0 引言

　　高速GJB289A總線是一種集中式的時(shí)分串行總線，其主要特點(diǎn)是分布處理、集中控制和實(shí)時(shí)響應(yīng)[1]。其可靠性機(jī)制包括防錯(cuò)功能、容錯(cuò)功能、錯(cuò)誤的檢測和定位、錯(cuò)誤的隔離、錯(cuò)誤的校正、系統(tǒng)監(jiān)控及系統(tǒng)恢復(fù)功能[2]。采用雙冗余系統(tǒng)，有兩個(gè)傳輸通道，保證了良好的容錯(cuò)性和故障隔離。

　　隨著高速GJB289A數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，開發(fā)人員和系統(tǒng)應(yīng)用人員迫切需要對高速總線系統(tǒng)測試方法進(jìn)行研究，并開發(fā)對應(yīng)的高速總線測試設(shè)備。本文從數(shù)據(jù)總線電氣特性、協(xié)議符合性和數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)通信等幾個(gè)方面進(jìn)行研究。

1 系統(tǒng)測試概述

　　數(shù)據(jù)總線固有特性受到速率提升影響的因素包括：信號衰減、線纜阻抗和線纜間電容。針對總線信號衰減、阻抗和電容，可以采用專用測試工具一起進(jìn)行直接測量。測試過程中需要準(zhǔn)備待測試線纜及電氣特性相關(guān)測試儀器[3]。

　　數(shù)據(jù)總線終端受到速率提升影響的因素主要是終端的協(xié)議符合性，協(xié)議符合性測試需在特定設(shè)備上進(jìn)行。測試需要準(zhǔn)備的設(shè)備包括：協(xié)議符合性測試儀、數(shù)據(jù)總線終端（總線控制器、遠(yuǎn)程終端和總線監(jiān)控器各一臺(tái)）、線纜和對應(yīng)的連接組件（線纜連接器、總線耦合器和總線終止器）[4]。

　　數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)通信受到信號頻率影響的因素包括：總線負(fù)載、總線帶寬、總線延遲和總線效率[5]。總線系統(tǒng)通信的測試可由高速總線通信仿真平臺(tái)完成，平臺(tái)中配備有總線監(jiān)控器、總線控制器、備份總線控制器、遠(yuǎn)程終端、完整的總線連接組件、總線通信配置工具、總線通信分析工具和總線通信性能分析工具[6]。

2 系統(tǒng)測試平臺(tái)搭建

　　GJB289A數(shù)據(jù)總線進(jìn)行系統(tǒng)測試需構(gòu)建與之配合的測試系統(tǒng)環(huán)境，測試系統(tǒng)環(huán)境采用技術(shù)成熟的1553標(biāo)準(zhǔn)PC卡、BM監(jiān)控卡、信號質(zhì)量測試儀、數(shù)字示波器及工業(yè)計(jì)算機(jī)構(gòu)成的測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)搭建，1553標(biāo)準(zhǔn)PC卡設(shè)計(jì)與機(jī)載設(shè)備總線接口設(shè)計(jì)一致，具有相同的總線電氣特性與性能特點(diǎn)。測試系統(tǒng)環(huán)境搭建按圖1所示結(jié)構(gòu)。

圖1  系統(tǒng)測試平臺(tái)示意圖

　　標(biāo)準(zhǔn)PC卡實(shí)現(xiàn)GJB289A總線BC/RT功能，具有BC和RT方式多消息處理能力。實(shí)現(xiàn)了基本的GJB289A數(shù)據(jù)傳輸，支持GJB289A規(guī)定的各項(xiàng)總線活動(dòng)。該板卡的對外接口包括：

　　(1)一路雙余度的高速GJB289A總線接口，滿足GJB289A總線電氣特性要求；

　　(2)一路標(biāo)準(zhǔn)RS232接口，用于調(diào)試信息輸出或提供簡單的用戶控制信息交互（需定制）；

　　(3)標(biāo)準(zhǔn)的PCI接口，直接與PC的PCI槽相連；

　　(4)一路JTAG接口，用于底層固件調(diào)試升級。

　　BM監(jiān)控卡實(shí)現(xiàn)1553B總線監(jiān)控功能，對總線數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲，并計(jì)算出總線負(fù)載，記錄總線上總消息數(shù)、錯(cuò)誤消息、無響應(yīng)消息等信息，用于系統(tǒng)功能和性能的分析。該板卡的功能主要包括：

　　(1)BM監(jiān)控卡提供了PCI接口的GJB289A的強(qiáng)大功能；

　　(2)集成了功能豐富的軟件，降低了開發(fā)時(shí)間。所有的數(shù)據(jù)總線功能支持API；

　　(3)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、周期消息插入、錯(cuò)誤檢測、微秒級的時(shí)間戳等。

　　信號質(zhì)量測試儀用于測試總線信號質(zhì)量、信號衰減。

　　數(shù)字示波器用于測試總線波形，測試波形用于電氣特性測試。

3 系統(tǒng)測試

　　3.1 電氣特性測試

　　電氣特性測試中構(gòu)建一個(gè)終端有效性(Validation Test Plan，VTP）測試平臺(tái)，開發(fā)測試軟件配合平臺(tái)測試終端有效性。測試連接圖如圖2所示。

圖2  測試連接圖

　　主要包含測試項(xiàng)：

　　(1)幅度測試：BT向UUT發(fā)出有效合法的發(fā)送指令命令UUT發(fā)送N個(gè)數(shù)據(jù)字，或UUT向BT發(fā)出帶有N個(gè)數(shù)據(jù)字的接收指令，N是UUT設(shè)計(jì)能夠發(fā)送的最大數(shù)據(jù)字個(gè)數(shù)，測量總線系統(tǒng)電壓幅度。

　　(2)上升下降時(shí)間測試：BT向UUT發(fā)出有效合法的發(fā)送指令命令UUT發(fā)送至少一個(gè)數(shù)據(jù)字，或UUT向BT發(fā)出至少帶一個(gè)數(shù)據(jù)字的接收指令，UUT輸出波形的上升和下降時(shí)間波形峰-峰值在10%～90%；

　　(3)輸出波形畸變過沖與擾動(dòng)測試：BT向UUT發(fā)出有效合法的發(fā)送指令命令UUT發(fā)送至少一個(gè)數(shù)據(jù)字，或UUT向BT發(fā)出至少帶一個(gè)數(shù)據(jù)字的接收指令，測量總線系統(tǒng)輸出波形畸變電壓。

　　(4)輸出對稱性測試：BT向UUT發(fā)出有效合法的發(fā)送指令命令UUT發(fā)送N個(gè)數(shù)據(jù)字，或UUT向BT發(fā)出N個(gè)數(shù)據(jù)字的接收指令(N都是UUT設(shè)計(jì)能夠發(fā)送的最大數(shù)據(jù)個(gè)數(shù))，從最末一個(gè)字的奇校驗(yàn)位過零點(diǎn)開始計(jì)算，時(shí)間等于2.5 時(shí)，測量最大的殘余電壓值。

　　電氣特性主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

　　經(jīng)電氣特性驗(yàn)證，2 Mb/s GJB289A總線產(chǎn)品符合系統(tǒng)需求。

　　3.2 協(xié)議符合性測試

　　協(xié)議符合性測試中構(gòu)建一個(gè)終端有效性測試平臺(tái)，開發(fā)測試軟件配合平臺(tái)測試終端有效性。

　　(1)總線控制器測試：使用測試儀器測量總線控制器輸出信號，通過總線協(xié)議分析儀對總線控制器命令處理（遠(yuǎn)程終端發(fā)送命令、遠(yuǎn)程終端接收命令、遠(yuǎn)程終端到遠(yuǎn)程終端命令、方式指令和廣播命令等）、數(shù)據(jù)連續(xù)性、超時(shí)等待、超時(shí)處理和狀態(tài)字分析等協(xié)議進(jìn)行測試，測試結(jié)果符合GJB289A-97規(guī)定的總線控制器協(xié)議；

　　(2)遠(yuǎn)程終端測試：使用測試儀器測量遠(yuǎn)程終端輸出信號，通過總線協(xié)議分析儀對遠(yuǎn)程終端響應(yīng)狀態(tài)字、響應(yīng)時(shí)間、數(shù)據(jù)處理、命令處理和子地址非法化等協(xié)議進(jìn)行測試，測試結(jié)果符合GJB289A-97規(guī)定的遠(yuǎn)程終端協(xié)議；

　　(3)總線監(jiān)控器測試：使用測試儀器測量總線監(jiān)控器輸出信號，通過總線協(xié)議分析儀對總線監(jiān)控器命令字識(shí)別、數(shù)據(jù)字識(shí)別、狀態(tài)字識(shí)別、消息時(shí)標(biāo)、錯(cuò)誤判斷和超時(shí)判別等進(jìn)行測試。

　　(4)協(xié)議符合性測試依據(jù)主要包含：指令的響應(yīng)，要求終端對所有的合法指令作出正確的響應(yīng)；消息間隔，要求最小間隔時(shí)間為2.0 μs，有效指令字的間隔時(shí)間為2.0 μs～6.0 μs，時(shí)間超過7.0 μs時(shí)，應(yīng)作無響應(yīng)超時(shí)處理；傳輸速率應(yīng)是2.0 Mb/s，用來發(fā)送編碼數(shù)據(jù)的各個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘的長期穩(wěn)定性為±0.1%（即±500 Hz）；奇校驗(yàn)，采用字的最后一位應(yīng)用作前16位的奇偶校驗(yàn)；字長應(yīng)為16 bit有效位加同步頭加奇偶校驗(yàn)位，總共20 bit時(shí)；雙相編碼驗(yàn)證曼徹斯特Ⅱ型雙相電平碼的編碼碼間錯(cuò)誤、同步頭編碼驗(yàn)證同步頭編碼出現(xiàn)錯(cuò)誤的檢測能力；消息長度驗(yàn)證消息中數(shù)據(jù)字各色錯(cuò)誤檢測能力、方式指令驗(yàn)證方式指令錯(cuò)誤檢測能力。其主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

　　經(jīng)協(xié)議符合性驗(yàn)證驗(yàn)證，2 Mb/s的GJB289A總線產(chǎn)品符合系統(tǒng)需求。

　　3.3 系統(tǒng)通信測試

　　總線系統(tǒng)通信由總線控制器、遠(yuǎn)程終端和通信鏈路共同完成，電氣特性及協(xié)議符合性測試在通信鏈路測試和終端特性測試中進(jìn)行，系統(tǒng)級測試主要測試系統(tǒng)通信過程中的總線負(fù)載、總線性能、總線效率和總線延遲率等關(guān)鍵參數(shù)[7-9]。測試原理主要根據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行ICD設(shè)計(jì)，并使用總線配置工具完成總線控制器的配置[10]，同時(shí)啟動(dòng)系統(tǒng)中所有的遠(yuǎn)程終端，達(dá)到預(yù)定總線通信狀態(tài)，然后使用總線監(jiān)控器進(jìn)行總線監(jiān)控。總線監(jiān)控器將總線通信數(shù)據(jù)保存，然后使用總線通信分析工具分析總線負(fù)載、總線性能、總線延遲和總線效率等參數(shù)，即可完成高速數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)通信測試。

　　高速GJB289A數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)測試中按照ICD文件定義在GJB289A總線系統(tǒng)中加載配置工具生成的總線表，在GJB289A總線系統(tǒng)中加載總線數(shù)據(jù)，啟動(dòng)各個(gè)模擬終端的數(shù)據(jù)收發(fā)，記錄總線運(yùn)行記錄，最后使用總線性能分析工具對總線運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)分析，將分析結(jié)果與過程設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行比較，分析過程設(shè)計(jì)結(jié)果的合理性，并對過程設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行修訂和完善。系統(tǒng)級測試主要技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

　　在高速GJB289A數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)測試中，系統(tǒng)功能正常，通信可靠穩(wěn)定，未出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤情況，總線性能指標(biāo)符合系統(tǒng)要求。

4 結(jié)束語

　　本文對高速總線通信系統(tǒng)測試方法進(jìn)行了研究，介紹了GJB289A總線系統(tǒng)測試平臺(tái)的搭建及系統(tǒng)測試方法，在高速GJB289A數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)測試中，可確保總線系統(tǒng)在電氣特性、協(xié)議符合性和總線通信等方面得到充分驗(yàn)證；可提高高速總線通信系統(tǒng)測試效果，提高總線系統(tǒng)開發(fā)質(zhì)量和開發(fā)效率，為高速總線系統(tǒng)技術(shù)的推廣應(yīng)用保駕護(hù)航。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] MIL-STD-1553B-1989飛機(jī)內(nèi)部時(shí)分制指令/響應(yīng)式多路傳輸數(shù)據(jù)總線[S]．1989．

　　[2] MIL-STD-1553Protocol Tutoria[S].Conder Engineering，Inc.，2004．

　　[3] 陳永奇，馬迎建，石多.1553B總線應(yīng)用[J].電子測量技術(shù)，2006，29(5)：211-212.

　　[4] 支超有.機(jī)載數(shù)據(jù)總線技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

　　[5] BU-61580 datasheet download[Z].Advanced Communication Engine（ACE）New York:Data Device Corporation，1999.

　　[6] 郭澤仁．1553B總線系統(tǒng)優(yōu)化及可靠性設(shè)計(jì)[J]．山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，22(1)：67－70．

　　[7] 趙月琴．基于BU－61580的嵌入式1553B終端的設(shè)計(jì)[J]．航空兵器，2004(4)：28－31．

　　[8] GJB 5186.1-2003數(shù)字式時(shí)分制指令/響應(yīng)式多路傳輸數(shù)據(jù)總線測試方法[S]．2003．

　　[9] 王志宏.基于MIL-STD-1553B總線的航空電子綜合系統(tǒng)總線通訊研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2004.

　　[10] 王綺卉，田澤，趙彬．基于HKS1553BCRT芯片的1553B總線通信軟件設(shè)計(jì)[J]．2012(8)：39-42．