AFDX 航空总线仿真测试技术分析

党春勃，刚占博

（1.空装驻西安地区第一军事代表室，陕西 西安710089；2.西安飞机工业集团有限责任公司，陕西 西安710089）

AFDX 是一种通过采用电信标准ATM 异步传输概念解决ⅠEEE802.3 以太网缺陷的网络建构模式。其主要特点在于，通过双绞线对物理互联煤质进行全双工连接，区分信号发送和接收通道。在此种交换网络中，常规结构呈现出星形布局，在管理、扩展等方面的成本较低。通常情况下，一个交换机可以连接数十个终端，进而借助级联的方式，完成更大规模网络的构建。

1 AFDX 网络系统测试模式能够解决的关键问题

AFDX 基于异步传输概念成功构建了交换式以太网，形成了以交换式集线器或者交换机为中心，采用星型拓补结构的网络。在此种框架下，以太网的传输效率得到了明显提升，解决了传统以太网“总线竞争较为激烈”的痼疾。此种模式的主要原理为，使所有节点都连接在单一交换式集线器的多个端口上（前提在于，交换式集线器的内部设置了一个极其复杂的交换阵列，使多个节点同时处于工作状态时，集线器内部不会出现程序性错乱）。如此一来，交换式集线器任意两个端口之间均具备了可靠的通信传输信道，从而以极快的速度完成数据信息传输。在解决了总线之间的资源竞争问题，极大地提升了传统通信系统的信号传输效率的同时，AFDX 模式也存在无法轻易控制最大传输时延的缺点。

2 AFDX 网络测试系统的功能性简述

基于AFDX 的总线结构布置模式主要包含终端、交换机、链路。此种模式表面上看并未脱离一般认知下的总线形式，但实质上，AFDX 已经成为一种新型以太网网络通信信道布设概念。其中，交换机和终端（多种形式的智能设备或特定的网络信号传输及接收设备）作为两种最主要的构成元素，其终端数据之间的数据信息交换过程借由VL 虚拟链路而实现。换言之，VL 虚拟线路实质上的作用在于，构成了从唯一的源端到其他（一个或多个）被赋予了目的性的终端之间，逻辑层面的单向连接。需要注意的是，任意一个虚拟链路同一时间只能存在一个源端，超出之后，信号的传输将会遭遇干扰，导致结果出现偏差。

在现代生活中，大众经常听到“粉丝经济”“流量时代”等词汇，但对于“流量”一词真正的指代，绝大多数人往往缺乏了解。

2.1 网络流量产生

所谓“网络流量”，实质上是网络通信领域中的一项专业术语，特指从单一端口或冗余端口发出虚拟链路帧数量的能力。比如虚拟链路帧发送至一个端系统或是一个交换机，但如何保证信号信息传输质量，需要仔细考量。目前，绝大多数端系统使用的程序基于UDP 协议，完成互相之间的通信。而AFDX 总线仿真测试技术必须完成对此类端口、端系统实际功能的模拟，经由仿真测试技术，找到信号信息传输过程中可能遭遇的阻碍，进而提升实际应用系统的安全性和稳定性。比如AFDX 总线仿真测试系统中，需要设置流量产生器，其针对的重点在于对网络延时的精确性展开测试。但完成该功能的前提条件在于，发送测试数据信息系的同时，在帧有效负载中必须存在记录特定时刻的精确时间“记号”；当测试端的某个或某几个特定系统接收到该信号时，通过对此“时间戳信号”信息的读取和解析，经过横向、纵向的双重空间、时间对比后，即可精确计算出该在帧有效信号耗费在网络传输过程中的全部时间，即网络延时。由此可见，基于AFDX 测试系统判断一个系统与硬件设施“契合度”的高低，一个不可忽视的重要因素正在于此。

2.2 网络流量监控

一个网络如果处于信息接收状态，则其需要对网络中的所有数据帧进行捕捉及检测，进而判断一定时间内，流经该网络的流量大小。在此过程中，系统完成“监控→目标信号捕捉→信号解析”的过程，能够找到故障（程序错乱）的诱发因素，进而完成修复[1]。

2.3 网络流量接收

若要完成该测试，AFDX 测试系统必须成功仿真出接收端系统。该过程的原理在于，虚拟链路上的信号必须时刻处于监控状态，必要时能够随时进行捕捉。常见的网络流量接收测试方法为，在虚拟链路中投放一些特定的检测信号（具备一定次序），当AFDX 接收系统发现“异常”并成功捕捉信号后，对“序号”的连续性进行检验，从而判定网络流量接收功能是否完善。

3 AFDX 航空总线仿真测试技术流程简述

3.1 测试系统构成

本文设置的AFDX 航空总线仿真测试技术，计算机操作系统选用windows XP（不选择windows 7 及以上操作系统的原因在于，相比之下，XP 系统的兼容性已经较为完善，系统程序补丁中携带的特定程序控制算法不会与仿真测试软件及其他硬件设备出现“不兼容”的情况）、德国AⅠM 公司出品的fdXplorer 仿真测试软件。主要硬件设备为与之配套的APⅠ-FDX-2 仿真测试板卡。与计算机连接后，首先完成程序安装，经测定无任何差错后，搭建虚拟机载航空总线房展测试系统，构成如下：①fdXplorer 仿真测试软件在XP系统PC 计算机上成功安装后，其主要功能在于监控并分析通信信号是否能够正常传输，并判定信号的传输稳定性及质量。②PC 主机中调用APⅠ-FDX-2 仿真测试板卡中自带的APⅠ软件库，在调用操作之前，主机与仿真测试办卡的连接必须“严丝合缝”。③主机系统驱动程序启动，根据目标机实际显示的内容完成调试。比如出现调试接口，则表明监控器软件尚未完成安装，软件支撑并未达到既定要求；如果出现驱动程序-主机接口，则说明主机应用服务处理驱动程序自动安装功能受到限制（部分或整体，需要仔细检查），应该及时调整。④完成FDX 总线接口单元固件的安装后，调试编码器和译码器。⑤基于APⅠ-FDX-2 仿真测试板卡的AFDX航空总线仿真测试系统宣告安装成功，可以展开测试。

3.2 测试过程及相关数据分析

3.2.1 测试流程

测试的具体流程如下。

初始化程序以及APⅠ-FDX-2 仿真测试板卡之后，依次执行APⅠ数据库调用、板卡登陆、端口登陆。在此期间，需对板卡进行设置，包含发送方式（单一或冗余）以及位速率。

发送端口的设置方式为：发送端口映射ⅠD 需要加以识别，并对基于UDP 的发送方式或常规发送方式进行定义。UDP 方式设置的重点在于虚拟链路和自虚拟链路的特征必须鲜明，便于区分。此外，还需设置有效的负载数据。常规发送方式的设置重点在于定义普通发送方式的帧属性，同样需要设置有效的负载数据。

接收端的设置为：完成接收端的端口映射ⅠD 识别，定义虚拟链路以及按时间顺序两种接收方式。针对虚拟链路的重点为，定义接收的虚拟链路以及UDP 接收端口。针对按时间顺序监控的设置为，围绕数据信息的捕捉及识别方式进行定义。

上述功能设置及调试完全无误后，依次执行“信号发送”“信号接收”“过程观察”。三项操作的重点依次为循环发送或指定次数发送信号，立即发送或间隔一段时间后再次发送；接收信号后，根据实际情况启动或关闭统计功能；观察发送端、接收端处于何种工作状态，信号接收稳定程度是否处于正常范围内，捕捉的数据信息是否达到目标要求。

3.2.2 基于测试结果的数据信息分析

普通发送方式与按时间顺序接收方式的设置方式：在普通发送方式之下，按时间顺序接收信号，测试结果为基于AFDX 帧的传输序列具备最大的灵活性。本研究开展期间，研究组内5 名成员分别设定3 组完全不同的参数（共计15组），在多次测试的过程中，帧间间隔、特定目标信号捕捉、错误信息反馈、偏斜时间等均达到理想状态，所有AFDX帧信号均完成了回收。此外，不同的测试者围绕接收帧的类型和具体时间进行调整后，依然能够在常规检测时间内完成对目标帧信号的捕捉。

错误信息（干扰信号）接入后，系统的触发捕捉功能设置方式：为了更加清晰地判断AFDX 航空总线仿真测试系统是否处于稳定状态，研究组特别设置了“错误注入信息”，并围绕该帧信号的特点，更改了APⅠ-FDX-2 仿真测试板卡以及fdXplorer 仿真测试软件中有关发现并捕捉该信号的方式。具体内容为在P1 信号发射端口维持稳定信号发出状态的情况下，在与之相连的任意一个虚拟链路帧信号中注入多种类型（带有不同记号）的“错误”帧信号，观察接收端的反应。fdXplorer 仿真测试软件虚拟的异常信号监控系统能够在极短时间内加以识别并判定。由此可见AFDX 航空总线仿真技术能够良好地发挥作用。

4 结语

目前，航空电子系统仿真测试中，ARⅠNC629 航空数据总线主要采用两种技术：军用的1553B 及民用的ARⅠNC429。基于AFDX 航空总线仿真测试技术对上述两种总线进行检测时，均在不同程度上发现了缺点。1553B 的总线系统存在潜在的单点故障，可靠性较低；ARⅠNC429 只有429 总线一个信息源，性能不佳。基于此，基于AFDX 的航空总线仿真技术对于航空电子系统设计具有重要意义。