面向航空数据总线单粒子翻转故障的仿真测试系统及方法
【专利摘要】一种面向航空数据总线单粒子翻转故障的仿真测试系统及方法。系统包括故障注入/测试模块、主控FPGA模块、被测航空数据总线模块、总线接口模块、初始配置帧数据存储模块、配置数据存储模块和故障测试结果存储模块。本发明提供的面向航空数据总线单粒子翻转故障的仿真测试系统及方法基于被测被测航空数据总线模块中SRAM型FPGA动态可重构的特点，结合本发明提出的航空单粒子翻转故障注入测试方法，根据模拟生成的翻转故障位置，对被测被测航空数据总线模块中FPGA进行单位翻转故障注入；并且测试系统能够完成对3种航空数据总线设计程序的单粒子加固性能进行测试，可以完成对多种航空数据总线设计程序的测试。
【专利说明】
面向航空数据总线单粒子翻转故障的仿真测试系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属于仿真测试技术领域，特别是涉及一种面向航空数据总线单粒子翻转故 障的仿真测试系统及方法。
【背景技术】
[0002] 随着微电子技术的发展，对处理器和集成电路的要求越来越高，由于SRAM型FPGA (现场可编程逻辑门阵列）具有运行速度高、可重复编程的特点，使得其在航空领域的应用 十分广泛。近年来，越来越多实验证明，民机搭载电子设备在飞行过程中，其所采用的SRAM 型FPGA对大气层中带电粒子是十分敏感的，很容易发生单粒子翻转故障。
[0003] 航空数据总线是航空电子综合化的重要技术，其是飞机各航电设备间信息传输和 资源共享的通路，航空数据总线实时可靠运行对航空器的飞行安全至关重要。基于FPGA的 航空数据总线在受到大气层中粒子辐射后很容易产生单粒子效应，使得航空数据总线之间 的数据传输发生错误，因此评估在辐射环境下航空数据总线因单粒子效应而造成的失效尤 其重要。
[0004] 面向单粒子翻转故障的模拟和测试，故障注入技术是一种简便有效的方法，可以 快速、准确、低成本地实现FPGA抗翻转能力的测试。现行的方法中，地面高能粒子辐照实验 需要昂贵复杂的设备，测试周期长，灵活性差，并且测试过程中往往需要解除芯片封装，属 于有损测试。而且，由于重离子辐射效应是一种随机事件，为了保证实验中能够确保观察到 单粒子翻转现象，需要加长测试时间或是采取加速手段，这都对实验设计提出了很高要求。 基于仿真的方法对SRAM型FPGA设计进行抗单粒子翻转能力测试，操作方便直观，试验周期 短，可避免装置复杂、费用高等缺点，然而如何更真实地反应辐射影响是设计的关键。
[0005] 国外相关民用航空适航局已针对该问题对民用机载设备提出要求，要求考虑单粒 子效应，以评估因此而对民用机载设备造成的影响。而国内航空领域对于单粒子效应的研 究才刚刚起步，亟待开发相关的仿真测试系统，以评估民用机载设备的抗单粒子翻转能力。
【发明内容】
[0006] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种面向航空数据总线单粒子翻转故 障的仿真测试系统及方法。
[0007] 为了达到上述目的，本发明提供的面向航空数据总线单粒子翻转故障的仿真测试 系统包括：
[0008] 故障注入/测试模块、主控FPGA模块、被测航空数据总线模块、总线接口模块、初始 配置帧数据存储模块、配置数据存储模块和故障测试结果存储模块，其中：
[0009] 故障注入/测试模块通过串口与主控FPGA模块相连接，用于模拟航空飞行高度器 件所受的辐射水平并关联器件翻转率而实现故障生成;并且其作为整个仿真测试系统的控 制模块，通过给主控FPGA模块发送执行指令，控制整个仿真测试系统的开始测试、执行测试 与停止测试；
[0010]主控FPGA模块由一片FPGA组成，与故障注入/测试模块、被测航空数据总线模块、 初始配置帧数据存储模块、配置数据存储模块和故障测试结果存储模块相连接；用于执行 故障注入过程以及监测故障注入过程中被测航空数据总线模块是否出现功能错误；
[0011]被测航空数据总线模块由一片Xi 1 inx FPGA组成，该模块与主控FPGA模块和总线 接口模块相连接，内部存有待测航空数据总线设计程序，通过SelectMAP方式与主控FPGA模 块连接；
[0012] 总线接口模块拥有3种不同的航空数据总线接口，与故障注入/测试模块和被测航 空数据总线模块相连，根据不同的被测航空数据总线设计程序选择不同的总线接口，可选 的总线接口包括:ARINC429总线、CAN总线和AFDX总线接口；
[0013] 初始配置帧数据存储模块由一片SRAM1存储芯片和一片PR0M组成，当主控FPGA模 块接收到来自故障注入/测试模块发送的初始配置帧数据提取指令时，主控FPGA模块从 PR0M中提取全部的初始配置帧数据，并且存放到SRAM1存储芯片中；
[0014]配置数据存储模块由两片PR0M配置存储芯片组成，分别用来存储主控FPGA模块和 被测航空数据总线模块的配置帧数据，系统上电后自动加载主控FPGA模块和被测航空数据 总线模块的配置程序；
[0015] 故障测试结果存储模块与主控FPGA模块相连接，由一片SRAM2存储芯片组成，用来 存储故障注入测试过程中被测航空数据总线模块出现功能故障时的错误信息。
[0016] 所述的故障注入/测试模块包括:翻转故障生成及配置模块、翻转故障注入模块、 显示功能模块、数据分析模块、分析结果保存模块和历史记录查询模块。
[0017] 本发明提供的面向航空数据总线单粒子翻转故障的仿真测试方法包括按顺序执 行的下列步骤：
[0018] 步骤1)系统上电后，配置数据存储模块自动将主控FPGA模块和被测航空数据总线 模块的配置程序加载到对应的FPGA中；
[0019] 步骤2)在故障注入/测试模块的翻转故障生成及配置模块中配置翻转故障参数， 包括:芯片选型、等效时间、海拔高度、经度和炜度;然后根据翻转故障参数配置，模拟航空 单粒子翻转效应进行故障生成，形成待配置帧地址及指令，并发送给主控FPGA模块；
[0020] 步骤3)故障注入/测试模块的翻转故障生成及配置模块向主控FPGA模块发送初始 配置帧数据提取指令，主控FPGA模块接收到指令后从初始配置帧数据存储模块的PR0M中提 取出被测航空总线设计程序的全部配置帧数据，并且将提取出的全部配置帧数据存入初始 配置帧数据存储模块的SRAM1存储芯片中；
[0021] 步骤4)故障注入/测试模块中的翻转故障注入模块将故障注入指令发送给主控 FPGA模块；
[0022]步骤5)主控FPGA模块根据故障注入/测试模块的翻转故障生成及配置模块发送的 待配置帧地址，从初始配置帧数据存储模块的SRAM1存储芯片中提取出上述待配置帧地址 中的一帧配置帧数据，并且对该帧数据进行单位翻转后通过SelectMAP方式配置到被测航 空数据总线模块中；
[0023]步骤6)主控FPGA模块对被测航空数据总线模块的功能是否正常进行判定，如果被 测航空数据总线模块的功能出错，主控FPGA模块则将故障数据存储到故障测试结果存储模 块7中；
[0024] 步骤7)重复步骤5)至步骤6)，直至完成对所有需要进行故障注入的待配置帧地址 都进行了翻转故障注入；
[0025]步骤8)数据上传:故障注入/测试模块的数据分析模块向主控FPGA模块发送数据 上传指令，主控FPGA模块将存储在故障测试结果模块中的故障数据通过串口上传至故障注 入/测试模块中；
[0026] 步骤9)数据分析及结果保存:故障注入/测试模块中的数据分析模块11对上述故 障数据进行分析，统计总的引起功能错误的翻转位数，计算FPGA的功能失效率、FPGA的翻转 率、FPGA敏感位置以及评估航空数据总线加固设计效果，然后将数据分析结果以文本文件 格式保存到分析结果保存模块中，同时通过显示功能模块显示翻转故障生成及辐射参数配 置、总线功能故障和数据分析结果。
[0027] 本发明提供的面向航空数据总线单粒子翻转故障的仿真测试系统及方法基于被 测被测航空数据总线模块中SRAM型FPGA动态可重构的特点，结合本发明提出的航空单粒子 翻转故障注入测试方法，根据模拟生成的翻转故障位置，对被测被测航空数据总线模块中 FPGA进行单位翻转故障注入;并且测试系统能够完成对3种航空数据总线设计程序的单粒 子加固性能进行测试，可以完成对多种航空数据总线设计程序的测试。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明提供的面向航空数据总线单粒子翻转故障的仿真测试系统结构图； [0029]图2为本发明提供的仿真测试系统中故障注入/测试模块结构图；
[0030] 图3为本发明提供的仿真测试方法中故障注入方法流程图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图和具体实施例对本发明提供的面向航空数据总线单粒子翻转故障 的仿真测试系统及方法进行详细说明。
[0032] 如图1所示，本发明提供的面向航空数据总线单粒子翻转故障的仿真测试系统包 括：
[0033]故障注入/测试模块1、主控FPGA模块2、被测航空数据总线模块3、总线接口模块4、 初始配置帧数据存储模块5、配置数据存储模块6和故障测试结果存储模块7,其中：
[0034]故障注入/测试模块1通过串口与主控FPGA模块2相连接，用于模拟航空飞行高度 器件所受的辐射水平并关联器件翻转率而实现故障生成;并且其作为整个仿真测试系统的 控制模块，通过给主控FPGA模块2发送执行指令，控制整个仿真测试系统的开始测试、执行 测试与停止测试。
[0035]主控FPGA模块2由一片FPGA组成，作为整个仿真测试系统的核心执行模块，与故障 注入/测试模块1、被测航空数据总线模块3、初始配置帧数据存储模块5、配置数据存储模块 6和故障测试结果存储模块7相连接;用于执行故障注入过程以及监测故障注入过程中被测 航空数据总线模块3是否出现功能错误。
[0036]被测航空数据总线模块3由一片Xi 1 inx FPGA组成，该模块与主控FPGA模块2和总 线接口模块4相连接，内部存有待测航空数据总线设计程序，通过SelectMAP方式与主控 FPGA模块2连接。
[0037]总线接口模块4拥有3种不同的航空数据总线接口，与故障注入/测试模块1和被测 航空数据总线模块3相连，根据不同的被测航空数据总线设计程序选择不同的总线接口，可 选的总线接口包括:ARINC429总线、CAN总线和AFDX总线接口。
[0038]初始配置帧数据存储模块5由一片SRAM1存储芯片和一片PR0M组成，当主控FPGA模 块2接收到来自故障注入/测试模块1发送的初始配置帧数据提取指令时，主控FPGA模块2从 PR0M中提取全部的初始配置帧数据，并且存放到SRAM1存储芯片中。
[0039]配置数据存储模块6由两片PR0M配置存储芯片组成，分别用来存储主控FPGA模块2 和被测航空数据总线模块3的配置帧数据，系统上电后自动加载主控FPGA模块2和被测航空 数据总线模块3的配置程序。
[0040] 故障测试结果存储模块7与主控FPGA模块2相连接，由一片SRAM2存储芯片组成，用 来存储故障注入测试过程中被测航空数据总线模块3出现功能故障时的错误信息。
[0041] 如图2所示，所述的故障注入/测试模块1包括:翻转故障生成及配置模块8、翻转故 障注入模块9、显示功能模块10、数据分析模块11、分析结果保存模块12和历史记录查询模 块13〇
[0042] 所述的翻转故障生成及配置模块8用于确定故障注入程度，模拟航空辐射环境对 航空数据总线带来的影响;通过对包括芯片选型和辐射参数在内的翻转故障参数的配置， 能够模拟出航空器在不同的飞行高度以及飞行时间内受到不同的粒子辐射剂量，从而模拟 航空单粒子翻转效应进行翻转故障生成，形成被测航空数据总线设计程序的待配置帧地址 及指令，其中芯片选型和辐射参数的配置具体如下：
[0043]所述的芯片选型为确定被测航空数据总线模块3所使用的被测FPGA型号。不同的 航空系统要求芯片的选型有所不同，包括考虑配置存储容量、生产工艺及工艺尺寸等直接 影响芯片抗辐射能力的因素；
[0044] 所述的辐射参数主要包括:等效时间、海拔高度、经度和炜度。通过对海拔高度、等 效时间、经度和炜度参数的模拟，便可以确定辐射的相对中子通量和翻转故障注入程度，模 拟单粒子翻转故障生成；
[0045] 所述的等效时间：用来模拟航空数据总线在辐射环境中的工作时间，在实际环境 中，系统受到的粒子辐射时间越长，会产生更多的单粒子翻转效应，本发明设置的等效时间 与实际飞行实验时间直接相关，用以加速缩短实验时间，模拟实际航空飞行时间；因此在故 障注入之前设置的等效时间越长，对被测航空数据总线设计程序的故障注入也会越多；
[0046] 所述的海拔高度、经度和炜度:在故障注入之前对这几个参数进行模拟用来确定 粒子辐射剂量和相对中子通量；由于在不同的地理位置和海拔高度，粒子辐射剂量是不同 的，因此对被测航空数据总线设计程序产生的单粒子翻转效应也会有所不同的，通过对这 几个参数的设置，可以模拟被测航空数据总线设计程序在不同区域所产生的粒子翻转效 应。
[0047]所述的翻转故障注入模块9用于给主控FPGA模块2发送故障注入指令，指令发送完 成之后，主控FPGA模块2开始执行故障注入过程。
[0048]所述的显示功能模块10用于故障生成及配置、总线功能故障和数据分析结构显 不。
[0049]所述的故障生成及配置显示是在显示功能模块10上将配置的芯片选型和辐射参 数进行显示；
[0050] 所述的总线功能故障显示是在故障注入过程中，若被测航空数据总线设计程序功 能出错，则在故障显示模块10中进行显示；
[0051] 所述的数据分析结果显示是指将采集到的故障数据以及对故障数据分析后的结 果在显示功能模块10上进行显示。
[0052]所述的数据分析模块11能够对航空数据总线设计程序按照民用机载设备适航评 估的系统安全性等级进行分析，根据测试结果给出因单粒子翻转效应造成的失效率，判定 被测航空数据总线设计程序是否满足适航要求;该模块根据故障注入过程中采集到的故障 数据，计算FPGA的功能失效率，并且依据适航要求分析在不同海拔、经度和炜度下粒子辐射 对航空数据总线设计程序的影响程度情况，从而可以衡量航空数据总线设计程序的可靠性 和安全性，并对航空数据总线设计程序的抗翻转能力进行评估。
[0053]所述的分析结果保存模块12用于对每次航空数据总线设计程序进行翻转故障注 入后得到的数据分析结果以及在翻转故障注入测试过程中得到的故障信息以文本文件形 式进行保存。
[0054]所述的历史记录查询13供用户查询已经保存的故障注入测试数据使用。
[0055]所述的主控FPGA模块2通过接收来自故障注入/测试模块1发出的指令完成整个翻 转故障注入的测试；
[0056]所述的主控FPGA模块2从故障注入/测试模块1接收到初始配置帧数据提取指令 后，便从初始配置帧数据存储模块5的PR0M中提取全部初始配置帧数据并存入初始配置帧 数据存储模块5的SRAM1存储芯片中；
[0057]所述的主控FPGA模块2从故障注入/测试模块1接收到故障注入指令后，从初始配 置帧数据存储模块5的SRAM1存储芯片中提取被测航空数据总线设计程序的待配置帧地址 中的配置帧数据并对提取出的配置帧数据进行单位翻转，单位翻转后根据动态重配置方法 通过SelectMAP方式配置到被测航空数据总线模块3中FPGA的指定帧地址中而完成故障注 入；
[0058]所述的主控FPGA模块2能够在故障注入过程中判断被测航空数据总线模块3的功 能是否出现错误，当出现错误时将当前的错误信息存入故障测试结果存储模块7的SRAM2 中。
[0059] 如图3所示，利用本发明提供的面向航空数据总线单粒子翻转故障系统的仿真测 试方法包括按顺序执行的下列步骤：
[0060] 步骤1)系统上电后，配置数据存储模块6自动将主控FPGA模块2和被测航空数据总 线模块3的配置程序加载到对应的FPGA中；
[0061] 步骤2)在故障注入/测试模块1的翻转故障生成及配置模块8中配置翻转故障参 数，包括:芯片选型、等效时间、海拔高度、经度和炜度;然后根据翻转故障参数配置，模拟航 空单粒子翻转效应进行故障生成，形成待配置帧地址及指令，并发送给主控FPGA模块2;其 中芯片选型是首先确定被测航空数据总线模块3所使用的FPGA型号，包括配置存储容量、生 产工艺及工艺尺寸等直接影响芯片抗辐射能力的因素，得到配置帧的可配置地址范围；同 时通过对等效时间、海拔高度、经度和炜度参数的模拟，并且考虑所选择的芯片型号，确定 辐射的相对中子微分通量和翻转故障注入程度以及故障注入的待配置帧地址；
[0062] 步骤3)故障注入/测试模块1的翻转故障生成及配置模块8向主控FPGA模块2发送 初始配置帧数据提取指令，主控FPGA模块2接收到指令后从初始配置帧数据存储模块5的 PR0M中提取出被测航空总线设计程序的全部配置帧数据，并且将提取出的全部配置帧数据 存入初始配置帧数据存储模块5的SRAM1存储芯片中；
[0063] 步骤4)故障注入/测试模块1中的翻转故障注入模块9将故障注入指令发送给主控 FPGA模块2;
[0064]步骤5)主控FPGA模块2根据故障注入/测试模块1的翻转故障生成及配置模块8发 送的待配置帧地址，从初始配置帧数据存储模块5的SRAM1存储芯片中提取出上述待配置帧 地址中的一帧配置帧数据，并且对该帧数据进行单位翻转后通过SelectMAP方式配置到被 测航空数据总线模块3中；
[0065]步骤6)主控FPGA模块2对被测航空数据总线模块3的功能是否正常进行判定，如果 被测航空数据总线模块3的功能出错，主控FPGA模块2则将故障数据存储到故障测试结果存 储模块7中；
[0066] 步骤7)重复步骤5)至步骤6)，直至完成对所有需要进行故障注入的待配置帧地址 都进行了翻转故障注入；
[0067]步骤8)数据上传:故障注入/测试模块1的数据分析模块11向主控FPGA模块2发送 数据上传指令，主控FPGA模块2将存储在故障测试结果模块7中的故障数据通过串口上传至 故障注入/测试模块1中；
[0068] 步骤9)数据分析及结果保存:故障注入/测试模块1中的数据分析模块11对上述故 障数据进行分析，统计总的引起功能错误的翻转位数，计算FPGA的功能失效率、FPGA的翻转 率、FPGA敏感位置以及评估航空数据总线加固设计效果，然后将数据分析结果以文本文件 格式保存到分析结果保存模块12中，同时通过显示功能模块10显示翻转故障生成及辐射参 数配置、总线功能故障和数据分析结果。
[0069] 在步骤2)中，所述的辐射的相对中子微分通量的计算方法为：
[0070] 针对航空器所在海拔高度、经度和炜度以及等效飞行时间，模拟所受到的粒子辐 射剂量，进行相应的环境仿真，生成单粒子模拟故障，主控FPGA模块2会根据所生成的故障 对被测航空数据总线进行相对应的故障注入。
[0071] 在本发明中，确定大气层中子微分通量是根据大气厚度、垂直地磁截止刚度、太阳 调制这些参数，使用的计算公式如下：
[0072]
[0073] 上式中，^为中子微分通量;为参考中子微分通量;d为大气厚度;取为垂 直地磁截止刚度；I为测量太阳调制的相对计数率;Fa只依赖大气厚度，用来表示大气厚度 与中子通量关系；Fb依赖于垂直地磁截止刚度、大气厚度和太阳调制，用来表示地理经度、 炜度、大气厚度以及太阳调制与中子通量关系。如果计算出FA、FB和就可以确定中子 dE 通量。
[0074] 上式为参考中子微分通量，与地理位置有着很大的关系，可以根据中子能 量计算得到，计算公式如下：
[0075]
[0076] 上式中，E为中子能量。
[0077] Fa的计算根据下式：
[0078] FA(d) = exp[( 1033.2-(1)/131.3]
[0079] 上式中，1033.2g/cm2为海平面的平均大气厚度；131.3为大气中lOMeV以上中子的 有效质量衰减长度。大气厚度的计算可以根据大气压计算得到，通常采用的气压值单位为 hPa，在海平面处的标准大气压为1013.25hPa，计算公式如下式：
[0080] d(g/cm2) = p(hPa)/0.980665
[0081 ]上式中大气压P(hPa)可以根据海拔高度确定，计算公式如下：
[0082] p(hPa) = ( (44331 · 514-ζ)/11880 · 516)2.255877
[0083] 上式中，z为海拔高度，单位米。
[0084] Fb的计算根据两种极端太阳调制情况，一种情况为平静太阳活动，地球宇宙射线 最大;第二种情况为太阳活动比较活跃，地球宇宙射线最小。根据这两种情况下计算出不同 的Fb后求其平均值，两种情况的计算公式分别如下：
[0085]
[0086]
[0087]上式中，参数α和k的计算根据下式：
[0088] ai = exp[l .84+0.094h-0.09exp(-llh)]，
[0089] ki = 1 · 4-0 · 56h+0 · 24exp(_8 · 8h)，
[0090] a2 = exp[ 1 · 93+1 · 25h_0 · 18exp(_10h)]，
[0091 ] k2 = 1 · 32-0 ·49h+0 · 18exp(-9 · 5h)，
[0092] 上式中，h为气压，单位为bar(lbar = 105Pa)。
[0093] 通过以上的计算，可以模拟航空数据总线受到不同的粒子辐射通量。本发明将根 据不同炜度、经度和高度等参数造成的不同强度的辐射，生成单粒子辐照故障，模拟单粒子 效应对器件的影响。
[0094] 在步骤9)中，所述的FPGA的功能失效率的计算方法为：
[0095] 对航空数据总线的评估是根据适航要求，根据不同的设备等级要求，对计算得到 的失效率进行评估，确定总线的防辐射加固设计是否满足可靠性要求;数据分析模块能够 在全部故障注入完成后，对记录的数据进行分析，判断航空数据总线的加固效果，数据分析 中单粒子翻转率的计算公式如下：
[0096]
[0097] 其中，Rseu为单粒子翻转率;g为中子微分通量；〇seu(E)为中子能量为E时候的 sLE 单粒子翻转截面积;Emi4PEmax分别为〇SEU( E)的阈值能量和饱和截面能量。
[0098] FPGA功能失效率的计算公式如下：
[0099] A = Nerror · RSEU
[0100] 其中，λ为功能失效率;NerrOT为在测试中功能出错的总位数;RSEU为单粒子翻转率。
[0101] 本发明提供的面向航空数据总线单粒子翻转故障的仿真测试系统及方法，针对面 向航空数据总线的FPGA设计进行翻转故障注入，能够模拟面向FPGA的航空数据总线因海拔 高度、经度炜度等因素形成的航空辐射导致的单粒子翻转效应，生成单粒子故障;并且通过 故障注入/测试模块对被测航空数据总线进行故障注入，测试被测总线单粒子翻转效应的 防护性能;本发明还能够定位到故障注入具体地址位，监控到每一位发生翻转故障对被测 航空数据总线的影响，具有较好的可控性;同时本发明能够根据测试的故障数据，计算出航 空数据总线设计程序的功能失效率，对于评估总线抗辐射设计的可靠性具有很重要的作 用。
【主权项】
1. 一种面向航空数据总线单粒子翻转故障的仿真测试系统，其特征在于:所述的仿真 测试系统包括： 故障注入/测试模块(1)、主控FPGA模块(2)、被测航空数据总线模块(3)、总线接口模块 (4)、初始配置帧数据存储模块(5)、配置数据存储模块(6)和故障测试结果存储模块(7)，其 中： 故障注入/测试模块（1)通过串□与主控FPGA模块⑵相连接，用于模拟航空飞行高度 器件所受的辐射水平并关联器件翻转率而实现故障生成;并且其作为整个仿真测试系统的 控制模块，通过给主控FPGA模块(2)发送执行指令，控制整个仿真测试系统的开始测试、执 行测试与停止测试； 主控FPGA模块(2)由一片FPGA组成，与故障注入/测试模块（1 )、被测航空数据总线模块 (3)、初始配置帧数据存储模块(5)、配置数据存储模块(6)和故障测试结果存储模块(7)相 连接;用于执行故障注入过程以及监测故障注入过程中被测航空数据总线模块(3)是否出 现功能错误； 被测航空数据总线模块(3)由一片Xi 1 inx FPGA组成，该模块与主控FPGA模块（2)和总 线接口模块(4)相连接，内部存有待测航空数据总线设计程序，通过SelectMAP方式与主控 FPGA模块(2)连接； 总线接口模块(4)拥有3种不同的航空数据总线接口，与故障注入/测试模块（1)和被测 航空数据总线模块(3)相连，根据不同的被测航空数据总线设计程序选择不同的总线接口， 可选的总线接口包括:ARINC429总线、CAN总线和AFDX总线接口； 初始配置帧数据存储模块(5)由一片SRAM1存储芯片和一片PROM组成，当主控FPGA模块 (2)接收到来自故障注入/测试模块（1)发送的初始配置帧数据提取指令时，主控FPGA模块 (2)从PROM中提取全部的初始配置帧数据，并且存放到SRAM1存储芯片中； 配置数据存储模块(6)由两片PROM配置存储芯片组成，分别用来存储主控FPGA模块(2) 和被测航空数据总线模块(3)的配置帧数据，系统上电后自动加载主控FPGA模块(2)和被测 航空数据总线模块(3)的配置程序； 故障测试结果存储模块(7)与主控FPGA模块(2)相连接，由一片SRAM2存储芯片组成，用 来存储故障注入测试过程中被测航空数据总线模块(3)出现功能故障时的错误信息。2. 根据权利要求1所述的面向航空数据总线单粒子翻转故障的仿真测试系统，其特征 在于:所述的故障注入/测试模块（1)包括:翻转故障生成及配置模块(8)、翻转故障注入模 块(9)、显示功能模块（10)、数据分析模块（11)、分析结果保存模块（12)和历史记录查询模 块(13)。3. -种利用权利要求1所述的面向航空数据总线单粒子翻转故障系统的仿真测试方 法，其特征在于:所述的仿真测试方法包括按顺序执行的下列步骤： 步骤1)系统上电后，配置数据存储模块(6)自动将主控FPGA模块(2)和被测航空数据总 线模块(3)的配置程序加载到对应的FPGA中； 步骤2)在故障注入/测试模块（1)的翻转故障生成及配置模块(8)中配置翻转故障参 数，包括:芯片选型、等效时间、海拔高度、经度和炜度;然后根据翻转故障参数配置，模拟航 空单粒子翻转效应进行故障生成，形成待配置帧地址及指令，并发送给主控FPGA模块(2); 步骤3)故障注入/测试模块（1)的翻转故障生成及配置模块(8)向主控FPGA模块(2)发 送初始配置帧数据提取指令，主控FPGA模块(2)接收到指令后从初始配置帧数据存储模块 (5)的PROM中提取出被测航空总线设计程序的全部配置帧数据，并且将提取出的全部配置 帧数据存入初始配置帧数据存储模块(5)的SRAM1存储芯片中； 步骤4)故障注入/测试模块(1)中的翻转故障注入模块(9)将故障注入指令发送给主控 FPGA 模块(2); 步骤5)主控FPGA模块(2)根据故障注入/测试模块（1)的翻转故障生成及配置模块(8) 发送的待配置帧地址，从初始配置帧数据存储模块(5)的SRAM1存储芯片中提取出上述待配 置帧地址中的一帧配置帧数据，并且对该帧数据进行单位翻转后通过SelectMAP方式配置 到被测航空数据总线模块(3)中； 步骤6)主控FPGA模块(2)对被测航空数据总线模块(3)的功能是否正常进行判定，如果 被测航空数据总线模块(3)的功能出错，主控FPGA模块(2)则将故障数据存储到故障测试结 果存储模块(7)中； 步骤7)重复步骤5)至步骤6)，直至完成对所有需要进行故障注入的待配置帧地址都进 行了翻转故障注入； 步骤8)数据上传:故障注入/测试模块（1)的数据分析模块（11)向主控FPGA模块(2)发 送数据上传指令，主控FPGA模块(2)将存储在故障测试结果模块(7)中的故障数据通过串口 上传至故障注入/测试模块(1)中； 步骤9)数据分析及结果保存:故障注入/测试模块（1)中的数据分析模块（11)对上述故 障数据进行分析，统计总的引起功能错误的翻转位数，计算FPGA的功能失效率、FPGA的翻转 率、FPGA敏感位置以及评估航空数据总线加固设计效果，然后将数据分析结果以文本文件 格式保存到分析结果保存模块(12)中，同时通过显示功能模块(10)显示翻转故障生成及辐 射参数配置、总线功能故障和数据分析结果。
【文档编号】G05B23/02GK105974905SQ201610309133
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】王鹏, 薛茜男, 张道阳, 阎芳, 田毅
【申请人】中国民航大学