专利名称：一种宽带航空电子总线测试装置的制作方法
技术领域：
一种宽带航空电子总线测试装置
(一) 技术领域
本实用新型涉及对一种宽带航空电子总线的测试，为该总线系统提供一个 检测其工作性能的评估平台，具体地说，是指一种宽带航空电子总线测试装置， 属于航空电子总线测试装置技术领域。
(二) 背景技术
随着航空电子技术的发展，航空电子总线技术经历了从分立式、联合式， 乃至综合式的代系演进。宽带航空电子总线系统是航空电子各子系统间用于信 息交换和资源共享的信息综合系统，是航空电子系统中至关重要的"中枢神 经"，宽带航空电子总线属于综合式，与以往的分立式、联合式航空电子总线 技术相比，具有更高的吞吐量、更低的消息延时和更高可靠性。因此，如何采 用合理的方法对宽带航空电子总线系统的基本性能和功能进行测试验证，以确 保航空电子系统、乃至整个飞行器系统的任务实现，具有重要的应用意义。
对航空电子总线的评价方法； 一般包括数学分析/数学模型、计算机仿真、 半物理半实物仿真、建立实际系统进行测试。其中，测试是最为准确有效的方
法。国内外，对传统的航空电子总线(如ARINC429、 MIL-STD-1553B)都有相 应的测试方法和比较成熟的测试系统，但是由于宽带航空电子总线系统的特殊 性(高带宽50Mbps;限时令牌消息传递；优先级分配)，使得其不同于传统的 总线系统(ARINC429的点到点方式，MIL-STD-1553B的指令响应式方式)的测 试内容和测试方法。此外，传统测试装置的专用性，使得以往的测试系统和装 置只能胜任特定的总线的测试评估，不能胜任宽带航空电子总线(HSDB)的基 本性能和功能评估。
(三) 实用新型发明内容
本实用新型的目的在于针对宽带航空电子总线特殊性，提供一种宽带航空 电子总线测试装置，该装置系统设备简洁、高效、可靠，同时又能满足系统的性能要求，操作简便。
本实用新型一种宽带航空电子总线测试装置，它包括主机单元、总线测 试接口单元、介质单元；其中，主机单元同总线测试接口单元连接，总线测试
接口单元同介质单元连接，被测单元同介质单元连接。
其中，该主机单元可实时处理来自总线的数据，计算解包应用数据，对工 作模式进行判断，完成工作模式的切换、显示，并实现人机之间的交互控制。
其中，该介质单元采用光纤也可采用电缆，传输速率可达50Mbps。
其中，该总线测试接口单元由主机接口单元、协议控制单元、站管理单元、
故障注入单元和介质接口单元组成；其中，该主机接口单元同主机单元、协议 控制单元、站管理单元、介质接口单元连接，该协议控制单元同站管理单元、 故障注入单元、介质接口单元连接，该介质接口单元同介质单元连接。
其中，该协议控制单元是HSDB总线的协议处理部件。协议采用线性令牌传 递多路数据总线协议，定义了令牌消息、申请令牌消息、站管理消息、数据消 息四种消息类型。协议控制单元完成对协议规定的操作的解释，其中包括一、 如何确定协议控制单元当前所处状态，并完成各种状态之间的转换；二、控制 各定时器的行为，并对定时器行为结果作出解释；三、可通过错误和流量寄存 器模块对接收和发送的消息进行检测，并对检测的结果进行分析处理，使得接 收和发送得以正确进行；四、通过对命令寄存器和状态寄存器模块各位的逐位 解释，来完成对整个总线测试接口单元的模式控制；五、根据协议完成消息的 调度、打包，并将打包好的消息传送给介质接口单元。
其中，该站管理单元是协议正确操作的维护机构,具有对HSDB网络节点之 间加载、配置、测试、同步等网络管理功能。站管理单元处理来自HSDB网络 上其它节点的站管理消息，消息包括模式控制命令、装载/报告配置、回送 测试消息；如果本节点是时间主站，站管理单元将周期性地形成时间同步消息 发送给网上的其它节点，如果本节点是时间从站，站管理单元将响应来自时间 主站的时间同步消息。
其中，该故障注入单元是实现故障激励的部件，具有对数据帧各域注入误 比特功能。
其中，该主机接口单元是连接主机单元与总线测试接口单元内部的通道，
它完成如下功能主机接口单元接收来自主机单元的命令以及总线测试接口单 元内部各个寄存器的初始化值。对接收消息的目的地址匹配校验。通过双口存 储器共享数据。
其中，该介质接口单元由3个子模块组成，(l)发送接口模块；(2)接收接
口模块；(3)接收机模块。该介质接口单元提供总线测试接口单元内部各部分
和介质单元之间的连接，实现数据接收和发送功能。
本实用新型一种宽带航空电子总线测试装置的操作方法为系统加电后， 程序将自动运行，此时，通过鼠标来选择不同的测试模式
(1) 帧格式操作模式，系统通过主机上的人机交互界面注入发送/接收控 制命令，该命令经过主机接口单元下发至协议控制单元，在协议控制单元中实 现对数据帧的操作，其中数据帧包括以下域起始定界符、帧控制、源地址、 目的地址、字计数、信息、消息帧校验序列、令牌帧校验序列和终止定界符； 当进行故障测试时，通过控制故障注入单元向待发数据帧各域注入误比特，注 入故障后的数据通过介质接口单元、介质单元发送到被测单元，然后从被测单 元回环接收到相应的响应数据帧，再由主机程序分析该数据帧，以达到测试帧 格式的目的。
(2) 站管理操作模式，系统通过主机上的人机交互界面输入站管理操作 控制命令，该命令经过主机接口单元下发至站管理单元，在站管理单元中实现 对总线节点之间加载、配置、测试、同步管理功能的设置操作，站管理单元处 理来自HSDB网络上其它节点的站管理消息，消息包括模式控制命令、装载/ 报告配置、回送测试消息；如果本节点是时间主站，站管理单元将周期性地形 成时间同步消息发送给网上的其它节点，如果本节点是时间从站，站管理单元 将响应来自时间主站的时间同步消息。该模式下，主要测试站管理单元维护协 议正确操作的能力。
(3) 多站点的环路操作模式，系统通过主机上的人机交互界面输入环路 操作控制命令，该命令经过主机接口单元下发至站管理单元，当被测单元是由 多个节点组成的系统时，由站管理单元完成令牌环的建立、新站的入环和故障 站的退环。该模式下，主要测试HSDB网络建环、入环和退环的能力。
(4) 多优先级的消息调度模式，系统通过主机上的人机交互界面设置消息内容、目的地址、优先级参数，这些参数数据经过主机接口单元下发至协议 控制单元，协议控制单元通过控制各优先级定时器的行为，据协议完成消息的 调度、打包，并将打包好的消息传送给介质接口单元。该模式下，主要测试协 议控制单元对不同优先级消息的正确调度传输的能力。
(5) 方式状态转移模式，系统通过主机上的人机交互界面输入方式状态 转移命令，该命令经过主机接口单元下发至协议控制单元，由协议控制单元确 定当前所处方式状态，并根据方式状态转移命令完成各种状态之间的转换。该 模式下，主要测试协议控制单元对方式状态之间的正确转移的能力。
(6) 节点关键状态参数模式，系统通过主机上的人机交互界面设置环路 节点数目、各节点物理地址、节点各定时器初始值、时间主/从控制状态等等 参数，这些参数数据经过主机接口单元下发至站管理单元，由站管理单元完成 各种根参数的设置，同时将设置后的结果返回主机的人机交互界面显示。该模 式下，主要测试综合反映HSDB联网状态情况。
本实用新型一种宽带航空电子总线测试装置，其优点及功效在于(l)测 试装置的使用不受环境限制，降低测试成本；(2)操作方法简单易行，人机界 面友好；(3)可重复性强。
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图1是本实用新型测试装置总体原理框图。 图2是总线测试接口单元的原理框图。 图3是主机接口单元行为级原理框图。 图4是协议控制单元行为级原理框图。 图5是站管理单元行为级原理框图。 图6是介质接口单元行为级原理框图。 图7是人机交互界面的操作模式选择的原理框图。 图8是站管理单元状态转移的原理框图。 图9是方式状态转移的原理框图。 图中标号说明如下 1.主机单元 2.总线测试接口单元 3.介质单元4.主机接口电信号5.测试端总线介质电信号 21.主机接口单元 22.协议控制单元 24.介质接口单元 25.故障注入单元 261.协议控制信号262.协议数据信号 29.站管理指令信号291.故障注入信号 211.命令区模块 212.发送区模块 214.消息滤波表模块215.中断控制区模块 217.局部总线控制模块.
6.被测端总线介质电信号 23.站管理单元
26. 总线数据信号
27. 站管理数据信号 292.故障注入数据信号 213.接收区模块
216.局部主机总线控制模块 221.控制模块 223.错误和流量寄存器模块
222.时间寄存器和定时器模块 224.发送机模块 225.命令寄存器和状态寄存器模块 231.站管理单元状态机模块 232.局部主机总线接口模块
233.局部总线接口模块 234.装载报告配置消息处理模块
241.发送接口模块242.接收接口模块 243.接收机模块
具体实施方式
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下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
本实用新型一种宽带航空电子总线测试装置，如图1所示，包括主机单元 1、总线测试接口单元2、介质单元3;其中，主机单元l同总线测试接口单元 2连接，总线测试接口单元2同介质单元3连接，被测单元同介质单元3连接； 该总线测试接口单元2，包括主机接口单元21、协议控制单元22、站管理单元 23、故障注入单元25和介质接口单元24，主机接口单元21同主机单元l、协 议控制单元22、站管理单元23、介质接口单元24连接，协议控制单元22同 站管理单元23、故障注入单元25、介质接口单元24连接，介质接口单元24 同介质单元3连接。
该主机单元1可实时处理来自主机接口电信号4的数据，计算解包应用数 据，对工作模式进行判断，完成工作模式的切换、显示，并实现人机之间的交 互控制。主机单元1釆用工控计算机平台实现。
该介质单元3采用光纤也可采用电缆，传输速率可达50Mbps。
该主机接口单元21是连接主机单元1和总线测试接口单元2内部的通道，
它完成如下功能主机接口单元21接收来自主机单元1的命令以及总线测试 接口单元2内部各个寄存器的初始化值。对接收消息的目的地址匹配校验。通 过双口存储器共享数据。
该主机接口单元21的行为级原理框图见图3所示，由七个子模块组成，现
对各子模块功能说明如下(1)命令区模块211; (2)发送区模块212; (3)接收
区模块213; (4)消息滤波表模块214; (5)中断控制区模块215; (6)局部主机 总线控制模块216; (7)局部总线控制模块217。命令区模块211通过"主机子 地址总线，主机数据总线，主机控制总线和主机校验总线"四种主机接口电信 号4接收来自主机单元1的指令并通过"局部子地址总线，局部数据总线，局 部控制总线和局部校验总线"四种局部总线信号下发至局部总线控制模块217， 然后局部总线控制模块217根据不同的指令内容(包括发送和接收)控制发送 区模块212或接收区模块213实现发送或接收功能。消息滤波表模块214的功 能是用于判断接收数据的逻辑地址，以此作为是接收还是丢弃此消息的依据。 如果目的地址不匹配，该消息将被丢弃，如果目的地址匹配，接收区模块213 则继续对来自其它站点的消息(包括站管理消息)解包，在主机接口单元21 中的局部总线控制模块217的控制下放入接收缓冲区的相应位置。局部主机总 线控制模块216通过"局部主机子地址总线、局部主机数据总线、局部主机控 制总线和局部主机校验总线"四类站管理数据信号27将站管理单元23发送到 其它站点的配置报告、状态报告、时间报告、时间同步消息、回送测试响应消 息放入发送区模块212，并在局部主机总线控制模块216控制下得到发送。中 断控制区模块215可支持上述功能实现时所需的优先级排序。
该协议控制单元22是.HSDB总线的协议处理部件。协议采用线性令牌传递 多路数据总线协议，定义了令牌消息、申请令牌消息、站管理消息、数据消息 四种消息类型。协议控制单元22完成对协议规定的操作的解释，其中包括 一、如何确定协议控制单元当前所处状态，并完成各种状态之间的转换；二、 控制各定时器的行为，并对定时器行为结果作出解释；三、可通过错误和流量 寄存器模块223对接收和发送的消息进行检测，并对检测的结果进行分析处理， 使得接收和发送得以正确进行；四、通过对命令寄存器和状态寄存器模块225 各位的逐位解释，来完成对整个总线测试接口单元2的模式控制；五、根据协 议完成消息的调度、打包，并将打包好的消息传送给介质接口单元24。
该协议控制单元22的行为级原理框图见图4所示，由五个子模块组成，现 对各子模块功能说明如下(1)控制模块221根据当前所处模式，以及各种监 测结果和握手信号来确定各种状态，以及是否进行申请令牌、是否进行发送令 牌、是否进行发送复位等操作。另外，由于这些操作要使用局部检验总线、局 部数据总线、局部控制总线、局部子地址总线对一些寄存器进行读/写操作， 所以控制模块中要有对这些局部总线控制的功能。(2)时间寄存器和定时器模 块222接收来自晶振226的本地时钟信号完成协议规定的定时器及时钟同步操 作。本地时钟经过分频后产生各种时钟信号，这些信号均采用边沿触发，以对 各个定时器进行控制。(3)错误和流量寄存器模块223中有一16位的错误寄 存器及一流量寄存器(图中未示)。该错误寄存器的每一位的含义由协议定义， 这些位代表在接收和发送过程中所产生的大部分错误。对于来自介质接口单元 24的监测信号，此单元进行处理，并将处理的结果分为两种情况 一，对错误 寄存器进行设置，并可通过局部检验总线、局部数据总线、局部控制总线和局 部子地址总线进行读/写操作；二，代表当前状态的各种信号线，并将这些信 号线传递给控制模块221。该流量寄存器完成对本站消息流量状况的统计。(4) 发送机模块224完成令牌帧、申请令牌帧、消息帧和站管理帧的形成，并将所 形成的帧传递给介质接口单元24。发送过程要通过总线对寄存器进行读操作。 (5)命令寄存器和状态寄存器模块225根据协议完成对该命令寄存器各位的解 释并反映到该状态寄存器中。对这两个寄存器的操作都要通过局部总线进行。 当对命令寄存器进行写操作改变当前所处模式时，先要把命令寄存器的内容暂 存起来，然后判断所来的命令是否符合协议规定，如果符合即进入新模式，并 根据当前模式置命令寄存器的相应位。对于总线状态位的操作也类似，也是先 将命令寄存器的内容暂存起来，然后判断所来的命令是否符合协议规定，如果 符合即进入新状态，并根据当前状态置状态寄存器的相应位。
该站管理单元23是协议正确操作的维护机构，具有对HSDB网络节点之间加 载、配置、测试、同步等网络管理功能。站管理单元处理来自HSDB网络上其 它节点的站管理消息，消息包括模式控制命令、装载/报告配置、回送测试 消息；如果本节点是时间主站，站管理单元将周期性地形成时间同步消息发送给网上的其它节点，如果本节点是时间从站，站管理单元将响应来自时间主站 的时间同步消息。
该站管理单元23的行为级原理框图见图5所示，由四个子模块组成，现 对各子模块功能说明如下(1)站管理单元状态机模块231根据接收到的站管 理消息的不同类型进入不同的处理流程状态。其状态转换如图8所示。站管理 消息的处理分为三种类型，进而对应于其它三个模块局部主机总线接口模块 232、局部总线接口模块233及装载报告配置消息处理模块234; (2)局部主机 总线接口模块232处理站管理单元23形成的响应消息，将数据写入发送缓冲 区，等待发送。这种方式包括时间同步消息(时间主站)、时间报告、状态 报告、配置报告和回送测试响应消息。对这些响应消息而言，站管理单元并 不是将整个消息都放入发送缓冲区，而是将这些消息的帧控制、源地址、目的 地址、字计数放入，信息域的数据由发送机在发送时通过局部总线取得并发送 出去；(3)局部总线接口模块233将接收到来自其它站的站管理消息，从接收 缓冲区中的消息中读取数据，并将数据写入寄存器或消息滤波表，这种方式包 括模式控制、时间同步消息(时间从站)、装载/报告配置(当装载配置LC=1)。 (4)装载报告配置消息处理模块234是一种比较特殊的站管理消息，通过该 消息中信息域中的装载配置LC、报告RC、报告状态RS、报告时间RT的状态 来决定站管理如何响应。
该介质接口单元24提供总线测试接口单元2内部各部分和介质单元3之间 的连接，实现数据接收和发送功能。介质接口单元24的行为级原理框图见图6 所示，由3个子模块组成，现对各子模块功能说明如下(1)发送接口模块241; (2)接收接口模块242; (3)接收机模块243 。发送接口模块241在控制下可通 过测试端总线介质电信号5向网络上发送消息。接收接口模块242通过监视测 试端总线介质电信号5的活动状态以及从中接收消息，并进行码型校验、奇偶 校验、和长度校验，校验通过的消息交给接收机模块243，接收机模块243对 这些消息进行总线活动状态监测后，经由主机接口单元21内部的"主机子地 址总线、主机数据总线、主机控制总线和主机校验总线"四种主机接口电信号 4发送至主机单元1，完成整个接收过程。
该故障注入单元25是实现故障激励的部件，具有对数据帧各域注入误比特功能。故障注入单元25从协议控制单元22取得故障注入信号291,根据故障 注入信号要求和格式产生故障注入数据信号292并发送给介质接口单元24，实 现故障激励的功能，如图2所示。
考虑到协议的专用性，根据各单元行为级原理框图，对于总线测试接口单 元2所包含的主机接口单元21、协议控制单元22、站管理单元23、介质接口 单元24和故障注入单元25协议控制单元均采用现场可编程门阵列(FPGA)实 现，例如可选用Quicklogic公司的芯片QL6500。
本实用新型一种宽带航空电子总线测试装置的操作方法，其中被测单元 通过介质单元与测试装置连接，系统加电后，程序将自动运行，此时，根据被 测单元的配置情况来选择不同的测试模式，有六种模式可供选择，如图7所示:
(1) 帧格式操作模式，系统通过主机上的人机交互界面注入发送/接收控 制命令，该命令经过主机接口单元下发至协议控制单元，在协议控制单元中实
现对数据帧的操作，其中数据帧包括以下域起始定界符、帧控制、源地址、 目的地址、字计数、信息、消息帧校验序列、令牌帧校验序列和终止定界符； 当进行故障测试时，通过控制故障注入单元向待发数据帧各域注入误比特，注
入故障后的数据通过介质接口单元、介质单元发送到被测单元，然后从被测单
元回环接收到相应的响应数据帧，再由主机程序分析该数据帧，以达到测试帧
格式的目的。
(2) 站管理操作模式，系统通过主机上的人机交互界面输入站管理操作 控制命令，该命令经过主机接口单元下发至站管理单元，在站管理单元中实现 对总线节点之间加载、配置、测试、同步管理功能的设置操作，站管理单元处 理来自HSDB网络上其它节点的站管理消息，消息包括模式控制命令、装载/ 报告配置、回送测试消息；如果本节点是时间主站，站管理单元将周期性地形 成时间同步消息发送给网上的其它节点，如果本节点是时间从站，站管理单元 将响应来自时间主站的时间同步消息。该模式下，主要测试站管理单元维护协 议正确操作的能力。如图8所示，站管理单元通过自身的状态转换来实现网络
管理功能。
(3) 多站点的环路操作模式，系统通过主机上的人机交互界面输入环路
操作控制命令，该命令经过主机接口单元下发至站管理单元，当被测单元是由多个节点组成的系统时，由站管理单元完成令牌环的建立、新站的入环和故障
站的退环。该模式下，主要测试HSDB网络建环、入环和退环的能力。
建环具体过程建环过程由软件操作和直接的硬件操作共同触发，触发后
的网络各节点为互相独立的节点，此时，底层会自动实现环路的建立；实现后， 由驱动软件接口函数提供环上各站点的信息，这些信息用于演示和用户的交 互。如果，建环失败，则以消息对话框的形式给出提示，用户可重新触发建环 或者进行其他操作。
退环具体过程在环路正常的情况下，由于某节点的故障或其它原因可导 致该节点的退环，退环过程可由软件操作和直接的硬件操作共同触发，触发后 的故障节点将脱离环路而成为独立的节点，此时，底层会自动实现环路的重组， 而形成新的环路；新环路形成后，由驱动软件接口函数提供环上各站点的信息， 这些信息用于演示和用户的交互。如果，在退环过程中发生其它情况，则以消 息对话框的形式给出提示，用户可根据情况重新触发退环或者进行其他操作。
入环具体过程在环路正常的情况下，当环路上的条件适宜时，可引起环 路外的新站点进入到环路。.入环过程由软件操作和直接的硬件操作共同触发， 触发后的新各节点将进入环路成为新的一员，此时，底层会自动实现环路的重 组；而形成新的环路；新环路形成后，由驱动软件接口函数提供环上各站点的 信息，这些信息用于演示和用户的交互。如果，在入环过程中发生其它情况， 则以消息对话框的形式给出提示，用户可根据情况重新弓I起入环或者进行其他 操作。
(4) 多优先级的消息调度模式，系统通过主机上的人机交互界面设置消 息内容、目的地址、优先级参数，这些参数数据经过主机接口单元下发至协议 控制单元，协议控制单元通过控制各优先级定时器的行为，据协议完成消息的 调度、打包，并将打包好的消息传送给介质接口单元。该模式下，主要测试协 议控制单元对不同优先级消息的正确调度传输的能力。
(5) 方式状态转移模式，系统通过主机上的人机交互界面输入方式状态 转移命令，该命令经过主机接口单元下发至协议控制单元，由协议控制单元确
定当前所处方式状态，并根据方式状态转移命令完成各种状态之间的转换，如 图9所示。该模式下，主要测试协议控制单元对方式状态之间的正确转移的能力。
(6)节点关键状态参数模式，系统通过主机上的人机交互界面设置环路 节点数目、各节点物理地址、节点各定时器初始值、时间主/从控制状态等等 参数，这些参数数据经过主机接口单元下发至站管理单元，由站管理单元完成 各种根参数的设置，同时将设置后的结果返回主机的人机交互界面显示。该模 式下，主要测试综合反映HSDB联网状态情况。
权利要求1、一种宽带航空电子总线测试装置，其特征在于该装置包括主机单元、总线测试接口单元、介质单元；其中，主机单元同总线测试接口单元连接，总线测试接口单元同选用光纤或电缆之介质单元连接，被测单元同介质单元连接；该总线测试接口单元由主机接口单元、协议控制单元、站管理单元、故障注入单元和介质接口单元组成；其中，该主机接口单元是连接主机单元与总线测试接口单元内部的通道，同主机单元、协议控制单元、站管理单元、介质接口单元连接，该协议控制单元同站管理单元、故障注入单元、介质接口单元连接，该介质接口单元同介质单元连接。
2、 根据权利要求1所述的一种宽带航空电子总线测试装置，其特征在于-该介质接口单元由3个子模块组成(l)发送接口模块；(2)接收接口模块；(3)接收机模块。
专利摘要本实用新型一种宽带航空电子总线测试装置，该装置包括主机单元、总线测试接口单元、介质单元；其中，主机单元同总线测试接口单元连接，总线测试接口单元同介质单元连接，被测单元同介质单元连接；该总线测试接口单元由主机接口单元、协议控制单元、站管理单元、故障注入单元和介质接口单元组成；该装置的操作方法为系统加电后，程序将自动运行，通过鼠标来选择不同的测试模式(1)帧格式操作模式；(2)站管理操作模式；(3)多站点的环路操作模式；(4)多优先级的消息调度模式；(5)方式状态转移模式；(6)节点关键状态参数模式。该测试装置测试成本低，操作方法简单易行，人机界面友好且可重复性强。
文档编号G01R31/00GK201072431SQ20072016956
公开日2008年6月11日 申请日期2007年7月4日 优先权日2007年7月4日
发明者强 周, 熊华钢 申请人:北京航空航天大学