本发明涉及总线信号故障诊断及注入技术领域，更具体地说，涉及一种总线故障注入设备。
背景技术：
在现代轨道交通电子系统中，为了对系统的可靠性进行充分的检测，往往需要通过故障注入技术模拟各种异常情况，以此来检测系统对于异常情况的处理能力。
当前，针对wtb(wiretrainbus，绞线式列车总线)总线的故障注入方式中，故障注入设备串联在总线中，并模拟其对应的故障项，其中，一个故障注入设备只能模拟一个故障项，例如继电器板卡只能模拟断路故障项，模拟量板卡只能模拟电压幅值故障项。可见，单个的激励注入设备不能灵活进行多故障项的模拟。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种总线故障注入设备，以实现灵活的进行多故障项的模拟。
为了实现上述目的，现提出：
一种总线故障注入设备，所述故障注入设备包括，依次连接的第一接口、电气检测模块、物理层故障模块和第二接口，及与所述电气检测模块连接的控制器，所述电气检测模块和物理层故障模块的初始状态为直通状态，所述故障注入设备通过所述第一接口和所述第二接口串联入总线；
控制器，用于接收故障注入配置指令，所述故障注入配置指令包括物理层故障项注入信息、电气层故障项注入信息和协议层故障项注入信息中的至少一项，当故障注入配置指令中包括电气层故障项注入信息和/或协议层故障项注入信息时，将所述电气检测模块配置为故障注入状态；
所述电气检测模块，用于当其处于故障注入状态时，将接收到的总线数据发送给控制器，所述控制器依据所述故障注入配置指令，向所述总线数据注入对应的电气层故障项和/或协议层故障项，并将注入故障项的总线数据发送给所述电气检测模块，所述电气检测模块将所述注入故障项的总线数据传输回所述总线；
所述控制器还用于，当所述故障注入配置指令中包括所述物理层故障项注入信息时，将所述物理层故障模块配置为故障注入状态，所述物理层故障模块，用于当其处于故障注入状态时，对所述总线数据注入物理层故障项。
优选地，所述总线故障注入设备，还包括与所述电气检测模块和所述第一接口相连接的方向选择模块，所述方向选择模块的初始状态为直通状态；
所述电气检测模块还用于，判断接收到的总线数据的来源，当所述总线数据的来源为第一接口时，生成并向所述方向选择模块发送第一方向选择指令，当所述总线数据的来源为第二接口时，生成并向所述方向选择模块发送第二方向选择指令；
所述方向选择模块，用于根据所述第一方向选择指令或所述第二方向选择指令由所述直通状态切换为第一方向传输状态或第二方向传输状态，所述第一方向传输状态或第二方向传输状态为选择总线数据传输的第一方向或第二方向，以令所述故障注入设备中的总线数据按照半双工方式传输的状态；
所述电气检测模块还用于，在确定所述第一接口或所述第二接口完完成注入故障项的总线数据的发送时，向所述方向选择模块发送恢复指令，所述方向选择模块根据所述恢复指令由所述第一方向传输状态或第二方向传输状态恢复为所述直通状态。
优选地，所述总线故障注入设备，还包括：
分别与所述方向选择模块、所述电气检测模块和所述物理层故障模块相连的变压器接口模块，所述变压器接口模块用于将所述方向选择模块和所述电气检测模块进行电气连接，以及将所述电气检测模块和所述物理层故障模块进行电气连接。
优选地，所述控制器包括用于对所述总线数据注入所述协议层故障项的协议层故障注入子模块和用于对所述总线数据注入所述电气层故障项的电气层故障注入子模块。
优选地，所述协议层故障注入子模块包括：第一采集处理单元、匹配单元、第一注入单元和第一恢复单元，其中，
第一采集处理单元，用于对所述电气检测模块发送的所述总线数据或所述电气层故障注入子模块发送的注入电气层故障项的总线数据进行采集处理，得到帧数据；
匹配单元，用于对所述帧数据进行关键字段信息提取，并将提取的关键字段信息与预设的匹配表中的匹配信息进行匹配；
第一注入单元，用于当匹配成功时，根据所述预设的匹配表中包含的故障注入字段对所述帧数据注入协议层故障项；
第一恢复单元，用于对所述第一注入单元输出的数据进行恢复处理并发送恢复后的数据。
优选地，所述电气层故障注入子模块包括：第二采集处理单元、第二注入单元和第二恢复单元，其中，
第二采集单元，用于对所述电气检测模块发送的所述总线数据或所述协议层故障注入子模块发送的注入协议层故障项的总线数据进行采集处理，得到电气数据；
第二注入单元，用于对所述电气数据注入电气层故障项；
第二恢复单元，用于对注入电气层故障项的电气数据进行恢复处理，并发送恢复后的数据。
优选地，所述第二注入单元包括：用于对所述电气数据的幅值进行调节的幅值调节子单元、用于对所述电气数据的斜率进行调节的斜率调节子单元、用于对所述电气数据的占空比进行调节的占空比调节子单元、用于在所述电气数据中叠加噪声的噪声叠加子单元、用于对所述电气数据进行延迟的总线延迟子单元、用于对所述电气数据的帧头进行下冲调节的帧头下冲调节子单元和用于对所述电气数据的帧尾宽度进行调节的帧尾宽度调节子单元中的至少一个。
优选地，所述总线故障注入设备还包括：存储器，用于存储所述帧数据或所述电气数据。
从上述的技术方案可以看出，故障注入设备包括依次相连的第一接口、电气检测模块、物理层故障模块和第二接口，以及与所述电气检测模块相连的控制器；控制器用于接收故障注入配置指令，所述故障注入配置指令包括物理层故障项注入信息、电气层故障项注入信息和协议层故障项注入信息中的至少一项，并根据所述物理层故障项注入信息、电气层故障项注入信息和协议层故障项注入信息将所述电气检测模块和物理层故障模块配置为故障注入状态，其中处于故障注入状态的电气检测模块将接收到的总线数据发送到控制器中，控制器对其注入与故障注入配置指令对应的电气层故障项和/或协议层故障项，处于故障注入状态的物理层故障模块对总线数据注入物理层故障项。可见，总线故障注入设备中的各个模块根据控制器接收到的故障注入指令进行对应故障项的注入，如此能够进行各种故障项注入，实现了总线故障注入设备同时注入多个故障项，从而更灵活全面的进行故障模拟。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种总线故障注入设备基本框图；
图2为本发明另一实施例公开的一种总线故障注入设备基本框图；
图3为本发明一实施例公开的一种总线故障注入设备基本框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开一种总线故障注入设备，如图1所述，该总线故障注入设备包括：依次连接的第一接口100、电气检测模块101、物理层故障模块102和第二接口103，以及与所述电气检测模块101连接的控制器104；所述电气检测模块101和物理层故障模块102的初始状态为直通状态；
总线故障注入设备通过所述第一接口100和第二接口103串联入总线中，用于从总线中接收总线数据和输出数据到总线中；当故障注入设备处于未注入任何故障项的初始状态时，第一接口100和第二接口103直通连接，如：第一接口100接收总线数据，所述总线数据经处于直通状态的电气检测模块和物理层故障模块直接传输到第二接口103，第二接口103将总线数据输出回总线；
控制器104，用于接收故障注入配置指令，该故障注入配置指令来自上位机，其包括物理层故障项注入信息、电气层故障项注入信息和协议层故障项注入信息中的至少一项，即故障注入配置指令可以只包括物理层故障项注入信息、电气层故障项注入信息或协议层故障项注入信息，也可以包括上述三项注入信息中的任意两项注入信息，或三项注入信息都包括。
其中，物理层故障项注入信息中包括了具体注入的故障信息，包括短路故障信息、断路故障信息、串并联阻抗信息等；
当故障注入配置指令中包括电气层故障项注入信息和/或协议层故障项注入信息时，控制器104将电气检测模块101配置为故障注入状态；
所述电气检测模块101，用于当其处于故障注入状态时，将接收到的总线数据发送给控制器104，该控制器104依据所述故障注入配置指令，向所述总线数据注入对应的电气层故障项和/或协议层故障项，并将注入故障项的总线数据发送回电气检测模块101，电气检测模块101将所述注入故障项的总线数据传输回所述总线。
具体的，如：故障注入配置指令中包括协议层故障项信息和电气层故障项信息，第一接口100接收到总线数据，并将该总线数据传输到电气检测模块101，电气检测模块101将总线数据发送给控制器104，控制器104对总线数据注入协议层故障项和电气层故障项，并将注入故障项的总线数据发送回电气检测模块101，电气检测模块101将注入故障项的总线数据传输给处于直通状态的物理层故障模块102，进而传输到第二接口103，第二接口103将注入故障项的总线数据输出回总线中。
控制器104还用于，当故障注入配置指令中包括物理层故障项注入信息时，将物理层故障模块102配置为故障注入状态，该物理层故障模块102，用于当其处于故障注入状态时，对所述总线数据注入物理层故障项，包括短路故障、断路故障、串并联电阻故障，如此，总线数据传输到处于故障注入状态的物理层故障模块102时，经过物理层故障模块102相当于经过具有短路、断路和/或阻抗异常的线路。
上述实施例中的总线故障注入设备包括依次相连的第一接口、电气检测模块、物理层故障模块和第二接口，以及与所述电气检测模块相连的控制器；控制器用于接收故障注入配置指令，所述故障注入配置指令包括物理层故障项注入信息、电气层故障项注入信息和协议层故障项注入信息中的至少一项信息，并根据所述物理层故障项注入信息、电气层故障项注入信息和协议层故障项注入信息将所述电气检测模块和物理层故障模块配置为故障注入状态，其中处于故障注入状态的电气检测模块将接收到的总线数据发送到控制器中，控制器对其注入与故障注入配置指令对应的电气层故障项和/或协议层故障项，处于故障注入状态的物理层故障模块对总线数据注入物理层故障项。可见，总线故障注入设备中的各个模块根据控制器接收到的故障注入指令进行对应故障项的注入，如此能够进行各种故障项注入，实现了总线故障注入设备同时注入多个故障项，即实现了wtb总线物理层、电气层以及协议层的协同合作的故障项注入，同时全面的注入策略，能注入实际工作环境中的几乎所有随机/突发故障现象，从而保证在最短时间内验证被测系统的可靠性以及正确性，大大缩短系统的研发、测试和产品化时间。
针对wtb总线的注入故障的实施，第一接口100和第二接口103均具有1组双冗余a\b半双工差分线，线路以半双工方式进行总线数据的传输，具体的，如图2所示，所述总线故障注入设备还包括：方向选择模块200，分别与所述电气检测模块101和所述第一接口100相连接，所述方向选择模块200的初始状态为直通状态；
在所述电气检测模块101接收到的总线数据来源于第一接口或第二接口的情况下，向所述方向选择模块200发送对应的第一方向选择指令或第二方向选择指令；
具体的，所述电气检测模块101接收到总线数据时，判断接收到的总线数据的来源，当所述总线数据的来源为第一接口100时，生成并向所述方向选择模块200发送第一方向选择指令，当所述总线数据的来源为第二接口103时，生成并向所述方向选择模块200发送第二方向选择指令。
其中，电气检测模块通过硬件电路实现，具体的，在电路中设置一信号电平阈值，在检测总线数据来源时，当检测到某一接口的信号超过该电平阈值，则说明接收到的总线数据来自该接口。
所述方向选择模块200，用于根据所述第一方向选择指令或所述第二方向选择指令由所述直通状态切换为第一方向传输状态或第二方向传输状态，所述第一方向传输状态或第二方向传输状态为选择总线数据传输的第一方向或第二方向，以令所述故障注入设备中的总线数据按照半双工方式传输；
具体的，根据所述第一方向选择指令，选择总线数据传输方向为从第一接口100流入并从第二接口103流出；根据所述第二方向选择指令，选择总线数据传输方向为从第二接口103流入并从第一接口100流出。
其中，可选用高速模拟开关实现不同数据方向的选择。
在所述电气检测模块101确定第一接口或第二接口完成注入故障项的总线数据的发送时，向所述方向选择模块200发送恢复指令，所述方向选择模块200根据所述恢复指令由所述第一方向传输状态或第二方向传输状态恢复为所述直通状态。
其中，由于数据的传输时长是相对固定的，所以电气检测模块101可根据数据传输时长设定相应的判断逻辑来确定总线数据是否从总线故障注入设备的接口全部传输回了总线中。
具体的，总线数据在总线故障注入设备中有两个传输方向，其中，当第一接口100接收到总线中传输来的总线数据时，第一接口100将总线数据传输到方向选择模块200，然后经过处于直通状态的方向选择模块200直通传输到处于故障注入状态的电气检测模块101，电气检测模块101确定所述总线数据来源于第一接口100，向所述方向选择模块200发送第一方向选择指令，所述方向选择模块200根据所述第一方向选择指令选择数据的传输方向为从第一接口100流入并从第二接口103流出；
同时，所述电气检测模块101将所述总线数据传输到所述控制器104，所述控制器104根据故障注入配置指令，对总线数据进行协议层故障项和/或电气层故障项注入，并将注入故障项的总线数据传输回电气检测模块101，所述电气检测模块101将注入故障项的总线数据传输到处于直通状态或故障注入状态的物理层故障模块102，注入故障项的总线数据经过物理层故障模块102后传输到所述第二接口103，第二接口103将注入故障项的总线数据传输回总线中；
当第二接口103接收到总线中传输的总线数据时，第二接口103将总线数据传输到物理层故障模块102，进而经过处于直通状态或故障注入状态的物理层故障模块102，传输到处于故障注入状态的所述电气检测模块101，电气检测模块101确定所述总线数据来源于第二接口103，向所述方向选择模块200发送第二方向选择指令，所述方向选择模块200根据所述第二方向选择指令，选择总线数据的传输方向为从第二接口103流入并从第一接口100流出；
同时所述电气检测模块101将所述总线数据发送到控制器104，控制器104对所述总线数据根据故障注入配置指令进行协议层故障项和/或电气层故障项注入，并将注入故障项的总线数据传输回电气检测模块101，所述电气检测模块101将所述注入故障项的总线数据传输到方向选择模块200，所述注入故障项的总线数据经过方向选择模块200传输到第一接口100，所述第一接口100将所述注入故障项的总线数据传输回总线中。
其中，为了实现电气检测模块101和方向选择模块200、物理层故障模块102之间的电气连接，在电气检测模块101和方向选择模块200，电气检测模块101和物理层故障模块102之间设置变压器接口模块300，具体如图3所示。
在一实施例中，控制器104包括用于对所述总线数据注入协议层故障项的协议层故障注入子模块和用于对所述总线数据注入电气层故障项的电气层故障注入子模块。
其中，所述协议层故障注入子模块包括：第一采集处理单元，匹配单元，第一注入单元和第一恢复单元，
第一采集处理单元，用于对所述电气检测模块发送的总线数据或所述电气层故障注入子模块发送的注入电气层故障项的总线数据进行采集处理，得到帧数据；
其中，第一采集处理单元对电气检测模块发送的总线数据或电气层故障模块发送的注入电气层故障项的总线数据进行模数转换得到数字信号，并针对该数字信号采集帧数据。
匹配单元，用于对所述帧数据进行关键字段信息提取，并将提取的关键字段信息与预设的匹配表中的匹配信息进行匹配；
其中，对帧数据进行关键字段信息提取，关键字段包括：目标设备地址(dd)、链路控制字段(lc)、源设备地址(sd)和链路数据长度(sz)，关键字段信息随着接收到总线数据的不同而不同，匹配信息包括匹配条件和故障注入字段。匹配表可以参照表1呈现的匹配条件和故障注入字段关系，根据不同的故障注入需要进行不同设置，其中，表1呈现的关系为，如当匹配条件为dd信息时，故障注入字段为lc、sd、sz、data(数据字段)、fcs-16(标志字段)，相应的，设置的匹配表中包括匹配条件dd信息，以及故障注入字段lc、sd、sz、data、fcs-16。
匹配时，将提取的关键字段信息中的dd信息与匹配条件dd信息进行匹配，两者若相同，则确定匹配成功，进而根据匹配表中包括的故障注入字段lc、sd、sz、data和fcs-16，在帧数据的lc字段、sd字段、sz字段、data字段和fcs-16字段中注入故障。又如预设的匹配表中包括匹配条件lc信息，以及故障注入字段sd、sz、data和fcs-16，将提取的关键字段信息与匹配条件lc信息进行匹配，两者若相同，则确定匹配成功，进而根据匹配表中包括的故障注入字段lc、sd、sz、data和fcs-16，确定在帧数据的sd字段、sz字段、data字段和fcs-16字段中注入故障。
表1
第一注入单元，用于当匹配到匹配信息时，根据所述预设的匹配表中包含的故障注入字段对所述帧数据注入协议层故障项；
其中，根据确定的注入故障字段，向其中注入协议层故障项。
第一恢复单元，用于对所述第一注入单元输出的数据进行恢复处理，并发送恢复的数据。
其中，对第一注入单元输出的数据进行数模转换，并进行发送。
上述实施例中，协议层故障项注入采用了关键字段信息匹配的注入方式，该方式中对总线线路中传输的数据，通过匹配的方式选择故障注入的关键字段，而不是对每个关键字段都进行故障注入，如此扩宽了故障注入的应用场景。
可以理解，若故障注入配置指令中设置无需进行数据故障匹配时，第一采集处理单元在对接收到的数据进行处理得到帧数据后，将帧数据进行复制存储到存储器中，同时将帧数据发送到第一恢复模块进行恢复处理并发送。
在一实施例中，电气层故障注入子模块包括：第二采集处理单元、第二注入单元和第二恢复单元，其中，
第二采集单元，用于对所述电气检测模块发送的总线数据或协议层故障注入子模块发送的注入协议层故障项的总线数据进行采集处理，得到电气数据；
其中，对数据进行模数转换，得到电气数据。
第二注入单元，用于对所述电气数据注入电气层故障项；
第二恢复单元，用于对注入电气层故障项的电气数据进行恢复处理，并发送恢复后的数据。
其中，所述第二注入单元包括：用于对所述电气数据的幅值进行调节的幅值调节(vpp_injector)子单元、用于对所述电气数据的斜率进行调节的斜率调节(ratio_injector)子单元、用于对所述电气数据的占空比进行调节的占空比调节(slope_injector)子单元、用于在所述电气数据中叠加噪声的噪声叠加(noise_injector)子单元、用于对所述电气数据进行延迟的总线延迟(delay_injector)子单元、用于对所述电气数据的帧头进行下冲调节的帧头下冲调节(downpulse_injector)子单元和用于对所述电气数据的帧尾宽度进行调节的帧尾宽度调节(ed_width_injector)子单元中的至少一个。
可以理解，在无故障注入需要时，可以进行电气数据的透传，如将幅值调节值设置为0，同时将电气数据复制存储到存储器中。
具体的，总线数据是先进入到协议层故障注入子模块注入协议层故障项，然后再进入到电气层故障注入子模块注入电气层故障项，还是，先进入到电气层故障注入子模块注入电气层故障项，然后再进入到协议层故障注入子模块注入协议层故障项，都可通过故障注入配置指令实现，即故障注入配置指令。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。