试；CAN总线；数据网络

中图分类号TN4 文献标识码A 文章编号2095-6363（2016）06-0216-02

1.测试系统与被测总线连接方式设计

多总线测试系统的研制目的即监控飞机各总线上传输的数据流，在不破坏飞机任何总线结构的情况下，同时不影响各个机载设备正常工作时，将总线监控设备接入各总线当中，与飞机上各总线接口兼容是本设计的关键技术，此外防差错设计从结构上消除了差错的可能性。由于各总线连接特性的不同，分别设计了以下4种的总线连接方式：

1）CAN总线连接方式。CAN总线是一种串行通讯总线，CAN中继器是CAN总线系统组网的重要设备，在中继器节点下面可以继续接底层通讯测量节点，可以将该节点的另一组接口与远程节点组成一个新的临时CAN网络，实现两个子网报文数据之间的转发。CAN总线信号在通过中继器后，其强度将还原到初始状态，增加了现场总线的节点驱动数量，同时也易于进行网络的扩展。该方案支持双向数据传输。

2）GJB289A总线连接方式。目前G-JB289A数据总线系统基本都采用变压器耦合方式。各终端均通过短截线和一个耦合变压器来与主总线相连，其中主总线为整个总线的主干部分，短截线用于连接各终端的分支部分，要求所有的主总线与短截线均使用带屏蔽的双绞线，以提高系统的抗干扰能力。耦合变压器是主总线与短截线的连接点，在主总线两端的耦合器还需接入终止器。本文设计的多总线测试设备在GJB289A总线系统中充当的就是总线监控器（BM）角色。

3）AFDX总线连接方式。飞机中AFDX网络的拓扑结构设计为星形结构。交换机是整个网络的核心设备，交换机通过接收总线数据和转发总线数据完成数据包从源端机载设备到目的端机载设备的传输，交换机在转发过程中执行数据过滤功能，还对数据包进行调度管理，防止网络冲突造成的丢失数据和错误数据现象；链路实现了带宽资源的有效分配和隔离，是一个终端到另一个终端之间的单相逻辑路径；终端为接入AFDX网络中不同的机载设备。将多总线监控系统的测试端口与交换机的监控端口通过特制电缆相连即完成了外部的电气连接。测试过程包括以下5个步骤：第一，向交换机加载本次监控数据所需要用的配置表，使交换机按照配置表转发数据；第二，给交换机设置Pin值，让交换机按按照位置获取相应的配置表然后进行数据的转发；第三，重启交换机，使交换机的配置恢复有效；第四，向交换机发送驱动离散量信号，使交换机对所收到的总线数据进行处理，然后通过监控端口转发至多总线测试设备；第五，分析监控结果。

4）HB6096总线连接方式。HB6096总线数据传输是一种串行通信，数字信息通过一对单向、差分耦合、双绞屏蔽线传输。对于HB6096总线连接方式的设计是在不影响飞机系统机载设备正常工作情况下，做该型总线的电连接器延长线，在延长线上分出两组线与多总线监控设备相连。

2.监控系统的硬件系统设计

多总线测试设备采用高密度组装形式，由便携式加固计算机、GJB289A总线测试板卡、HB6096总线测试板卡、CAN总线测试板卡、AFDX总线测试板卡五部分组成，各测试板卡通过PCI主桥与便携式加固计算机的处理模块FPGA之间实现数据交互。

1）GJB289A总线测试板卡。G-JB289A总线测试板卡是一种智能化、通用化的多路传输总线通信接口，可以在同一时刻支持Bc（总线控制器）、32个RT（远程终端）、BM（总线监控器）这3种总线终端，用户可以在一张板卡上完成整个G-JB289A总线系统的仿真功能。在进行总线监控时，通常使用BM（总线监控器）模式。BM模式提供了监视和记录所有消息的功能，包括消息的时间标记和命令、数据、状态的错误信息，也可以过滤掉某些消息，过滤基于命令字处理模式。

2）ITB6096总线测试板卡。从系统的测试功能分析，HB6096总线测试板卡作为与HB6096总线数据的接口完成16位并行总线到HB6096串行总线之间的数据转换。HI 3582芯片是高性能COMS型HB6096专用接口芯片，FPGA根据Hl 3582芯片的接口特点，驱动Hl 3582完成ttB6096总线上的数据读、写操作，此外，HI 3582工作需要1MHz时钟由FPGA产生。接口转换电路有效的桥接了测试板卡内部总线与主控计算机的PCI总线，起到了连接桥梁的作用。

3）CAN总线测试板卡。CAN总线测试板卡采用微控制器+CAN总线控制器+CAN总线收发器这种实现方式。其中微控制器进行信号采样、实时控制以及管理CAN总线通信等功能；CAN总线控制器主要实现CAN总线协议部分和与微控制器之间的电路接口；CAN总线收发器是CAN总线控制器和物理总线间必不可少的接口器件，也称总线驱动器，兼容最新的CAN2.0A/B协议，接收CANH电平和CAN L电平，可以提供对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力。

4）AFDX总线测试板卡。类似于以上3种测试板卡的硬件结构，双余度AFDX总线测试板卡的主要功能单元均在FPGA上实现。其中以太网接口是测试卡和物理网络连接的接口，实现AFDX总线数据帧接收功能和发送功能；接口转换电路是接口模块测试卡和主机连接的接口，实现捕获数据的上报功能和测试数据的下发功能；FPGA模块实现AFDX协议特有的全部虚链路层功能如流量整形、虚链路调度、完整性检查、冗余管理等；DPRAM模块用于存储发送虚链路和接收虚链路的数据、端系统的配置数据和端系统运行需用到的其他数据。

3.监控系统的软件功能设计

总线监控软件在Windows xP操作系统下运行，操作界面友好，使用方便。在总结了传统单一总线监控设备基本功能的优势与弊端后，并考虑实际应用中对多总线监控设备在功能上的特殊需求，设计了多总线监控设备具备的主要功能。

1）通用功能：能够支持ARINC429总线、AFDX总线、CAN总线、GJB289A总线协议，实时对多通道数据进行采集；2）数据的采集功能：按照在总线监控设备上所配置的监控方案截取总线上传输的数据块，并下载保存，检查系统交联数据的正确性以及指令发送、响应的正确性；3）数据实时解析功能：根据各型飞机接口控制文档的相关信息将总线上监控的原始数据进行物理意义上的解析，方便现场操作人员查看；4）存储与回放功能：总线监控设备在监控各总线数据的同时保存所有监控的数据，以报表的形式记录至总线监控设备上，可以在不监控的情况下进行后续的数据离线分析与处理。回放时能够按照向前、向后单步进行数据回放。

4.结论

本设计采用了集多种总线测试功能为一体的设计思路，所监控的总线包括1条双余度AFDX总线、1条双余度GJB289A总线、1条双余度CAN总线、3条单余度CAN总线和数十条ARINC429总线。此外，对于航电系统、飞控系统、机电系统中采用的不同总线测试，将各总线测试功能进行有针对性、灵活的定置组合，能够满足不同系统的测试需求。