CN103698563A - 一种1553b总线电气故障注入装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种1553B总线电气故障注入装置。其中，该装置包括固件和硬件；固件包括实时波形发生器、波形占空比调节器；硬件包括数模转换器DAC输出及信号放大电路、变压器隔离；其中，实时波形发生器，用于通过DAC输出及信号放大电路，实时产生故障信号波形；波形占空比调节器，用于调节故障信号波形的占空比；变压器隔离，用于在故障信号波形注入后释放总线。本发明用于1553B总线通信设备及系统的有效性、可靠性及可测试性验证，解决相关技术中1553B总线电气故障注入过程中存在的破坏半双工机制和不便实时更改故障信号的数字信息的问题，半双工接收不再受到影响，可实时更改故障信号的数字信息。
Description
技术领域
本发明涉及航空电子通信总线仿真测试技术领域，特别是涉及一种1553B总线电气故障注入装置。
背景技术
1553B总线指遵从美国军用标准MIL-STD-1553B的数字时分制指令/响应型多路传输总线，与之对应的我国军用标准为GJB289A-97（两标准规定内容一致）。1553B总线的通信过程由总线控制器（BC,Bus Controller）发起并采用指令-响应的应答控制机制，提供了传输可靠性保障，被广泛应用于军事、工业及科研领域特别是军用机载电子设备和航空航天电子设备的中低速率数据传输。
GJB5186是我国针对MIL-STD-1553B(GJB289A-97)总线制定的测试方法军用标准，规定了检验总线控制器（BC）、远程终端设备（RT，Remote Terminal）、总线监控器（BM，Bus Monitor）、连接器及总线系统的有效性测试方法和生产测试方法，明确规定故障注入作为检验设备及系统协议遵从性的测试手段之一。同时，随着以航空电子为代表的军工和高技术装备制造及应用对设备及系统的可测试性设计要求不断提高，在设备研制、生产、调制、验收及系统组建过程中，采用“硬件在环”故障注入的加速失效方法模拟未来系统应用过程中可能潜在的各种潜在风险，已经成为检验设备及系统可测试性设计有效性和完备性的必要措施。
1553B总线故障按类别可分为物理故障、电气故障和协议故障，其中物理故障指差分信号线的断路、短路、串行阻抗和并行阻抗变化等；电气故障包括信号幅度、波形上升/下降时间和过零时间差错等；协议故障指包括校验错误、字长错误、消息长度错误、字间隔错误、延迟错误等数据位及定时关系的故障类型。
针对电气故障注入，利用DAC（数模转换控制器）及外围放大电路产生故障波形是普遍措施，但其中也存在两个问题：其一是DAC信号通道为单向通道，即只产生信号但不能接收信号，由此导致对1553B总线半双工通信机制的破坏；其二是现行做法中电气故障注入与总线仿真分开进行，电气故障注入信号的数字信息通常需要预先给定或固化，只对波形特征进行控制，导致故障信号波形并不能切实反应实际数据传输过程中的电气故障特征。
针对相关技术中1553B总线电气故障注入过程中存在的破坏半双工机制和不便实时更改故障信号的数字信息的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中1553B总线电气故障注入过程中存在的破坏半双工机制和不便实时更改故障信号的数字信息的问题，本发明提供了一种1553B总线电气故障注入装置，用以解决上述技术问题。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种1553B总线电气故障注入装置，其中，该装置包括固件和硬件；所述固件包括实时波形发生器、波形占空比调节器；所述硬件包括（数模转换器）DAC输出及信号放大电路、变压器隔离；其中，所述实时波形发生器，用于通过所述DAC输出及信号放大电路，实时产生故障信号波形；所述波形占空比调节器，用于调节所述故障信号波形的占空比；所述变压器隔离，用于在所述故障信号波形注入后释放总线。
进一步，所述实时波形发生器，由一个带有1553B字同步头指示信号sync_word和字有效指示信号valid_word输出的1553B曼彻斯特II型编码器，及一个基于双端口RAM的信号发生器构成。
进一步，在使用前，所述实时波形发生器预先将电气波形上升沿、下降沿的量化数据地址连续地存入双口随机存储器RAM；在使用中，当发送空闲时，所述实时波形发生器读特定RAM的地址，使DAC信号中值输出；当发送忙时，所述实时波形发生器中的1553B曼彻斯特II型编码器，利用所述sync_word信号、所述valid_word信号和标准编码输出信号控制RAM读地址，所述实时波形发生器通过所述DAC输出及信号放大电路，实时产生故障信号波形。
进一步，所述波形占空比调节器，包括一个带有1553B字同步头指示信号sync_word和字有效指示信号valid_word输出的1553B标准逻辑控制器，和一个占空比控制器。
进一步，所述1553B标准逻辑控制器未进行曼彻斯特II型编码，直接将1553B数据字逻辑输出；所述占空比控制器将1553B一个位时细分为64份，利用寄存器控制信号占空比产生非标准曼彻斯特编码。
本发明提出的1553B总线电气故障注入装置，用于1553B总线通信设备及系统的有效性、可靠性及可测试性验证，特别涉及一种利用1553B曼彻斯特编码逻辑实时产生带有自定义电气特征信号波形的装置。解决了相关技术中1553B总线电气故障注入过程中存在的破坏半双工机制和不便实时更改故障信号的数字信息的问题，半双工接收不再受到影响，且可实时更改故障信号的数字信息。波形占空比调节器只改变波形信号特征，信号传输仍由上一级1553B总线通信控制器控制，不对传输的数据内容进行更改或提出具体要求。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
图1是根据本发明实施例的1553B总线电气故障注入装置的结构框图；
图2是根据本发明实施例的利用Vaild_word区分曼彻斯特编码0输出和空闲0输出两种状态的示意图；
图3是根据本发明实施例的的DAC输出、放大和变压器隔离的硬件电路连接示意图。
具体实施方式
为了解决相关技术中1553B总线电气故障注入过程中存在的破坏半双工机制和不便实时更改故障信号的数字信息的问题，本发明提供了一种1553B总线电气故障注入装置，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
本发明旨在解决现有1553B总线电气故障注入过程中存在的破坏半双工机制和不便实时更改故障信号的数字信息这两个弊端。提出了一种由1553B总线曼彻斯特编码逻辑实时产生带有自定义电气特征信号波形的装置。
图1是根据本发明实施例的1553B总线电气故障注入装置的结构框图，如图1所示，该装置包括固件和硬件；该固件包括实时波形发生器10、波形占空比调节器12；该硬件包括（数模转换器）DAC输出及信号放大电路20、变压器隔离22；其中，
实时波形发生器10，用于通过DAC输出及信号放大电路，实时产生故障信号波形。
具体地，上述实时波形发生器10，由一个带有1553B字同步头指示信号sync_word和字有效指示信号valid_word输出的1553B曼彻斯特II型编码器，及一个基于双端口RAM的信号发生器构成。
在使用前，实时波形发生器10预先将电气波形上升沿、下降沿的量化数据地址连续地存入双口随机存储器RAM；
在使用中，当发送空闲时，实时波形发生器10读特定RAM的地址，使DAC信号中值输出；当发送忙时，实时波形发生器10中的1553B曼彻斯特II型编码器，利用sync_word信号、valid_word信号和标准编码输出信号控制RAM读地址，实时波形发生器10通过DAC输出及信号放大电路，实时产生故障信号波形。
波形占空比调节器12，用于调节故障信号波形的占空比。
具体地，上述波形占空比调节器12，包括一个带有1553B字同步头指示信号sync_word和字有效指示信号valid_word输出的1553B标准逻辑控制器，和一个占空比控制器。
具体地，上述1553B标准逻辑控制器未进行曼彻斯特II型编码，直接将1553B数据字逻辑输出；上述占空比控制器将1553B一个位时细分为64份，利用寄存器控制信号占空比产生非标准曼彻斯特编码。
变压器隔离22，用于在故障信号波形注入后释放总线。
本实施例提出的电气故障注入装置，用于1553B总线通信设备及系统的有效性、可靠性及可测试性验证，特别涉及一种利用1553B曼彻斯特编码逻辑实时产生带有自定义电气特征信号波形的装置。解决了相关技术中1553B总线电气故障注入过程中存在的破坏半双工机制和不便实时更改故障信号的数字信息的问题，半双工接收不再受到影响，且可实时更改故障信号的数字信息。波形占空比调节器只改变波形信号特征，信号传输仍由上一级1553B总线通信控制器控制，不对传输的数据内容进行更改或提出具体要求。
下面通过具体实施例和附图，对本发明的技术方案进行介绍。
在本实施例中，电气故障注入装置由固件及硬件部分组成，其中固件包括一个实时波形发生器和一个波形占空比调节器，硬件包括传统的FPGA控制DAC输出及信号放大电路，并提出利用变压器隔离避免电气故障注入破坏半双工通信机制的新方法。
固件中，实时波形发生器由一个带有1553B字同步头指示信号sync_word和字有效指示信号valid_word输出的1553B曼彻斯特II型编码器及一个基于双端口RAM的信号发生器构成，在使用前，预先将电气波形上升、下降沿的量化数据地址连续地存入双口RAM，使用中，当发送空闲情况下，读特定RAM的地址使得DAC信号中值输出（DAC差分信号为0），当发送忙时，1553B曼彻斯特II型编码器利用sync_word信号、valid_word信号和标准编码输出信号（逻辑）控制RAM读地址，通过DAC实时输出信号波形。
由于发送空闲情况下DAC输出信号电平恒定，则硬件电路中变压器耦合线圈没有电流变化，从而与总线隔离，包括应答信号在内总线上其它信号不会因DAC恒定输出产生下拉，则半双工接收不再受到影响。
波形占空比调节器使用了一个带有1553B字同步头指示信号sync_word和字有效指示信号valid_word输出的1553B标准逻辑控制器和一个占空比控制器，1553B标准逻辑控制器与实时波形发生器中的1553B曼彻斯特II型编码器区别在于直接输出未进行曼彻斯特II型编码而直接将1553B数据字逻辑输出。占空比控制器将1553B一个位时细分为64份，利用寄存器控制信号占空比产生非标准曼彻斯特编码。
同样，波形占空比调节器只改变波形信号特征，信号传输仍由上一级1553B总线通信控制器控制，不对传输的数据内容进行更改或提出具体要求。
以下，分别结合基于实时波形发生器的信号波形幅度、上升/下降时间故障的产生原理和基于占空比调节器的过零时间差错产生原理对具体实施方式进行阐述。
实时波形发生器的输入信号包括16MHz时钟信号clk_16M、64MHz时钟信号clk_64M、16位数据信号D[15:0]、同步头信号Sync、曼彻斯特编码器写标志WR信号、5位上升时间配置信号rise_time[4:0]、6位波形发生器写地址addr_wr[5:0]、16位波形数据输入data_in[15:0]、波形发生器读使能en_wr、写使能en_rd；输出信号为曼彻斯特编码器读标志RD信号、忙信号Busy、以及16位DAC并行数据DAC_DATA[15:0]等。其中，曼彻斯特编码器写标志WR信号、曼彻斯特编码器读标志RD信号、忙信号Busy用于1553B总线通信控制器ip或芯片的控制信号。
实时波形发生器内部带有1553B字同步头指示信号sync_word和字有效指示信号valid_word输出的1553B曼彻斯特II型编码器根据同步头信号Sync、16位数据信号D[15:0]形成1553B总线字的曼彻斯特II型编码输出，同时利用同步头指示信号sync_word和字有效指示信号valid_word标明字的同步头位置和字有效时间区间。
由于采用差分输出，总线空闲和总线信号为0是两种不同的信号形式，利用valid word可进行有效区分。图2是根据本发明实施例的利用Vaild_word区分曼彻斯特编码0输出和空闲0输出两种状态的示意图，如图2所示，当validword=0时，始终将信号发生器RAM读指针置于复位地址，当valid word=1时，则根据曼彻斯特II型编码输出的0、1变化增减RAM读地址，产生信号边沿波形。
以波形上升/下降沿时间做16点离散拟合为例，当信号发生器采用64字16位RAM，则当valid word=0时，读地址始终为31，当valid word=1时，则曼彻斯特编码逻辑从0至1的一次变化过程RAM读地址从24依次递增至39，反之亦然，对于变化过程以外，则曼彻斯特编码逻辑0和1分别对应地址24和地址39的恒定输出。图3是根据本发明实施例的DAC输出、放大和变压器隔离的硬件电路连接示意图。FPGA控制DAC输出及信号放大电路，利用变压器隔离避免电气故障注入破坏半双工通信机制。
占空比调节器与实时波形发生器利用输入波形触发产生特定信号输出的原理相同，使用6位占空比控制信号Duty[5:0]配置曼彻斯特II型编码过零点在1个位时（1us）64等分的具体位置，产生带有过零畸变的非标准曼彻斯特II型编码。
从以上的描述中可知，本发明提出的电气故障注入装置，用于1553B总线通信设备及系统的有效性、可靠性及可测试性验证，特别涉及一种利用1553B曼彻斯特编码逻辑实时产生带有自定义电气特征信号波形的装置。解决了相关技术中1553B总线电气故障注入过程中存在的破坏半双工机制和不便实时更改故障信号的数字信息的问题，半双工接收不再受到影响，且可实时更改故障信号的数字信息。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。
Claims (5)
1.一种1553B总线电气故障注入装置，其特征在于，所述装置包括固件和硬件；所述固件包括实时波形发生器、波形占空比调节器；所述硬件包括数模转换器DAC输出及信号放大电路、变压器隔离；其中，
所述实时波形发生器，用于通过所述DAC输出及信号放大电路，实时产生故障信号波形；
所述波形占空比调节器，用于调节所述故障信号波形的占空比；
所述变压器隔离，用于在所述故障信号波形注入后释放总线。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述实时波形发生器，由一个带有1553B字同步头指示信号sync_word和字有效指示信号valid_word输出的1553B曼彻斯特II型编码器，及一个基于双端口RAM的信号发生器构成。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，
在使用前，所述实时波形发生器预先将电气波形上升沿、下降沿的量化数据地址连续地存入双口随机存储器RAM；
在使用中，当发送空闲时，所述实时波形发生器读特定RAM的地址，使DAC信号中值输出；当发送忙时，所述实时波形发生器中的1553B曼彻斯特II型编码器，利用所述sync_word信号、所述valid_word信号和标准编码输出信号控制RAM读地址，所述实时波形发生器通过所述DAC输出及信号放大电路，实时产生故障信号波形。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述波形占空比调节器，包括一个带有1553B字同步头指示信号sync_word和字有效指示信号valid_word输出的1553B标准逻辑控制器，和一个占空比控制器。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，
所述1553B标准逻辑控制器未进行曼彻斯特II型编码，直接将1553B数据字逻辑输出；
所述占空比控制器将1553B一个位时细分为64份，利用寄存器控制信号占空比产生非标准曼彻斯特编码。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140402 |