基于ASAAC标准的BIT软件架构设计

段海军,陈　福,郭　勇,韩春阳

(中航工业西安航空计算技术研究所 19室,陕西 西安　710065)



基于ASAAC标准的BIT软件架构设计

段海军,陈福,郭勇,韩春阳

(中航工业西安航空计算技术研究所 19室,陕西 西安710065)

摘要为检测和定位航空电子系统的故障,研究了ASAAC标准和自动测试技术。参照ASAAC标准的多级结构,将自测试系统分为节点级、子系统级和系统级三级测试,每一级分别设计了上电自测试、周期自测试和维护自测试,实现了对系统各个运行阶段及不同层次的测试。该系统不仅能检测系统的硬件状态,还能检测软件的启动和运行状态,提高了航空电子系统的自检测能力。

关键词ASAAC;自测试;故障测试

现代战斗机的作战任务和作战环境越来越复杂,航空电子系统的复杂度随之增长,针对系统的测试技术需求也日益突出[1]。系统测试技术应能够对系统的硬件和软件进行全方位的测试,并贯彻于系统的整个生命周期,从设计、生产到最后的应用,能降低生产和维护的成本,缩短产品的开发周期,提高系统的可靠性,同时使系统拥有良好的用户界面[2-6]。

BIT是航空电子设备检测故障的重要手段,在改进系统的可靠性和安全性方面发挥着重要的作用[7-8]。BIT是系统或者内部提供的自动测试能力,不依赖于任何的外部设备,且对系统的运行不会造成影响,适合用于系统的在线测试。

传统的BIT偏重于系统硬件检测,较少提及软件功能测试和软件运行状态的监控。结合综合化模块化航空电子系统的特点,参照ASAAC标准,将BIT为节点级、子系统级、系统级三级测试,每一级均设计了上电自测试、周期自测试和维护自测试,不但能检测系统的硬件状态,同时还可监控软件的运行状态,完成系统整个运行周期的软硬件测试。

1ASAAC标准

ASAAC标准定义的系统管理采用了分层的结构,将系统分为3层,由下到上依次是资源层RE(Resource Element)、综合区域层IA(Integration Area)和飞机层AC(Aircraft)[9]。RE是最底层的管理实体,管理单一的进程单元;IA级是多个应用的逻辑组合,其管理一个或多个RE级;AC是最顶层的管理者,控制并监控整个航空电子系统的运行,如图1所示。

图1　ASAAC标准定义的分层结构

2自测试系统

BIT是系统或者设备内部提供故障检测、故障隔离的自动测试能力。根据BIT启动的方式,可分为3种:上电自测试PUBIT(Power-Up-BIT)、维护性自测试MBIT(Maintenance-BIT)[9]和周期自测试PBIT(Periodic-BIT)。系统上电后,PUBIT自动运行,对系统的硬件和软件功能进行全面测试,判断系统是具备正常工作的能力;系统正常运行中,运行PBIT,对系统的软硬件功能进行周期性的检测,判断系统是否发生故障;MBIT是由用户启动对系统检测,用户根据飞机的实际情况启动MBIT检测软硬件功能[10]。

依据ASAAC标准的层次架构,对系统的检测,不但需要检测每个RE节点的硬件功能和软件功能,还需检测每个IA级的软件和硬件功能,最终完成AC级的检测。因此,将自测试系统分为三级,分别是模块级、子系统级、系统级,每一级又根据自检测的不同种类,包含PUBIT、PBIT和MBIT[11],如图2所示。

图2　分层的BIT工作图

2.1模块级自检测

模块级PUBIT:系统上电后,模块级上电BIT自动运行,对本模块的硬件资源和软件启动情况进行测试。测试本模块所有的硬件资源,包括CPU、NVRAM、RAM、中断等基本的硬件资源,还包括RS232、RS422、1394B的串口设备和总线设备等,该测试结果能全面的反应该模块的硬件情况。PUBIT与刚启动的应用程序交互,判断应用程序是否正常启动,达到监控应用程序启动状态的目的。

模块级BIT对RS232、RS422、1394B只能进行简单的测试,并不能彻底的测试其状态是否正常,这类设备的测试需外部设备给出相应的输入;对软件测试也只能测试软件是否正常启动,而不能确定软件是否能完成相应的功能。

模块级PBIT:系统正常运行时,模块级PBIT对本模块的硬件资源进行周期性的检测,并监控模块上程序的运行状态。PBIT对模块的测试原则是不能影响系统的正常运行,因此只测试了模块的部分硬件资源,包括CPU、NVRAM、RAM等基本的硬件资源。PBIT通过与应用程序的周期性交互,监控本模块上应用程序的运行状态,达到监控应用程序的目的。

模块级MBIT:模块级MBIT响应上一级MBIT的命令完成对本模块硬件资源的检测和软件运行状态的监控,并把检测的结果返回给上一级MBIT。接收到上一级的MBIT的命令后,对本模块的CPU、NVRAM、RAM等硬件资源检测,查询本模块应用软件运行状态,并将最终的结果上报给上一级MBIT。

2.2子系统级自测试

子系统PUBIT:子系统PUBIT是对该子系统内部所有的硬件资源和软件启动情况的测试,依赖于直接隶属于该子系统的模块级PUBIT和子系统PUBIT的结果。子系统上电后,查询直接隶属于该子系统的所有模块级PUBIT和子系统级PUBIT的结果,获取子系统的硬件资源健康状态和应用软件启动情况。子系统的PUBIT上电后,对子系统内部软硬件资源的分配有着重要的意义,根据模块或子系统的健康状态,调整其承担的角色,将故障对系统所造成的影响降到最低。

子系统PBIT:子系统PBIT是对子系统正常工作时硬件资源测试和软件运行情况的监控,子系统PBIT周期性的查询隶属于该子系统的所有模块的周期BIT结果,从而获取子系统的健康情况。

通过子系统的周期性测试,可了解子系统内各个模块或者子系统硬件资源状态和软件运行情况,在发现模块或者子系统发生故障后,重新分配子系统内部的资源,将故障对系统所造成的影响降到最低。子系统PBIT为1+1模块备份的主从切换和子系统内部的重构提供了重要依据。

子系统MBIT:子系统MBIT是由上一级MBIT启动,对该子系统内所有模块和子系统的软硬件资源进行检测。子系统接收到上一级的MBIT命令后,向直接隶属于该子系统的所有模块和子系统发出MBIT命令,并收集返回的测试结果,上报给上一级MBIT。

2.3系统级自测试

系统级PBIT:系统级PUBIT能反映整个航空电子系统的上电状态,通过查询各个子系统的上电BIT的结果,得出系统总体的上电状况。该结果对航空电子系统有着重要意义,在某些重要的功能无法实现时,及时给飞行员发出警告,并进入应急工作模式。

系统级PBIT:系统级周期BIT能反映整个航空的电子系统的运行状态,通过周期性的查询各个子系统的周期BIT的结果,得出系统总体的运行状态。该结果对航空电子系统有着重要意义,在某些重要的功能发生故障时,及时给飞行员发出警告并采用相应的措施避免灾难发生。

系统级MBIT:由用户向航空电子系统发出测试命令,系统级MBIT响应用户的命令,向直接隶属于该系统的所有模块和子系统发出MBIT的测试命令,并将最终的结果返回给用户。

2.4PUBIT、PBIT和MBIT的对比

PUBIT、PBIT和MBIT在系统运行的不同阶段对系统进行测试,测试的软件和硬件资源不尽相同,如表1所示。

表1　PUBIT、PBIT和MBIT的对比

3结束语

本文研究了ASAAC标准和自动测试技术。依照ASAAC标准,将自测试分为系统级、子系统级和模块级,每一级又分别包括PUBIT、PBIT和MBIT,覆盖了系统飞行及地面维护状态下各个部件、各个阶段的自测试需求。该自检测系统不仅能测试系统的硬件资源,还可以监控软件的运行状态,提高航空电子系统的自检测能力。

参考文献

[1]张小林,刘海彬.电子系统BIT设计技术初探[J].中国测试技术,2008,34(3):80-83.

[2]马存宝,王彦文,史浩山,等.机载电子设备BIT优化设计技术研究[J].系统工程与电子技术,2009,31(9):2276-2279.

[3]张超,马存宝,宋东,等.智能机内测试研究综述[J].计算机测量与控制,2007,15(2):141-143.

[4]胡彭炜,杨福兴,何玉珠.电子设备自动测试系统的环绕BIT设计[J].电子测量技术,2009,32(12):137-140.

[5]Robert X Gao.Guest editorial special section on built-in-test[J].IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement,2005,54(3):939-940.

[6]Tian Guishuang,Wang Shaoping,He Zhaomin.False alarm mechanism and control of aircraft hydraulic system[C].Beijing:8th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA),2013.

[7]Chen Z S,Yang Y M,Hu Z.A technical framework and roadmap of embedded diagnostics and prognostics for complex mechanical systems in prognostics and health management systems[J].IEEE Transactions on Reliability,2012,61(2):314-322.

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[9]联合标准化航电系统架构协会.ASAAC standard:def stan 00-74-2005 proposed standards for software[S].布鲁塞尔:联合标准化航电系统架构协会,2005.

[10]Kerry Westervelt.Root cause analysis of BIT false alarms[C].London:IEEE Aerospace Conference Proceedings,2004.

[11]任国鹏,柴小丽,蒋琪明.基于ASAAC标准的BIT设计[J].计算机工程,2012,38(12):228-235.

BIT Software Architecture Design Based on ASAAC Standard

DUAN Haijun,CHEN Fu,GUO Yong,HAN Chunyang

(Room 19,AVIC Xi’an Aero Institute of Computing Technology,Xi’an 710065,China)

AbstractThe technology of built-in-test and ASACC standards are studied for fault detection and location in the aviation electronic system.According to the multilevel structure of ASSAC standard,the system can be divided into node level,subsystem level and system level.Each level contains power up built-in-test,periodic built-in-test and maintenance built-in-test for the implementation of test of each phase in the system.The self detection system detects both the hardware state of the system and the starting and running state of the software,thus improving the self-detection ability of the airborne electronic system.

KeywordsASAAC;built-in-test;fault test

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.05.037

收稿日期:2015-10-20

基金项目:国家重大专项基金资助项目(2012ZX01041-002;2012ZX01041-003;2012ZX01041-006);国家航空科学基金资助项目(2013ZC31003;2013ZC31005)

作者简介:段海军(1986—),男,硕士研究生。研究方向:计算机软件与理论等。陈福(1984—),男,硕士研究生。研究方向:嵌入式软件开发,软件工程化等。

中图分类号TP277;V243

文献标识码A

文章编号1007-7820(2016)05-139-03