0 引言

    隨著軍用1394總線被廣泛應用于新一代航空電子系統，作為航空系統的“中樞神經”，其功能、性能的正確性、總線協議的符合性及系統應用的可靠性顯得至關重要。軍用1394總線是由物理鏈接層、數據鏈路層、事務層及系統應用層構成高速總線接口標準構架^[1]，每個功能層在整個高速接口構架中都起到了重要作用，總線系統的測試也應遵從分層的系統結構逐級展開。

    物理層承擔著總線物理鏈路的連接，它直接面向數據傳輸的物理媒介。總線物理鏈路的布線、抗干擾保護、阻抗匹配等關鍵設計影響著總線上高速信號的完整性，決定著總線信號的傳輸品質、傳輸誤碼、傳輸距離是否滿足總線通信基本需求，因此，需要對總線物理層進行電氣特性測試。鏈路層與事務層共同定義了總線數據傳輸的通信機制，實現總線通信管理，鏈路層和事務層設計的符合性決定了總線通信能否能按照既定協議進行正確有效的傳輸。因此，需要對1394總線進行協議符合性測試。應用層面向系統，主要涉及總線拓撲、故障處理及隔離、總線ICD等方面^[2]。本文主要從軍用1394總線的線纜、電氣特性、協議符合性、總線系統應用四個方面闡述軍用1394總線系統測試的關鍵，提供一種廣泛的軍用1394總線測試的系統平臺方案。

1 系統測試平臺搭建

    軍用1394總線進行系統測試需搭建整套系統測試環境，系統測試環境由專用信號質量測試儀、數字示波器、矢量網絡分析儀、1394總線三節點仿真卡及標準PC組成。其中自主研制的1394總線三節點仿真卡與機載設備總線接口設計一致，具有相同的總線電氣特性及性能特點，并且實現了總線節點模擬、數據監控及故障注入等功能。系統測試平臺搭建如圖1所示。

2 系統測試

2.1 線纜特性測試

    軍用1394總線線纜是連接總線設備間的物理介質，線纜的特性指標決定總線系統整體性能。線纜特性指標主要包括：差分電容、差分阻抗、延時、插入損耗及耐壓等參數。其測試連接如圖1（虛線4）所示，將線纜兩端分別接到矢量網絡分析儀的差分探頭上，通過軟件配置測試不同的性能指標，并將測試數據保存到指定的路徑。具體線纜指標要求如表1所示。線纜性能指標主要通過矢量網絡分析儀分別在常溫、低溫及高溫環境進行測試，確保線纜指標符合系統總線性能要求^[3]。

2.2 電氣特性測試

    軍用1394總線系統電氣特性測試主要體現在數據碼流和信號質量兩個方面。本文將從誤碼率、信號質量指標要求及測試方法等方面入手，詳細介紹軍用1394總線系統電氣特性測試。

2.2.1 誤碼率測試

    軍用1394總線通信誤碼率測試是保證數據傳輸正確性的主要手段，主要測試方法有兩種：信號質量測試儀測試和1394總線三節點仿真卡測試。采用信號質量分析儀測試時，測試設備與被測設備連成環狀結構，測試設備從發送端發送碼流，從接收端接收返回的碼流，實時進行碼流比較的方式實現測試目標，其測試連接如圖1（虛線2）所示；按照協議規范定義的總線誤碼率標準作為測試使用標準，指標要求如表2所示^[4-5]。

    采用1394總線三節點仿真卡測試時，根據信號質量分析儀的測試原理，計算信號質量分析儀測試的碼流大小（大約50 000包消息，每包512 B），通過總線分析儀模擬信號質量分析儀發送50 000幀同步包，被測設備周期性發送50 000幀異步流包，通過測試設備檢測消息計數、消息VPC錯誤計數、CRC錯誤計數及總線復位計數實現測試目標。

2.2.2 信號質量測試

    軍用1394總線通信誤碼率測試采用信號質量測試儀與高速示波器對總線信號進行采樣分析，主要測試指標有：數據速率、發送波特率、差分幅值、上升/下降時間、差分偏斜、共模電壓等，計算總線底層信號的多種指標是否在規定范圍內，其測試連接如圖1(虛線3)所示。

2.3 協議符合性測試

    軍用1394總線協議符合性主要體現在總線包格式、節點類型、傳輸速率、總線周期、總線傳輸偏移時間及消息有效性等方面。該測試采用三節點仿真卡接入軍用1394總線系統中。三節點仿真卡可對總線中包格式、傳輸速率、總線周期及總線傳輸偏移時間進行監控和分析，并且能夠通過配置檢測消息有效性^[6]（包括：消息VPC錯誤、消息長度錯誤、消息CRC錯誤），其測試連接如圖1（實線1）所示。

    (1)總線周期。總線幀同步包(STOF)同步周期與預先配置的總線周期一致，誤差應在±50 μs的范圍內^[7]；

    (2)節點類型。軍用1394總線系統節點分為：控制計算機（CC）和遠程節點（RN）兩種，CC節點實現1394總線同步和管理，默認接收通道號為0通道；RN節點實現總線通信，默認發送通道號為0通道；

    (3)傳輸速率。軍用1394總線支持S100、S200及S400傳輸速率，可通過1394總線三節點仿真卡監控消息，確認傳輸速率的正確性；

    (4)總線傳輸偏移：異步流包發送時間相對STOF包的相對時間為總線異步流包發送偏移，異步流包應按照預先配置的發送偏移進行發送；

    (5)消息格式及有效性：采用三節點仿真卡監控數據包，并分析數據包格式（包格式）、VPC（垂直奇偶校驗）、數據CRC與頭CRC的正確性。

2.4 系統應用測試

    系統應用測試主要研究總線故障模式、總線ICD、總線拓撲、余度管理等關鍵應用技術，其測試連接如圖1（實線1）所示。

2.4.1 總線故障模式

    總線故障模式要求每一種故障模式均有對應的處理方法，該測試主要研究故障后總線行為是否能夠按照設計正確上報故障或進行故障隔離，以及故障撤銷后總線是否能恢復正常狀態。總線故障模式主要包含以下3種。

    (1)總線復位風暴。總線復位風暴是指總線系統正常通信過程中，由于總線設備頻繁上下電、線纜/連接器接觸不良或設備端口故障導致連續且長時間的總線復位和總線拓撲重構的現象。總線復位風暴能夠引起總線系統通信中斷，但復位風暴結束總線拓撲穩定后，總線系統應能夠恢復正常通信；

    (2)總線周期錯誤。總線周期錯誤是指由于總線控制器故障，引起總線周期不準確，導致總線通信紊亂；總線周期錯誤時總線系統應能夠上報故障，由總線控制器進行故障處理；

    (3)消息錯誤。消息錯誤是指由于總線設備故障，通信中出現錯誤消息(主要包括：消息ID錯誤、消息通道錯誤、消息VPC錯誤、數據/消息頭CRC錯誤、消息長度錯誤)，導致消息丟失的現象；總線系統應能夠檢測消息錯誤類型，并上報故障現象，由總線控制器進行故障隔離。

2.4.2 總線ICD

    總線ICD是約束總線各節點總線行為的關鍵文件，包含了總線周期、各節點發送/接收消息數量、消息ID、消息長度、目的節點等信息。該測試主要驗證總線ICD是否存在時間沖突、數據沖突以及帶寬分配是否合理等方面，保證系統設計的合理性。

    (1)ICD時間沖突。ICD時間沖突是指總線節點之間的發送偏移、接收偏移不對應或發送窗口存在重疊，導致實際工作過程中引起總線競爭現象。應通過實際測試避免總線節點之間的時間分配沖突現象；

    (2)ICD數據沖突。ICD數據沖突是指總線節點之間發送/接收消息ID、長度信息不對應，導致消息無法按照應用設計進行接收或發送。系統測試應對設計的消息發送和接收進行對應檢查，確保其一致性；

    (3)帶寬分配。帶寬是指配置的總線周期和分配給每個總線節點的時間窗口大小及消息數量、長度是否滿足系統應用傳輸需求，如帶寬過小，會造成應用數據擁堵甚至無法完成系統功能，帶寬過大則會造成浪費，降低系統性能。測試中應結合實際系統進行評估和測試。

2.4.3 余度管理

    總線為防止某些關鍵設備故障后導致系統重要功能喪失或崩潰，對一些關鍵設備進行了多余度設計，或考慮到整個總線的關鍵性，對整個總線進行多余度設計。

    (1)關鍵設備余度。在系統中，將多個相同的關鍵設備掛接在同一總線或不同總線中，控制計算機根據表決機制選擇其中某一個設備傳輸來的數據使用，當某個設備故障后，對其降級處理，使用其他余度發送的數據，保證該設備在系統中的功能不會喪失。應用測試對余度設備正常模式下的數據表決和故障后的數據選擇切換及故障狀態上報；

    (2)總線余度。為提高關鍵總線的可靠性，組建多條相同總線，通過多臺控制計算機之間的交叉數據鏈路進行總線間的互聯和通信，這種結構叫總線余度。當一條總線故障時，其余總線仍可完成正常數據傳輸和控制工作。應用測試中應重點研究多條余度總線之間的配合以及某些余度故障后總線控制策略的切換及故障上報。

    通過上述系統應用測試，能夠保證總線系統在正確設計的前提下，當總線出現故障時，除了能及時對故障進行檢測和上報，還能在故障后盡可能地容錯處理，滿足軍用1394總線對故障處理及故障隔離的要求，確保軍用1394總線系統可靠、穩定地通信，保證整個系統功能的正常和穩定。

3 結論

    本文介紹軍用1394總線測試系統的搭建及實現的系統測試工作，為面向高可靠的軍用1394總線系統的測試提供一種測試平臺。基于此測試系統所提供的測試方法開展測試工作，可確保總線系統在總線線纜、電氣特性、協議符合性及系統應用方面得到充分驗證。本文中提及的系統測試方法已在航空系統的聯試、試驗及試飛中得到充分驗證，通過系統以上工作，表明所描述的系統測試方法有效，能夠完成對軍用1394總線系統的全面測試。

參考文獻

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[5] SAE AS5643/1：S400 copper mediainterface characteristics over extended distances[S].2004.

[6] SAE AS5643/2，IEEE-1394b interface requirements for military and aerospace vehicle applications[S].2006.

[7] SAE AS5657：Test plan/procedure for AS5643 IEEE-1394b interface requirements for military and aerospace vehicle applications[S].2007.

作者信息：

王仲杰1，索高華2，陳  偉2，張亞琦2，王宣明3，4

（1.中國飛行試飛研究院，陜西 閻良710089；2.西安翔騰微電子科技有限公司，陜西 西安710068；

3.中航工業西安航空計算技術研究所，陜西 西安710068；

4.集成電路與微系統設計航空科技重點實驗室，陜西 西安 710068)