CN105162529A - 一种1553b总线数据故障注入装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种1553B总线数据故障注入装置，采用了双层1553B总线结构以及内外总线时序设计的方式实现了数据故障注入，实现过程不使用FPGA芯片和HDL代码，仅通过数据处理软件和1553B总线控制芯片完成，不需要更改单机内部软硬件结构，不引入额外的处理时延，具有通用性，高实时性和高灵活性的特点。

Description

一种1553B总线数据故障注入装置
技术领域
本发明涉及一种1553B总线数据故障注入装置，属于通信总线仿真以及航天器系统级故障注入技术领域。
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，BusController)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。
随着航天器系统可靠性和可测试性要求的不断提高，在航天器系统级测试过程中采用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风险和验证系统对故障的防护能力己经成为检验系统可测试性设计有效性和完备性的必要措施。1553B接口的协议复杂以及实时性要求高导致针对1553B接口的数据故障注入难以通过简单的转发设备实现。目前的1553B总线故障注入主要关注于1553B总线的电气故障和协议故障，随着1553B总线控制芯片的逐渐成熟，在系统级进行1553B总线数据故障注入的通用、便捷方法成为亟待解决的技术问题
目前常见的数据故障注入方法包括：1、通过仿真软件以修改HDL代码或处理器软件代码的方式在1553B总线控制IP核或芯片的输入端注入数据故障；2、通过故障注入平台的方式，用FPGA实现1553B协议以及数据故障模拟，即用FGPA代替1553B芯片实现故障模拟；3、采用HDL代码在FPGA上实现1553B部分协议及数据故障模拟，FGPA的输入端与1553B总线控制IP核或芯片连接，不干预1553B总线控制IP核或芯片的通信功能。前两种方法需要改变单机设备的内部软硬件结构，无法在单机封盖的情况下进行系统级故障注入，也无法全面的模拟1553B芯片的性能；第三种方法采用处理转发的方式，处理延时增加了1553B总线的指令响应时延，存在超时风险，故仅适用于部分响应时间余量充足的系统。此外，上述方法均采用人工编写代码的方式实现1553B协议，方案复杂度高，无法进行通用化设计，难以得到广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在航天器系统级测试中进行1553B接口数据故障注入的通用装置，该装置可以模拟不同单机设备的1553B总线接口数据故障，装置不使用FPGA芯片，故障模拟不增加处理时延，满足各种系统总线的实时性要求，可用于验证航天器的系统级故障防护能力。
本发明的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种1553B总线数据故障注入装置，包括两块1553B控制芯片、数据处理缓存模块、故障注入控制模块和故障用例库；
所述的1553B控制芯片为通用芯片(例如BU-61580芯片)；
通过两块1553B控制芯片搭建两级总线，并通过数据处理缓存模块实现两级总线之间的通信；两级总线分为内部总线和外部总线；
进行故障注入时，两级总线串入待测航天器系统与故障注入目标单机连接的1553B总线接口中，与故障注入目标单机连接的总线被称为内部总线，与航天器系统连接的总线称为外部总线。
数据处理缓存模块对内部总线发送指令，缓存内部总线的指令响应数据；同时接收来自外部总线的指令，并将对应的缓存数据写入外部总线1553B控制芯片；
进行故障注入时，数据处理缓存模块根据故障注入控制模块发送的故障数据和故障注入条件，在满足故障注入条件时刻将故障数据写入缓存数据中，实现1553B总线的数据故障注入。故障注入条件包括时间、帧号、字段为特定内容等，可实现在指定时间、指定帧、帧内某字段为指定内容时进行故障注入。
所述的故障注入控制模块用于控制两级总线的指令时序、故障注入条件和故障注入内容。对于外部总线上发送给故障注入目标单机的周期性指令，故障注入控制模块采用参数设置的方式获得指令字和指令周期，从而得到特定指令的到达时刻。故障注入控制模块控制数据处理缓存模块在外部总线特定指令到达之前对内部总线发起相同的指令，获得故障注入目标单机的指令响应数据并进行缓存，随后根据故障用例库的注入条件判断是否对缓存的数据进行故障注入，并控制数据处理缓存模块将缓存数据写入外部总线1553B控制芯片，等待外部总线指令到达时进行相应缓存数据的响应；上述流程实现了1553B总线数据故障注入的零处理时延。
对于外部总线上发送给故障注入目标单机的非周期性指令，通过参数设置或定时发送该指令刷新缓存数据的方式提前缓存好响应数据，并根据故障注入条件对缓存数据进行故障注入处理。
所述的故障用例库用于存放用户设置的故障序列、故障类型和故障注入条件，从而实现故障注入试验的自动化运行。故障类型包括特定比特翻转、字段错误和校验错误等；故障注入条件包括特定时刻、特定帧号、某字段为特定内容等。
本发明与现有技术相比有益效果为：
(1)本发明采用了双层1553B总线结构以及内外总线时序设计的方式实现了无延时的数据故障注入，实现过程不使用FPGA芯片和HDL代码，仅通过数据处理软件和1553B总线控制芯片完成，工程中可采用计算机和1553B接口卡的方式搭建故障注入装置，实现复杂度低，可灵活重构，通用性好。
(2)本发明的故障注入过程中不需要更改单机内部软硬件结构，不干预1553B总线控制IP核或芯片的通信功能，不引入额外的处理时延，可实现准确的高实时性数据故障注入。
附图说明
图1为实施例中1553B总线数据故障注入装置的结构组成示意图；
图2为实施例针对1553B总线RT设备进行周期性指令字数据故障注入的时序图；
图3为实施例针对1553B总线BC设备进行周期性指令字数据故障注入的时序图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，该装置包括：故障用例库、数据处理模块、两块1553B总线控制芯片和故障注入控制模块。上述模块搭建了双层1553B总线结构以及两级总线间的处理转发通信机制，并通过时序设计消除了处理转发时延。故障注入的具体实施方式如下：
实施例1
对RT设备进行故障注入
对总线上的RT设备进行数据故障注入时，故障注入设备在外部总线中作为RT设备响应BC设备发起的指令操作，在内部总线中作为BC设备对故障注入对象设备进行指令操作，以航天器遥测数据采集功能为例描述1553B数据故障注入的实施方式。
将航天器系统的遥测采集单元作为故障注入目标单机，功能为采集卫星系统内部多个设备的遥测信息，将遥测信息组帧后通过1553B总线发送给数管计算机。在该1553B总线上，遥测采集单元为RT设备，数管计算机为BC设备，其正常工作模式如为：数管计算机每500ms通过1553B总线上向遥测采集单元发送一次数据采集指令，遥测采集单元收到总线上的数据采集指令后，将之前缓存好的遥测数据帧发送到总线上，随后采集新的遥测数据并更新缓存区。
假设某时刻遥测采集单元发送的遥测数据帧的第1个字为0xEB90，对该字进行故障注入，将其改为0xEB91。
首先，按图1的连接关系将1553B总线数据故障注入装置串入遥测采集单元与航天器系统的1553B接口中，与遥测采集单元连接的总线定义为内部总线，与航天器系统连接的总线定义为外部总线。
第二，设置内外两级总线的时序关系。故障注入装置在内部总线中模拟数管计算机对遥测采集单元每500ms发送一次数据采集指令，在外部总线中模拟遥测采集单元响应数管计算机每500ms发来一次的数据采集指令。为了确保故障注入装置在收到外部总线的数据采集指令后能够立即响应，将内外两级总线上数据采集指令的时序关系设置为：内部总线在外部总线的数据采集指令到达前5ms时，故障注入装置对内部总线发送数据采集指令，并完成遥测数据的缓存，5ms后外部总线的数据采集指令到达后，故障注入装置将缓存好的遥测数据发送到外部总线上，该数据为5ms前的遥测数据，实时性满足使用要求。本实例中内外总线的时序关系如图2所示，内部总线的数据采集指令相比外部总线数据采集指令的提前时间根据航天器系统对遥测的实时性要求以及故障处理装置的处理时延确定，一般为毫秒级。
第三，设置故障用例，将故障注入条件设置为：数据帧第一个字为0xEB90；将故障注入操作设置为：将数据帧第一个字更改为0xEB91。
最后开始故障注入试验，故障注入装置通过内、外两级总线完成航天器系统和遥测采集单元之间通信数据的转发，并实时监测遥测采集单元发送的数据帧内容，当发现数据帧满足故障注入条件，即发现内部总线某一帧第一个字为0xEB90，将其更改为0xEB91后发送给外部总线，从而实现了故障注入。
实施例2
对BC设备进行故障注入
对总线上的BC设备进行数据故障注入时，故障注入设备在内部总线中作为RT设备响应故障注入目标设备发起的指令操作，在外部总线中作为BC设备对外部总线进行指令操作。以航天器遥测数据采集功能为例描述1553B数据故障注入的实施方式。
将航天器系统的数管计算机作为故障注入目标单机，功能为每500ms对遥测采集单元发送遥测数据采集指令，在该1553B总线上，遥测采集单元为RT设备，数管计算机为BC设备，其正常工作模式如为：数管计算机每500ms通过1553B总线上向遥测采集单元发送一次数据采集指令，遥测采集单元收到总线上的数据采集指令后，将之前缓存好的遥测数据帧发送到总线上，随后采集新的遥测数据并更新缓存区。
假设数管计算机发送的遥测数据采集指令的第1个字为0xEB90，在T时刻对该字进行故障注入，将其改为0xEB91。
首先，按图1的连接关系将1553B总线数据故障注入装置串入遥测采集单元与航天器系统的1553B接口中，与数管计算机连接的总线定义为内部总线，与航天器系统连接的总线定义为外部总线。
第二，设置内外两级总线的时序关系。故障注入装置在外部总线中模拟数管计算机对遥测采集单元每500ms发送一次数据采集指令，在内部总线中模拟遥测采集单元响应数管计算机每500ms发来一次的数据采集指令。为了确保故障注入装置在收到内部总线的数据采集指令后能够立即响应，将内外两级总线上数据采集指令的时序关系设置为：外部总线在内部总线的数据采集指令到达前5ms时，故障注入装置对外部总线发送数据采集指令，并完成遥测数据的缓存，5ms后内部总线的数据采集指令到达后，故障注入装置将缓存好的遥测数据发送到内部总线上，该数据为5ms前的遥测数据，实时性满足使用要求。本实例中内外总线的时序关系如图3所示，外部总线的数据采集指令相比内部总线数据采集指令的提前时间根据航天器系统对遥测的实时性要求以及故障处理装置的处理时延确定，一般为毫秒级。
第三，设置故障用例，将故障注入条件设置为：时刻为T，指令帧第一个字为0xEB90；将故障注入操作设置为：将指令帧第一个字更改为0xEB91。
最后开始故障注入试验，故障注入装置通过内、外两级总线完成航天器系统和数管计算机之间通信数据的转发，并实时监测数管计算机发送的指令帧内容，当发现数据帧满足故障注入条件，即发现当前时刻为T，且内部总线指令帧第一个字为0xEB90，将其更改为0xEB91后发送给外部总线，从而实现了故障注入。

Claims (1)

1.一种1553B总线数据故障注入装置，其特征在于：该装置包括两块1553B控制芯片、数据处理缓存模块、故障注入控制模块和故障用例库；
通过两块1553B控制芯片搭建两级总线，并通过数据处理缓存模块实现两级总线之间的通信；两级总线分为内部总线和外部总线；
两级总线串入待测航天器系统与故障注入目标单机连接的1553B总线接口中，与故障注入目标单机连接的总线被称为内部总线，与航天器系统连接的总线称为外部总线；
数据处理缓存模块对内部总线发送指令，缓存内部总线的指令响应数据；同时接收来自外部总线的指令，并将对应的缓存数据写入外部总线1553B控制芯片；
数据处理缓存模块根据故障注入控制模块发送的故障数据和故障注入条件，在满足故障注入条件时刻将故障数据写入缓存数据中，实现1553B总线的数据故障注入；
所述的故障注入控制模块用于控制两级总线的指令时序、故障注入条件和故障注入内容；对于外部总线上发送给故障注入目标单机的周期性指令，故障注入控制模块采用参数设置的方式获得指令字和指令周期，从而得到特定指令的到达时刻；故障注入控制模块控制数据处理缓存模块在外部总线特定指令到达之前对内部总线发起相同的指令，获得故障注入目标单机的指令响应数据并进行缓存，随后根据故障用例库的注入条件判断是否对缓存的数据进行故障注入，并控制数据处理缓存模块将缓存数据写入外部总线1553B控制芯片，等待外部总线指令到达时进行相应缓存数据的响应；
对于外部总线上发送给故障注入目标单机的非周期性指令，通过参数设置或定时发送该指令刷新缓存数据的方式提前缓存好响应数据，并根据故障注入条件对缓存数据进行故障注入处理；
所述的故障用例库用于存放用户设置的故障序列、故障类型和故障注入条件。
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