CN103248537A - 基于fc-ae-1553的混合航电系统测试仪 - Google Patents
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Abstract
基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪，涉及一种混合航电系统测试仪。它是为了解决目前无法对混合多种不同协议的航电系统进行测试的问题。它的光纤收发器用于进行光信号和电信号的相互转换；RS422/485收发器用于实现RS-422/485信号的电平转换及数据收发；FPGA用于与光纤收发器、RS422/485收发器和处理器进行数据交互；处理器的上位机信号输入或输出端与上位机的信号输出或输入端连接；处理器的1553B协议信号输入或输出端与1553B协议芯片的1553B协议信号输出或输入端连接；1553B协议芯片通过两个隔离变压器与外部1553B总结进行数据交互。本发明适用于对混合航电系统进行测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种混合航电系统测试仪。
背景技术
随着航空电子系统对数据传输速度、重量、抗干扰能力(电磁兼容性)以及信道容量方面的要求不断提升，光纤通道(Fibre Channel，FC)技术开始逐步应用于新型航电系统设计中。
光纤通道协议是美国国家标准协会(ANSI)提出的高速串行通信协议，具有高带宽、高可靠性、高传输速率、支持多种上层协议等优点。对于航空电子领域来说，基于光纤通道协议的FC-AE-1553(Fibre Channel-Avionics Environment Upper Layer ProtocolMIL-STD-1553)协议在保持光纤通道协议的全部优点的同时，继承了并扩展了1553B总线的功能，可以很好地满足航空电子系统在数据带宽、传输速率和可靠性等多方面要求，因此成为新一代航空电子总线标准的首选。
现有技术存在的问题：在新一代航空电子系统中，FC-AE-1553设备将被大量使用。由于开发人员对协议的理解不同，所采用的方案和测试方法不同，因此所研发的FC-AE-1553设备在可靠性和兼容性方面可能出现问题。同时，由于缺乏有效的测试手段和测试设备，研发人员在设备调试和维护过程中难以全面的发现设备存在的缺陷和不足，也并不知道自己所研发的设备是否符合协议标准。在构建航空电子系统时，研发人员很难得知所研发设备在相应航电系统中是否能正常工作。因此，FC-AE-1553协议设备测试仪器的研制与开发，有着迫切的应用需求以及应用意义。
此外，由于我国目前航空、航天电子系统中，符合1553B协议的设备，以及带有RS-422或RS-485接口的设备仍在使用，因此，在航电系统升级为FC-AE-1553总线互联系统后，这些协议的设备不可能会被马上替换和废止，以FC-AE-1553协议设备为主，同时包含其他协议设备的混合航空电子系统必定会成为我国航空电子系统的现实选择。
如何对此类混合总线系统中符合1553B协议、以及带有RS-422或RS-485接口的设备进行测试，也是航电系统设备测试仪器开发和研制的重点。
发明内容
本发明是为了解决目前无法对混合多种不同协议的航电系统进行测试的问题，从而提供一种基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪。
基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪，它包括处理器1、FPGA2、光纤收发器3、RS422/485收发器4、上位机接口电路5、1553B协议芯片6、两个隔离变压器7和上位机8；
光纤收发器3用于进行光信号和电信号的相互转换；RS422/485收发器4用于实现RS-422/485信号的电平转换及数据收发；
FPGA2用于与光纤收发器3进行数据交互；还用于与RS422/485收发器4进行数据交互；还用于与处理器1进行数据交互；
处理器1的上位机信号输入或输出端通过上位机接口5与上位机8的信号输出或输入端连接；
处理器1的1553B协议信号输入或输出端与1553B协议芯片6的1553B协议信号输出或输入端连接；
1553B协议芯片6通过两个隔离变压器7与外部1553B总结进行数据交互。
本发明实现了对混合多种不同协议的航电系统进行测试；本发明能够在点对点或者交换网络的拓扑结构中，按照通过性和失效性原则对FC-AE-1553协议NC和NT设备的功能进行测试；还可以作为NC或者NT设备接入待测的FC-AE-1553交换网络中，按照通过性和失效性原则对该交换网络的的功能进行测试；还可以对带有RS-422/485接口的设备功能进行测试；还可以对符合1553B协议的设备功能进行测试。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的功能示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪，它包括处理器1、FPGA2、光纤收发器3、RS422/485收发器4、上位机接口电路5、1553B协议芯片6、两个隔离变压器7和上位机8；
光纤收发器3用于进行光信号和电信号的相互转换；RS422/485收发器4用于实现RS-422/485信号的电平转换及数据收发；
FPGA2用于与光纤收发器3进行数据交互；还用于与RS422/485收发器4进行数据交互；还用于与处理器1进行数据交互；
处理器1的上位机信号输入或输出端通过上位机接口5与上位机8的信号输出或输入端连接；
处理器1的1553B协议信号输入或输出端与1553B协议芯片6的1553B协议信号输出或输入端连接；
1553B协议芯片6通过两个隔离变压器7与外部1553B总结进行数据交互。
工作原理：本发明主要由协议接口部分、协议控制部分和上位机控制软件三部分组成。
协议接口部分：包括光纤接口、1553B总线接口以及RS-422/485总线接口。光纤接口部分主要实现光纤通道协议FC-0层、FC-1层以及FC-2层的功能，即完成电/光、光/电信号转换、数据编解码、数据的收发以及流量控制等相关功能。1553B总线接口完成1553B总线协议规定的物理层的功能。RS-422/485接口完成RS-422/485信号的电平转换及数据收发功能。
协议控制部分主要有五种功能：第一是负责实现光纤协议FC-3层、FC-4层功能，即完成登录服务、链路服务并实现FC-AE-1553协议的各种功能；第二是负责实现1553B协议的相应功能；第三是实现RS-422的功能；第四是实现RS-485的功能；第五是根据上位机的相应配置，选择测试仪器的相应功能，已完成对待测设备的测试。
上位机接口完成上位机与测试仪器之间的数据传输。
上位机应用程序负责对测试仪器进行配置，根据测试需求控制测试仪器进行相应命令及数据操作，设置进行测试的项目以及具体内容，显示测试仪器的相应信息及待测设备的测试结果。
本发明能够根据确定的测试需求，对符合FC-AE-1553协议的NC设备及NT设备的功能进行测试。同时，测试仪器带有1553B协议、RS-422以及RS-485接口，可以对多种航电系统设备进行测试。基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪器对提高FC-AE-1553设备的研发速度和效率，验证FC-AE-1553设备对协议的符合程度、稳定性以及可靠性都有重要意义；并为航空电子系统的设计、仿真、测试及验证都提供了便利的条件。
测试仪器的工作过程：
仪器上电后，首先通过上位机控制软件对测试仪器进行配置，根据测试需求，设置进行测试的项目以及具体内容。
设置完成后，相应配置信息通过上位机接口写入测试仪器的相应配置寄存器，测试仪器开始工作。
测试仪器的协议控制部分根据配置寄存器的设置，进行相应的命令以及数据收发，并且将待测试设备的响应情况通过上位机接口发送给上位机。
上位机对测试仪器返回的相应内容进行处理，并给出相应的设备测试结果。
具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪的区别在于，它还包括电源电路，所述电源电路用于给处理器1、FPGA2、光纤收发器3、RS422/485收发器4、上位机接口电路5、1553B协议芯片6和两个隔离变压器7提供工作电源。
具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪的区别在于，光纤收发器3采用型号为FTLF8514P2的SFP模块实现，或者采用型号为AFBR-57M5APZ的SFP模块实现。
光纤接口由光纤收发器模块和可编程逻辑器件两部分组成，光纤收发器模块是实现光纤接口电路的重要组成部分，是实现光纤通道协议FC-0层功能的核心器件；它的主要功能是在发送时将电信号转换成光信号送入光纤中，在接收时将光纤上的光信号转换成电信号供后续电路使用和处理。在光纤收发模块中，目前应用最广的是SFP模块，它支持热插拔，方便使用者对其进行升级、维护以及更换。可以选择Finisar公司的FTLF8514P2型号SFP模块，AVAGO公司的AFBR-57M5APZ等型号的SFP模块。
具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪的区别在于，每个隔离变压器7均采用型号为PM-DB2725隔离变压器实现，或者采用型号为B3227的芯片实现。
具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪的区别在于，1553B协议芯片6采用型号为BU61580的1553B协议芯片实现。
1553B接口由隔离变压器和1553B协议芯片组成。隔离变压器可以选用HOLT公司的PM-DB2725隔离变压器或者DDC公司的B3227芯片；1553B协议芯片使用DDC公司生产的1553B协议芯片BU61580实现即可。
RS422/485接口由收发器芯片和可编程逻辑器件两部分组成。收发器芯片可以使用MAXIM公司生产的MAX422、MAX485芯片。
具体实施方式六、本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪的区别在于，RS422/485收发器4采用型号为MAX422芯片或MAX485芯片实现。
具体实施方式七、本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪的区别在于，FPGA2采用带有高速收发器的Arria II系列中EP2AGX45DF29芯片或EP2AGX125DF29芯片实现，或者采用Stratix IV系列中的EP4SGX110DF29芯片或EP4SGX230DF29芯片实现。
可编程逻辑器件主要实现光纤接口和RS422/485接口的数据收发和处理功能。可编程逻辑器件目前市场上有多种芯片可以选择。Altera公司的带有高速收发器的Arria II系列EP2AGX45DF29，EP2AGX125DF29和Stratix IV系列EP4SGX110DF29，EP4SGX230DF29都可以满足设计要求。
具体实施方式八、本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪的区别在于，处理器1采用在FPGA2中构建NIOS II软核的方式实现。
具体实施方式九、本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪的区别在于，处理器1采用PowerPC系列中的MPC8536芯片或MPC8572芯片实现；或者采用ARM系列中的S3C6410芯片或S3C2450芯片实现；或者ARM系列中的AT91SAM9200芯片或AT91SAM9263芯片实现。
协议控制部分由处理器实现。处理器可以采用在可编程逻辑器件中的软核构建，如NIOS II软核；也可以采用飞思卡尔公司的PowerPC系列MPC8536、MPC8572，三星公司的ARM系列S3C6410、S3C2450以及ATMEL公司的ARM系列AT91SAM9200、AT91SAM9263等高性能处理器芯片来实现。
测试仪器的软件分为两个部分，一部分是上位机应用程序，另一部分是处理器中运行的程序。
上位机应用程序负责对测试仪器进行配置，根据测试需求控制测试仪器进行相应操作，设置进行测试的项目以及具体内容，控制测试仪器进行指定的命令及数据操作，显示测试仪器的相应信息及待测设备的测试结果。
处理器中软件设计主要是根据上位机的配置控制测试仪器实现光纤通道协议的功能；实现1553B协议、RS-422以及RS-485接口的功能。并根据上位机配置，收发指定的命令和数据；以及向上位机发送待测仪器的测试结果。
具体实施方式十、本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪的区别在于，上位机接口电路5为PCI总线接口或者PCIe总线接口。
PCI是由Intel公司1991年推出的一种局部总线。从结构上看，PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。管理器提供了信号缓冲，使之能支持10种外设，并能在高时钟频率下保持高性能，它为显卡，声卡，网卡，MODEM等设备提供了连接接口，它的工作频率为33MHz/66MHz。
PCI是Peripheral Component Interconnect(外设部件互连标准)的缩写，它是目前个人电脑中使用最为广泛的接口，几乎所有的主板产品上都带有这种插槽。PCI插槽也是主板带有最多数量的插槽类型，在目前流行的台式机主板上，ATX结构的主板一般带有5～6个PCI插槽，而小一点的MATX主板也都带有2～3个PCI插槽，可见其应用的广泛性。PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线。管理器提供了信号缓冲，使之能支持10种外设，并能在高时钟频率下保持高性能。PCI总线也支持总线主控技术，允许智能设备在需要时取得总线控制权，以加速数据传送。
PCIe的全称为PCI-Express是最新的总线和接口标准，它原来的名称为“3GIO”，是由英特尔提出的，很明显英特尔的意思是它代表着下一代I/O接口标准。PCI Express总线支持双向传输模式和数据分通道传输模式。其中数据分通道传输模式即PCI Express总线的x1、x2、x4、x8、x12、x16和x32多通道连接，x1单向传输带宽即可达到250MB/s，双向传输带宽更能够达到500MB/s。PCI Express总线充分利用先进的点到点互连、基于交换的技术、基于包的协议来实现新的总线性能和特征。
电源管理、服务质量(QoS)、热插拔支持、数据完整性、错误处理机制等也是PCIExpress总线所支持的高级特征。
Claims (10)
1.基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪，其特征是：它包括处理器(1)、FPGA(2)、光纤收发器(3)、RS422/485收发器(4)、上位机接口电路(5)、1553B协议芯片(6)、两个隔离变压器(7)和上位机(8)；
光纤收发器(3)用于进行光信号和电信号的相互转换；RS422/485收发器(4)用于实现RS-422/485信号的电平转换及数据收发；
FPGA(2)用于与光纤收发器(3)进行数据交互；还用于与RS422/485收发器(4)进行数据交互；还用于与处理器(1)进行数据交互；
处理器(1)的上位机信号输入或输出端通过上位机接口(5)与上位机(8)的信号输出或输入端连接；
处理器(1)的1553B协议信号输入或输出端与1553B协议芯片(6)的1553B协议信号输出或输入端连接；
1553B协议芯片(6)通过两个隔离变压器(7)与外部1553B总结进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪，其特征在于它还包括电源电路，所述电源电路用于给处理器(1)、FPGA(2)、光纤收发器(3)、RS422/485收发器(4)、上位机接口电路(5)、1553B协议芯片(6)和两个隔离变压器(7)提供工作电源。
3.根据权利要求1所述的基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪，其特征在于光纤收发器(3)采用型号为FTLF8514P2的SFP模块实现，或者采用型号为AFBR-57M5APZ的SFP模块实现。
4.根据权利要求1所述的基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪，其特征在于每个隔离变压器(7)均采用型号为PM-DB2725隔离变压器实现，或者采用型号为B3227的芯片实现。
5.根据权利要求1所述的基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪，其特征在于1553B协议芯片(6)采用型号为BU61580的1553B协议芯片实现。
6.根据权利要求1所述的基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪，其特征在于RS422/485收发器(4)采用型号为MAX422芯片或MAX485芯片实现。
7.根据权利要求1所述的基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪，其特征在于FPGA(2)采用带有高速收发器的Arria II系列中EP2AGX45DF29芯片或EP2AGX125DF29芯片实现，或者采用Stratix IV系列中的EP4SGX110DF29芯片或EP4SGX230DF29芯片实现。
8.根据权利要求1所述的基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪，其特征在于处理器(1)采用在FPGA(2)中构建NIOS II软核的方式实现。
9.根据权利要求1所述的基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪，其特征在于处理器(1)采用PowerPC系列中的MPC8536芯片或MPC8572芯片实现；或者采用ARM系列中的S3C6410芯片或S3C2450芯片实现；或者ARM系列中的AT91SAM9200芯片或AT91SAM9263芯片实现。
10.根据权利要求1所述的基于FC-AE-1553的混合航电系统测试仪，其特征在于上位机接口电路(5)为PCI总线接口或者PCIe总线接口。
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