飞机管理系统1394b总线测试技术研究

唐怀奎

摘 要：IEEE-1394总线是为商用电子系统应用而研发的，其诸多的动态特性并不适合安全关键的飞机管理系统的高确定性和高可靠性。据此，美国的洛克西德-马丁公司领导的SAE工作组对IEEE-1394b规范开展一些改进和限制，形成满足航天和航空高安全领域要求的AS5643协议总线，具有高实时性、高确定性和高可靠性的特性。本文简述了飞机管理系统总线的基本拓扑结构和AS5643协议，并搭建了1394b总线仿真测试系统进行模拟，完成对飞机管理系统1394B总线测试技术研究。

关键词：飞机管理系统;1394b总线;AS5643;测试技术

中图分类号：V249.1;TP315文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）19-0095-03

Abstract： IEEE-1394 bus is developed for the application of commercial electronic system， and its many dynamic characteristics are not suitable for the high certainty and reliability of the safety critical aircraft management system. According to this， the SAE working group led by Lockheed Martin Company of the United States carried out some improvements and restrictions on the IEEE-1394b specification， forming the AS5643 protocol bus that meets the requirements of aerospace and aviation high security fields， with the characteristics of high real-time， high certainty and high reliability. In this paper， the basic topology and as5643 protocol of the aircraft management system bus were introduced， and the 1394b bus simulation test system was built to simulate， and the research on the 1394B bus test technology of the aircraft management system was completed.

Keywords： aircraft management system;1394b bus; as5643;test technology research

随着IEEE-1394总线技术的快速发展，其被大量应用于航天和航空领域[1]。普通1394总线具有速度快、传输距离远、能实现点对点传输、具有确定性和实时性和支持“热插拔”等特点;但是由于其是由民用电子发展而来的，不具备高可靠性、高确定性的功能，無法满足飞机管理系统总线的要求[2]。为实现高带宽、高可靠性和高确定性的要求，美国汽车工程师协会（Society of Automotive Engineers，SAE）对IEEE-1394b增加了AS（Aerospace Standard）5643标准协议，即《用于军事和飞行器应用的1394b接口需求》（SAE AS5643协议）。本文搭建了符合SAE AS5643协议的1394b总线仿真测试系统，完成对飞机管理系统1394b总线测试技术研究。

1 飞机管理系统总线拓扑结构

典型的飞机管理系统1394b总线采用3个余度设计，余度之间通过交叉通道数据链路（Cross Channel Data Link，CCDL）的方式连接[3]。每个余度由3条总线构成，每条总线包括1个控制节点（CC）和多个远程节点（RN）功能点，各总线之间相互独立通信。每条总线可采用环形和树形结构，环形（Bus1和Bus2）可实现一次节点故障时正常工作。典型的飞机管理系统1394b总线拓扑结构如图1所示。

2 SAE AS5643协议

SAE AS5643协议是面向航天航空领域的总线协议，是在IEEE-1394b基础上形成的，通过对IEEE-1394b标准进行可靠性、确定性限制，满足航天航空领域的需求[4]。通信可靠性约束和限定包括纵向奇偶校验、健康状态字、心跳字、CC分支状态字。通信的确定性约束和限定包括网络拓扑预分配、强制根节点、带宽预分配、STOF包同步、使用异步流数据包、静态分配通道号、匿名签署消息。典型的基于STOF包同步示意图如图2所示。

3 1394b总线测试技术研究

1394b总线作为一种高带宽、低延迟的总线通信协议，搭建飞机管理系统1394b总线仿真测试的最小系统，满足1394b总线协议通信功能、性能的测试，为研究1394b总线测试提供基础保障条件。

3.1 组成

1394b总线仿真测试系统连接如图3所示。该系统是由1个三节点仿真卡、2个单节点仿真卡组成基本的网络拓扑，用来模拟飞机管理系统总线节点通信。

3.2 工作原理

从协议层考虑，所有数据发送均采用异步流格式数据包，并使用逻辑通道号对各个基本通信单元进行寻址，保证所有节点地址不受拓扑变化的影响;同时，增加VPC和SVPC等校验措施，既保证数据传输的实时性，又保证数据传输的准确性。CC通过广播STOF包对网络进行同步，并将STOF包发送时间作为本周期的起始时间。STOF包中包含特定信息，RN接收到STOF包后，判断STOF包周期的合法性，如果为合法STOF包，则将接收到的STOF包的时间作为周期起始时间。CC和RN的各条消息均在以本身的周期起始时间开始计时的偏移处发送，避免消息冲突[5]。

3.3 测试研究

1394b总线仿真测试系统主要用于飞机管理系统1394b总线的模拟仿真及测试任务，实现总线通信、协议分析、总线监控、拓扑显示、节点仿真、故障注入和检测等功能。本节主要采用错误注入的方式进行测试技术研究[6]。

3.3.1 STOF包错误注入。STOF包发送是否注入错误（CC功能专用），可设置内容有VPC错误、数据头CRC错误、数据体CRC错误。监控模式下STOF包错误注入显示如图4所示。

第一，VPC错误。选中VPC错误选项，同时对bit0-bit31按位进行错误注入，如果该位选中则此位VPC将出现错误。第二，头CRC错误。设置STOF包是否出现头CRC错误。第三，体CRC错误。设置STOF包是否出现数据体CRC错误。第四，注入周期数。设定对STOF错误注入的周期数量。

鼠标点击“错误注入”，此时设置的错误条件生效。发送的STOF包将持续出现错误，除非出现以下情况：点击了“错误清除”按钮;节点停止运行并进行复位;故障注入周期数已经达到“注入周期数”设定的数值。

3.3.2 消息错误注入。选择要进行错误注入的消息，如果节点没有发送消息，“消息选择”框将显示为空，否则将以消息ID的形式列出当前节点发送所有消息，监控模式下消息错误注入显示如图5所示。

第一，头CRC错误。设置对应消息是否出现头CRC错误。第二，体CRC错误。设置对应消息是否出现数据体CRC错误。第三，VPC错误。选中VPC错误选项，同时对bit0-bit31按位进行错误注入，如果该位选中则此位VPC将出现错误。

鼠标点击“错误注入”，此时设置的错误条件生效。发送的对应消息將持续出现错误，除非出现以下情况：点击了“错误清除”按钮;节点停止运行并进行复位;发送消息列表清除。

4 结语

本文主要介绍了AS5643协议对IEEE-1394b协议的限定和约束，并通过搭建1394b总线仿真测试系统，完成飞机管理系统1394b总线错误注入的模拟仿真测试，为飞机管理系统1394b总线测试修理提供理论基础。

参考文献：

[1]魏艳艳，田泽，王宣明.一种CCDL的FPGA设计与实现[J].计算机技术与发展，2014（5）：120-124.

[2]马宁，王宣明，郑斐.飞机管理系统1394总线AS5643协议的设计与实现[J].航空计算技术，2013（6）：122-124，128.

[3]詹鹏，张振刚.AS5643总线优化传输方法研究[J].计算机测量与控制，2015（2）：571-573.

[4]田泽，侯晓东.AS5643协议的总线分析仪设计与实现[J].科学技术与工程，2013（32）：9749-9754.

[5]周前柏，赵刚，李爱军.1394B总线在机电综合管理系统设计中的应用[J].电子测试，2017（13）：34-35，21.

[6]赵彬，田泽，杨峰，等.基于AS5643协议的接口模块设计与实现[J].计算机技术与发展，2013（8）：100-102，106.