CN108009060A - 一种rs485总线故障模拟方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RS485总线故障模拟方法及装置，该方法包括：接收上位机按照故障注入序列所规定次序依次发送的故障注入策略；将故障注入序列中所有的故障注入策略所包括的故障项注入到从接收设备接收到的总线信号中，并在每次注入故障后，将注入故障项后的总线信号发送至接收设备。采用本发明的方案能够实现对被测设备的全面检测。

Description

一种RS485总线故障模拟方法及装置

技术领域

本发明涉及故障模拟技术领域，特别是涉及一种RS485总线故障模拟方法及装置。

背景技术

目前，在应对RS485总线信号故障时，采用RS485总线故障诊断方案，具体地，通过继电器等简单实现总线线路的通断等，从而实现对总线信号的简单故障注入。

发明人在对现有技术的研究过程中发现，现有的故障诊断方案仅能对RS485总线注入如通断、外部噪声等简单的故障项，无法实现对被测设备全面检测，对于定位被测设备的问题不够灵活。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种RS485总线故障模拟方法及装置，以解决现有技术中存在的问题，技术方案如下：

一种RS485总线故障模拟方法，所述方法应用于RS485总线故障模拟装置，发送设备、所述RS485总线故障模拟装置和接收设备通过所述RS485总线依次串联连接；

所述方法包括：

接收上位机按照故障注入序列所规定次序依次发送的故障注入策略；每个故障注入策略包括故障执行时长和至少一个故障项，每个故障注入策略对应电气层故障、协议层故障或物理层故障；

在接收到第一个故障注入策略时，在第一个故障注入策略所包括的故障执行时长内将第一个故障注入策略所包括的故障项不断地注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，并不断地将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备；

在接收到第二个故障注入策略且第一个故障注入策略所包括的故障项注入完成后，在第二个故障注入策略所包括的故障执行时长内将第二个故障注入策略所包括的故障项不断地注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，并不断地将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备；以此类推，将所述故障注入序列中所有的故障注入策略所包括的故障项注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，并在每次注入故障后，将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备。

优选地，所述RS485总线故障模拟装置包括第一交互单元和第二交互单元；所述RS485总线故障模拟装置通过所述第一交互单元和所述第二交互单元连接所述RS485总线故障模拟装置两端的所述RS485总线，以实现与所述发送设备和所述接收设备的通信，所述第一交互单元包括第一AD芯片，所述第二交互单元包括第二AD芯片，所述第一AD芯片和所述第二AD芯片均包括AD档和DA档，所述第一AD芯片和所述第二AD芯片初始状态时都为AD档；

当故障注入策略对应于电气层故障或协议层故障时，所述方法还包括：

利用所述第一交互单元和所述第二交互单元检测总线信号的传输方向；

当检测到总线信号的传输方向为所述第一交互单元接收总线信号时，将从所述第一交互单元接收到的总线信号缓存到所述第一交互单元对应的缓存中，并在确定所述第一交互单元完成总线信号的接收时，将所述第二AD芯片切换至DA档；

当检测到总线信号的传输方向为所述第二交互单元接收总线信号时，将从所述第二交互单元接收到的总线信号缓存到所述第二交互单元对应的缓存中，并在确定所述第二交互单元完成总线信号的接收时，将所述第一AD芯片切换至DA档；

当检测到总线信号的传输方向为所述第一交互单元和所述第二交互单元同时接收总线信号时，将从所述第一交互单元接收到的总线信号缓存到所述第一交互单元对应的缓存中，将从所述第二交互单元接收到的总线信号缓存到所述第二交互单元对应的缓存中，并在确定所述第一交互单元和所述第二交互单元完成总线信号的接收时，将所述第一AD芯片切换至DA档，将所述第二AD芯片切换至DA档；

当将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备时，将所述第一AD芯片和所述第二AD芯片恢复至初始状态。

优选地，当某一故障注入策略对应电气层故障，且该故障注入策略所包括的故障项有延时故障时；

将该故障注入策略所包括的延时故障注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，包括：

对从所述接收设备接收到的总线信号进行解帧，并同时计算从所述接收设备接收到的总线信号的高电平和低电平；

将解帧后的数据存入随机存储器中，同时将所述高电平存储至高电平先进先出存储器中，将所述低电平存储至低电平先进先出存储器中；

判断从所述接收设备接收到的总线信号是否接收完成；

从所述接收设备接收到的总线信号接收完成时，启动延时计时，并根据RS485总线故障模拟装置的时钟频率计算延时时长，当延时时长达到所述延时故障对应的延时时间时，生成数据发送标志，在数据发送标志生成后同时读取解帧后的数据、所述高电平和所述低电平，利用解帧后的数据、所述高电平和所述低电平得到延时故障注入后的总线信号。

优选地，当故障注入策略对应电气层故障或协议层故障时，所述方法还包括：

判断从所述接收设备接收到的总线信号是否满足匹配条件；

当从所述接收设备接收到的总线信号满足匹配条件时，执行将故障注入策略所包括的故障项注入从所述接收设备接收到的总线信号中的操作；

当从所述接收设备接收到的总线信号不满足匹配条件时，直接将从所述接收设备接收到的总线信号发送至所述接收设备。

优选地，所述方法还包括：

接收所述接收设备或所述发送设备发送的故障触发信号，所述故障触发信号中包括多个故障注入策略的触发指示；

将所述故障触发信号转发至所述上位机，以使所述上位机根据所述故障触发信号确定出所述故障注入序列。

一种RS485总线故障模拟装置，发送设备、所述RS485总线故障模拟装置和接收设备通过所述RS485总线依次串联连接；

所述RS485总线故障模拟装置包括：一个或多个处理器；以及，

与所述一个或多个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述一个或多个处理器执行的指令，所述指令被所述一个或多个处理器执行，以使所述一个或多个处理器能够：

接收上位机按照故障注入序列所规定次序依次发送的故障注入策略；每个故障注入策略包括故障执行时长和至少一个故障项，每个故障注入策略对应电气层故障、协议层故障或物理层故障；

在接收到第一个故障注入策略时，在第一个故障注入策略所包括的故障执行时长内将第一个故障注入策略所包括的故障项不断地注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，并不断地将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备；

在接收到第二个故障注入策略且第一个故障注入策略所包括的故障项注入完成后，在第二个故障注入策略所包括的故障执行时长内将第二个故障注入策略所包括的故障项不断地注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，并不断地将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备；以此类推，将所述故障注入序列中所有的故障注入策略所包括的故障项注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，并在每次注入故障后，将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备。

优选地，所述RS485总线故障模拟装置还包括第一交互单元和第二交互单元；所述第一交互单元包括第一AD芯片，所述第二交互单元包括第二AD芯片，所述第一AD芯片和所述第二AD芯片均包括AD档和DA档，所述第一AD芯片和所述第二AD芯片初始状态时都为AD档；所述RS485总线故障模拟装置通过所述第一交互单元和所述第二交互单元连接所述RS485总线故障模拟装置两端的所述RS485总线，以实现与所述发送设备和所述接收设备的通信；所述一个或多个处理器还能够：

当故障注入策略对应于电气层故障或协议层故障时，利用所述第一交互单元和所述第二交互单元检测总线信号的传输方向；

当检测到总线信号的传输方向为所述第一交互单元接收总线信号时，将从所述第一交互单元接收到的总线信号缓存到所述第一交互单元对应的缓存中，并在确定所述第一交互单元完成总线信号的接收时，将所述第二AD芯片切换至DA档；

当检测到总线信号的传输方向为所述第二交互单元接收总线信号时，将从所述第二交互单元接收到的总线信号缓存到所述第二交互单元对应的缓存中，并在确定所述第二交互单元完成总线信号的接收时，将所述第一AD芯片切换至DA档；

当检测到总线信号的传输方向为所述第一交互单元和所述第二交互单元同时接收总线信号时，将从所述第一交互单元接收到的总线信号缓存到所述第一交互单元对应的缓存中，将从所述第二交互单元接收到的总线信号缓存到所述第二交互单元对应的缓存中，并在确定所述第一交互单元和所述第二交互单元完成总线信号的接收时，将所述第一AD芯片切换至DA档，将所述第二AD芯片切换至DA档；

当将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备时，将所述第一AD芯片和所述第二AD芯片恢复至初始状态。

优选地，所述一个或多个处理器能够：

当某一故障注入策略对应电气层故障，且该故障注入策略所包括的故障项有延时故障时；将该故障注入策略所包括的延时故障注入到从所述接收设备接收到的总线信号中；

其中，将该故障注入策略所包括的延时故障注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，包括：

对从所述接收设备接收到的总线信号进行解帧，并同时计算从所述接收设备接收到的总线信号的高电平和低电平；

将解帧后的数据存入随机存储器中，同时将所述高电平存储至高电平先进先出存储器中，将所述低电平存储至低电平先进先出存储器中；

判断从所述接收设备接收到的总线信号是否接收完成；

从所述接收设备接收到的总线信号接收完成时，启动延时计时，并根据RS485总线故障模拟装置的时钟频率计算延时时长，当延时时长达到所述延时故障对应的延时时间时，生成数据发送标志，在数据发送标志生成后同时读取解帧后的数据、所述高电平和所述低电平，利用解帧后的数据、所述高电平和所述低电平得到延时故障注入后的总线信号。

优选地，所述一个或多个处理器还能够：

当故障注入策略对应电气层故障或协议层故障时，判断从所述接收设备接收到的总线信号是否满足匹配条件；

当从所述接收设备接收到的总线信号满足匹配条件时，执行将故障注入策略所包括的故障项注入从所述接收设备接收到的总线信号中的操作；

当从所述接收设备接收到的总线信号不满足匹配条件时，直接将从所述接收设备接收到的总线信号发送至所述接收设备。

优选地，所述一个或多个处理器还能够：

接收所述接收设备或所述发送设备发送的故障触发信号，所述故障触发信号中包括多个故障注入策略的触发指示；

将所述故障触发信号转发至所述上位机，以使所述上位机根据所述故障触发信号确定出所述故障注入序列。

本发明实施例提供的技术方案中，接收上位机按照故障注入序列所规定次序依次发送的故障注入策略；在接收到第一个故障注入策略时，在第一个故障注入策略所包括的故障执行时长内将第一个故障注入策略所包括的故障项不断地注入到从接收设备接收到的总线信号中，并不断地将注入故障项后的总线信号发送至接收设备，在接收到第二个故障注入策略且第一个故障注入策略所包括的故障项注入完成后，在第二个故障注入策略所包括的故障执行时长内将第二个故障注入策略所包括的故障项不断地注入到从接收设备接收到的总线信号中，并不断地将注入故障项后的总线信号发送至接收设备；以此类推，将故障注入序列中所有的故障注入策略所包括的故障项注入到从接收设备接收到的总线信号中，并在每次注入故障后，将注入故障项后的总线信号发送至接收设备。可见，本发明的方案可以为总线信号注入多种故障注入策略的故障项，相对于现有技术仅能对RS485总线注入如通断、外部噪声等简单的故障项而言，能够实现对被测设备(即接收设备)的全面检测，提高了对被测设备问题的定位灵活性。

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的介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种RS485总线故障模拟方法的一种流程示意图；

图2为本发明实施例所提供的一种RS485总线故障模拟方法的另一种流程示意图；

图3为本发明实施例所提供的一种RS485总线故障模拟方法的另一种流程示意图；

图4为本发明实施例所提供的一种RS485总线故障模拟装置的一种结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的一种RS485总线故障模拟装置的另一种结构示意图。

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做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。

本发明实施例提供的RS485总线故障模拟方法应用于RS485总线故障模拟装置，在执行RS485总线故障模拟方法时，发送设备、RS485总线故障模拟装置和接收设备通过RS485总线依次串联连接。该RS485总线故障模拟装置可以直接与上位机通信，接收上位机的配置，以实现对总线信号的故障注入。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种RS485总线故障模拟方法的一种实现流程图，所述方法包括：

步骤S101、接收上位机按照故障注入序列所规定次序依次发送的故障注入策略。

每个故障注入策略包括故障执行时长和至少一个故障项，每个故障注入策略对应电气层故障、协议层故障或物理层故障。

其中，物理层故障指的是断路、短路、串行阻抗、并行阻抗、串联容抗和并联容抗等故障项中一种或多种。优选地，在本发明实施例具体应用的过程中，可采用数字电位器代替串行阻抗、并行阻抗中的电阻网络，以节省硬件空间，增加灵活性。

实际应用中，断路、短路、串行阻抗、并行阻抗、串联容抗和并联容抗等故障项可以通过多种硬件电路实现，代表不同故障项的硬件电路之间可以通过开关切换，根据上位机发送的故障注入序列中的故障项控制开关切换到与之对应的硬件电路上，从而实现对故障的注入。

电气层故障指的是对总线上的总线信号完成幅值、斜率、波特率、延时、噪声等故障项注入，多种故障项可以任意组合，具体可以采用流水线处理方式。

协议层故障指的是对总线上的总线信号实现协议层数据域的替换和位故障，同时支持起始位的翻转和停止位的位宽变化，以及奇偶检验位故障，多种故障项可以任意组合，具体可以采用流水线处理方式。

上位机发送故障注入策略的动作即可以由操作人员对上位机的控制实现，也可以根据接收设备或发送设备发送的故障触发信号实现，具体地，该故障触发信号中包括多个故障注入策略的触发指示，RS485总线故障模拟装置接收到该故障触发信号后，将该故障触发信号转发至上位机，以使上位机根据故障触发信号中的触发指示确定出故障注入序列，并依次发送所确定出的故障注入序列中的故障注入策略。

步骤S102、在接收到第一个故障注入策略时，将第一个故障注入策略所包括的故障项不断地注入到从接收设备接收到的总线信号中，并将注入故障项后的总线信号发送至接收设备。

步骤S103、在接收到第二个故障注入策略且第一个故障注入策略所包括的故障项注入完成后，在第二个故障注入策略所包括的故障执行时长内将第二个故障注入策略所包括的故障项不断地注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，并不断地将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备；以此类推，将故障注入序列中所有的故障注入策略所包括的故障项注入到从接收设备接收到的总线信号中，并在每次注入故障后，将注入故障项后的总线信号发送至接收设备。

在一次RS485总线故障模拟的过程中，上位机可以为RS485总线故障模拟装置设置多个故障注入策略，上位机按顺序将多个故障注入策略配置给RS485总线故障模拟装置，当RS485总线故障模拟装置对总线上的总线信号完成一个故障注入策略的故障注入后，向上位机反馈，之后上位机向RS485总线故障模拟装置配置下一个故障注入策略，依此直至RS485总线故障模拟装置完成所有的故障注入策略的故障注入。

需要说明的是，由于电气层故障和协议层故障在注入总线信号时，需要软件处理实现，而物理层故障在处理故障时，只需借助硬件电路就可以达到故障注入的目的，所以，在注入物理层故障时，总线信号无需进入RS485总线故障模拟装置内部；在注入电气层或协议层故障时，需要采集总线信号，使得总线信号进入RS485总线故障模拟装置内部进行处理，进而实现对总线信号电气层或协议层故障的注入。

本发明实施例提供的技术方案中，接收上位机按照故障注入序列所规定次序依次发送的故障注入策略；在接收到第一个故障注入策略时，在第一个故障注入策略所包括的故障执行时长内将第一个故障注入策略所包括的故障项不断地注入到从接收设备接收到的总线信号中，并不断地将注入故障项后的总线信号发送至接收设备，在接收到第二个故障注入策略且第一个故障注入策略所包括的故障项注入完成后，在第二个故障注入策略所包括的故障执行时长内将第二故障注入策略所包括的故障项不断地注入到从接收设备接收到的总线信号中，并将注入故障项后的总线信号发送至接收设备；以此类推，将故障注入序列中所有的故障注入策略所包括的故障项注入到从接收设备接收到的总线信号中，并在每次注入故障后，将注入故障项后的总线信号发送至接收设备。可见，本发明的方案可以为总线信号注入多种故障注入策略的故障项，相对于现有技术仅能对RS485总线注入如通断、外部噪声等简单的故障项而言，能够实现对被测设备(即接收设备)的全面检测，提高了对被测设备问题的定位灵活性。

为进一步优化上述实施例，RS485总线故障模拟方法所应用的RS485总线故障模拟装置可包括第一交互单元和第二交互单元；RS485总线故障模拟装置通过第一交互单元和第二交互单元连接RS485总线故障模拟装置两端的RS485总线，以实现与发送设备和接收设备的通信，其中，这里的RS485总线故障模拟装置两端分别设置有与发送设备和接收设备连接的两个端口，第一交互单元和RS485总线故障模拟装置的一个端口连接，第二交互单元和RS485总线故障模拟装置的另一个端口连接，RS485总线故障模拟装置的两个端口分别通过RS485总线与发送设备和接收设备连接，以实现RS485总线故障模拟装置与发送设备和接收设备的通信。

第一交互单元包括第一AD芯片，第二交互单元包括第二AD芯片，第一AD芯片和第二AD芯片均包括AD档和DA档，因此，AD芯片(第一AD芯片或第二AD芯片)既可以对总线信号进行模/数转换，也可以对总线信号进行数/模转换，第一AD芯片和第二AD芯片初始状态时都为AD档。

基于上述RS85总线故障模拟装置，本发明还公开了RS85总线故障模拟方法的另一实施例，参见图2所示，该方法包括：

步骤S201、当故障注入策略对应于电气层故障或协议层故障时，利用第一交互单元和第二交互单元检测总线信号的传输方向。

步骤S202、当检测到总线信号的传输方向为第一交互单元接收总线信号时，将从第一交互单元接收到的总线信号缓存到第一交互单元对应的缓存中，并在确定第一交互单元完成总线信号的接收时，将第二AD芯片切换至DA档。

步骤S203、当检测到总线信号的传输方向为第二交互单元接收总线信号时，将从第二交互单元接收到的总线信号缓存到第二交互单元对应的缓存中，并在确定第二交互单元完成总线信号的接收时，将第一AD芯片切换至DA档。

步骤S204、当检测到总线信号的传输方向为第一交互单元和第二交互单元同时接收总线信号时，将从第一交互单元接收到的总线信号缓存到第一交互单元对应的缓存中，将从第二交互单元接收到的总线信号缓存到第二交互单元对应的缓存中，并在确定第一交互单元和第二交互单元完成总线信号的接收时，将第一AD芯片切换至DA档，将述第二AD芯片切换至DA档。

步骤S205、当将注入故障项后的总线信号发送至接收设备时，将第一AD芯片和第二AD芯片恢复至初始状态。

针对步骤S202-步骤S204的三种实现方式，步骤S205的实现具体也可通过如下三种方式实现：

对于第一种情况(对应步骤S202)，当确定第二交互单元完成对注入故障项后的总线信号的发送时，将第二AD芯片切换至AD档。

对于第二种情况(对应步骤S203)，当确定第一交互单元完成对注入故障项后的总线信号的发送时，将第一AD芯片切换至AD档。

对于第三种情况(对应步骤S204)，当确定第一交互单元和第二交互单元都完成对注入故障项后的总线信号的发送时，将第一AD芯片切换至AD档，并将第二AD芯片切换至AD档。

实际应用中，RS485总线故障模拟装置具有故障注入模式和无故障注入模式，当其处于无故障注入模式时，其作为总线的一部分连接发送设备和接收设备；当其处于故障注入模式时，根据上位机配置的不同的故障注入策略，对总线信号进行故障注入。

本发明实施例提供的技术方案中，RS485总线故障模拟装置中包括第一交互单元和第二交互单元，第一交互单元和第二交互单元可以检测总线信号的传输方向，以此实现了对半双工总线上的数据发送方和接收方的区分。

请参阅图3，图3为本发明实施例提供的一种RS485总线故障模拟方法的另一种实现流程图，本实施例以电气层故障的延时故障为例，介绍对总线信号注入延时故障的实现，具体地，所述方法包括：

步骤S301、接收上位机发送的故障注入策略；

这里的故障注入策略对应电气层故障，故障注入策略所包括的故障项有延时故障。

步骤S302、判断从接收设备接收到的总线信号是否满足匹配条件，若是，执行步骤S303，否则，执行步骤S308；

本发明实施例在对总线信号进行延时故障注入时，根据用户的需求可以仅对某些特定总线信号进行延时故障注入，以提高故障模拟的效率。需要说明的是，在实际应用中，也可不设定特定总线信号，也就是说，步骤S202是可有可无的。

步骤S303、对从接收设备接收到的总线信号进行解帧，并同时计算从接收设备接收到的总线信号的高电平和低电平；

本发明实施例中，RS485总线故障模拟装置可以通过可编程逻辑器件(FPGA，Field－Programmable Gate Array)实现，而由于FPGA的内存较小，为了尽可能提高内存利用率，本实施例并不直接存储采集的总线信号，而是先将总线信号解帧，存储解帧后的数据以及高低电平。

步骤S304、将解帧后的数据存入随机存储器中，同时将高电平存储至高电平先进先出存储器中，将低电平存储至低电平先进先出存储器中。

由于总线信号中的高低电平是周期性重复的，所以，可以不存储全部的高低电平，因此本实施例中将高低电平存储于可以溢出的FIFO(First In First Out，先进先出)存储器中，以减少对内存的占用，而将解帧后的数据存储于随机存储器中。其中，高电平存储与高电平FIFO存储器中，低电平存储与低电平FIFO存储器中。

步骤S305、判断从接收设备接收到的总线信号是否接收完成，若是，执行步骤S306。

步骤S306、启动延时计时，并根据RS485总线故障模拟装置的时钟频率计算延时时长，当延时时长达到延时故障对应的延时时间时，生成数据发送标志，在数据发送标志生成后同时读取解帧后的数据、高电平和低电平，利用解帧后的数据、高电平和低电平得到延时故障注入后的总线信号。

步骤S307、将延时故障注入后的总线信号发送至接收设备。

在执行完一次延时故障注入后，若当前时刻位于故障注入策略所包括的故障执行时长内，则继续进行上述延时故障注入的过程，直至执行延时故障的总时长等于故障延时时长。

步骤S308、直接将从接收设备接收到的总线信号发送至接收设备。

本发明实施例提供的技术方案实现的是对总线信号延时故障注入的介绍，具体地，接收上位机发送的故障注入策略，在确定总线信号满足匹配条件时，对总线信号进行解帧，并计算总线信号的高、低电平，当对总线信号接收完成后，启动延时计时，并在延时时间到后，生成数据发送标志，以根据解帧后的数据、高、低电平得到延时故障注入后的总线信号。可见，本实施例实现了对总线信号的电气层故障注入，相对于现有技术，提高了对被测设备问题的定位灵活性。

另外，在实际应用中，可将RS485总线故障模拟装置的各个功能在硬件上采用模块化设计。通过模块划分可以提高模块利用率，便于将模块移植到其他总线。如LVDS(Low-Voltage Differential Signaling，低电压差分信号)总线。例如，参见图4所示，RS485总线故障模拟装置包括：数据接收模块401，数据发送模块402，指令控制模块403，故障注入序列控制模块404和故障注入模块405。

数据接收模块401，用于实现对总线信号的接收，在接收过程中，对总线信号完成从模拟量到数字量的转换。

数据发送模块402，用于实现对故障注入后的总线信号的发送，在发送过程中，对故障注入后的总线信号完成从数字量到模拟量的转换。

指令控制模块403，用于实现与上位机中的应用软件的交互。

故障注入序列控制模块404，当上位机中应用软件通过指令控制模块403对故障注入序列控制模块404配置故障注入序列后，故障注入序列控制模块404进行故障管理。

具体地，故障注入序列控制模块404获取故障注入序列中故障注入策略对应的故障执行时序、故障项和故障执行时长，根据故障项和故障执行时长控制故障注入模块405按照故障执行时序进行故障注入；同时，故障注入序列控制模块404也可从发送设备或接收设备接收故障触发信号，然后控制故障注入模块404进行与故障触发信号对应的故障注入。其中，在故障注入序列控制模块404接收有故障触发信号时，故障注入序列控制模块404可以根据故障触发信号和故障执行时序得到新的故障执行时序，然后控制故障注入模块405按照新的故障执行时序进行故障注入。

故障注入模块405，包括数据匹配单元4051、物理层故障注入单元4052、电气层故障注入单元4053、协议层故障注入单元4054。

其中：

数据匹配单元4051，根据RS485数据帧格式定义，用户可以设定DATA域作为匹配条件对接收的总线信号进行匹配，对于完全匹配的数据帧(即总线信号)进行注入故障，不满足匹配条件的数据帧直接透传出去。

物理层故障注入单元4052，在故障注入序列控制模块404的控制下完成对断路、短路、串行阻抗、并行阻抗、串联容抗和并联容抗等故障项中一种或多种故障项的注入。优选地，在本发明具体实施的过程中，可采用数字电位器代替串行阻抗、并行阻抗中的电阻网络，节省硬件空间，增加灵活性。

电气层故障注入单元4053，在故障注入序列控制模块404的控制下完成幅值、斜率、波特率、延时、噪声等故障项注入，具体采用流水线处理方式，使得多种故障项可以任意组合。

协议层故障注入单元4054，在故障注入序列控制模块404的控制下完成对故障策略的管理，实现协议层数据域的替换和位故障，同时支持起始位的翻转和停止位的位宽变化，以及奇偶检验位故障，具体采用流水线处理方式，使得多种故障项可以任意组合。

实际应用中，RS485总线故障模拟装置还可以通过处理器与存储器共同实现，具体地，如图5所示，该RS485总线故障模拟装置包括一个或多个处理器501；以及，与所述一个或多个处理器通信连接的存储器502，其中，所述存储器502存储有可被所述一个或多个处理器501执行的指令，所述指令被所述一个或多个处理器501执行，以使所述一个或多个处理器501能够：

接收上位机按照故障注入序列所规定次序依次发送的故障注入策略；每个故障注入策略包括故障执行时长和至少一个故障项，每个故障注入策略对应电气层故障、协议层故障或物理层故障；

在接收到第一个故障注入策略时，在第一个故障注入策略所包括的故障执行时长内将第一个故障注入策略所包括的故障项不断地注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，并不断地将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备；

在接收到第二个故障注入策略且第一个故障注入策略所包括的故障项注入完成后，在第二个故障注入策略所包括的故障执行时长内将第二个故障注入策略所包括的故障项不断地注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，并不断地将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备；以此类推，将所述故障注入序列中所有的故障注入策略所包括的故障项注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，并在每次注入故障后，将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备。

优选地，所述一个或多个处理器501能够：

当某一故障注入策略对应电气层故障，且该故障注入策略所包括的故障项有延时故障时；将该故障注入策略所包括的延时故障注入到从所述接收设备接收到的总线信号中；

其中，将该故障注入策略所包括的延时故障注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，包括：

对从所述接收设备接收到的总线信号进行解帧，并同时计算从所述接收设备接收到的总线信号的高电平和低电平；

将解帧后的数据存入随机存储器中，同时将所述高电平存储至高电平先进先出存储器中，将所述低电平存储至低电平先进先出存储器中；

判断从所述接收设备接收到的总线信号是否接收完成；

从所述接收设备接收到的总线信号接收完成时，启动延时计时，并根据RS485总线故障模拟装置的时钟频率计算延时时长，当延时时长达到所述延时故障对应的延时时间时，生成数据发送标志，在数据发送标志生成后同时读取解帧后的数据、所述高电平和所述低电平，利用解帧后的数据、所述高电平和所述低电平得到延时故障注入后的总线信号。

优选地，所述RS485总线故障模拟装置还包括第一交互单元和第二交互单元；所述第一交互单元包括第一AD芯片，所述第二交互单元包括第二AD芯片，所述第一AD芯片和所述第二AD芯片均包括AD档和DA档，所述第一AD芯片和所述第二AD芯片初始状态时都为AD档；所述RS485总线故障模拟装置通过所述第一交互单元和所述第二交互单元连接所述RS485总线故障模拟装置两端的所述RS485总线，以实现与所述发送设备和所述接收设备的通信；所述一个或多个处理器501还能够：

当故障注入策略对应于电气层故障或协议层故障时，利用所述第一交互单元和所述第二交互单元检测总线信号的传输方向；

当检测到总线信号的传输方向为所述第一交互单元接收总线信号时，将从所述第一交互单元接收到的总线信号缓存到所述第一交互单元对应的缓存中，并在确定所述第一交互单元完成总线信号的接收时，将所述第二AD芯片切换至DA档；

当检测到总线信号的传输方向为所述第二交互单元接收总线信号时，将从所述第二交互单元接收到的总线信号缓存到所述第二交互单元对应的缓存中，并在确定所述第二交互单元完成总线信号的接收时，将所述第一AD芯片切换至DA档；

当检测到总线信号的传输方向为所述第一交互单元和所述第二交互单元同时接收总线信号时，将从所述第一交互单元接收到的总线信号缓存到所述第一交互单元对应的缓存中，将从所述第二交互单元接收到的总线信号缓存到所述第二交互单元对应的缓存中，并在确定所述第一交互单元和所述第二交互单元完成总线信号的接收时，将所述第一AD芯片切换至DA档，将所述第二AD芯片切换至DA档；

当将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备时，将所述第一AD芯片和所述第二AD芯片恢复至初始状态。

优选地，所述一个或多个处理器501还能够：

当故障注入策略对应电气层故障或协议层故障时，判断从所述接收设备接收到的总线信号是否满足匹配条件；

当从所述接收设备接收到的总线信号满足匹配条件时，执行将故障注入策略所包括的故障项注入从所述接收设备接收到的总线信号中的操作；

当从所述接收设备接收到的总线信号不满足匹配条件时，直接将从所述接收设备接收到的总线信号发送至所述接收设备。

优选地，所述一个或多个处理器501还能够：

接收所述接收设备或所述发送设备发送的故障触发信号，所述故障触发信号中包括多个故障注入策略的触发指示；

将所述故障触发信号转发至所述上位机，以使所述上位机根据所述故障触发信号确定出所述故障注入序列。

本实施例提供的技术方案中，应用与RS485总线故障模拟装置，该RS485总线故障模拟装置通过处理器与存储器实现，该处理器具体用于：接收上位机按照故障注入序列所规定次序依次发送的故障注入策略；在接收到第一个故障注入策略时，在第一个故障注入策略所包括的故障执行时长内将第一个故障注入策略所包括的故障项不断地注入到从接收设备接收到的总线信号中，并不断地将注入故障项后的总线信号发送至接收设备，在接收到第二个故障注入策略且第一个故障注入策略所包括的故障项注入完成后，在第二个故障注入策略所包括的故障执行时长内将第二个故障注入策略所包括的故障项不断地注入到从接收设备接收到的总线信号中，并不断地将注入故障项后的总线信号发送至接收设备；以此类推，将故障注入序列中所有的故障注入策略所包括的故障项注入到从接收设备接收到的总线信号中，并在每次注入故障后，将注入故障项后的总线信号发送至接收设备。可见，本发明的方案可以为总线信号注入多种故障注入策略的故障项，相对于现有技术仅能对RS485总线注入如通断、外部噪声等简单的故障项而言，能够实现对被测设备(即接收设备)的全面检测，提高了对被测设备问题的定位灵活性。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

对于装置或系统实施例而言，由于其基本相应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置或系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，在没有超过本发明的精神和范围内，可以通过其他的方式实现。当前的实施例只是一种示范性的例子，不应该作为限制，所给出的具体内容不应该限制本发明的目的。例如，所述单元或子单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或多个子单元结合一起。另外，多个单元可以或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

另外，所描述系统，装置和方法以及不同实施例的示意图，在不超出本发明的范围内，可以与其它系统，模块，技术或方法结合或集成。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种RS485总线故障模拟方法，其特征在于，所述方法应用于RS485总线故障模拟装置，发送设备、所述RS485总线故障模拟装置和接收设备通过所述RS485总线依次串联连接；

所述方法包括：

接收上位机按照故障注入序列所规定次序依次发送的故障注入策略；每个故障注入策略包括故障执行时长和至少一个故障项，每个故障注入策略对应电气层故障、协议层故障或物理层故障；

在接收到第一个故障注入策略时，在第一个故障注入策略所包括的故障执行时长内将第一个故障注入策略所包括的故障项不断地注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，并不断地将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备；

在接收到第二个故障注入策略且第一个故障注入策略所包括的故障项注入完成后，在第二个故障注入策略所包括的故障执行时长内将第二个故障注入策略所包括的故障项不断地注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，并不断地将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备；以此类推，将所述故障注入序列中所有的故障注入策略所包括的故障项注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，并在每次注入故障后，将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述RS485总线故障模拟装置包括第一交互单元和第二交互单元；所述RS485总线故障模拟装置通过所述第一交互单元和所述第二交互单元连接所述RS485总线故障模拟装置两端的所述RS485总线，以实现与所述发送设备和所述接收设备的通信，所述第一交互单元包括第一AD芯片，所述第二交互单元包括第二AD芯片，所述第一AD芯片和所述第二AD芯片均包括AD档和DA档，所述第一AD芯片和所述第二AD芯片初始状态时都为AD档；

当故障注入策略对应于电气层故障或协议层故障时，所述方法还包括：

利用所述第一交互单元和所述第二交互单元检测总线信号的传输方向；

当检测到总线信号的传输方向为所述第一交互单元接收总线信号时，将从所述第一交互单元接收到的总线信号缓存到所述第一交互单元对应的缓存中，并在确定所述第一交互单元完成总线信号的接收时，将所述第二AD芯片切换至DA档；

当检测到总线信号的传输方向为所述第二交互单元接收总线信号时，将从所述第二交互单元接收到的总线信号缓存到所述第二交互单元对应的缓存中，并在确定所述第二交互单元完成总线信号的接收时，将所述第一AD芯片切换至DA档；

当检测到总线信号的传输方向为所述第一交互单元和所述第二交互单元同时接收总线信号时，将从所述第一交互单元接收到的总线信号缓存到所述第一交互单元对应的缓存中，将从所述第二交互单元接收到的总线信号缓存到所述第二交互单元对应的缓存中，并在确定所述第一交互单元和所述第二交互单元完成总线信号的接收时，将所述第一AD芯片切换至DA档，将所述第二AD芯片切换至DA档；

当将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备时，将所述第一AD芯片和所述第二AD芯片恢复至初始状态。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当某一故障注入策略对应电气层故障，且该故障注入策略所包括的故障项有延时故障时；

将该故障注入策略所包括的延时故障注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，包括：

对从所述接收设备接收到的总线信号进行解帧，并同时计算从所述接收设备接收到的总线信号的高电平和低电平；

将解帧后的数据存入随机存储器中，同时将所述高电平存储至高电平先进先出存储器中，将所述低电平存储至低电平先进先出存储器中；

判断从所述接收设备接收到的总线信号是否接收完成；

从所述接收设备接收到的总线信号接收完成时，启动延时计时，并根据RS485总线故障模拟装置的时钟频率计算延时时长，当延时时长达到所述延时故障对应的延时时间时，生成数据发送标志，在数据发送标志生成后同时读取解帧后的数据、所述高电平和所述低电平，利用解帧后的数据、所述高电平和所述低电平得到延时故障注入后的总线信号。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，当故障注入策略对应电气层故障或协议层故障时，所述方法还包括：

判断从所述接收设备接收到的总线信号是否满足匹配条件；

当从所述接收设备接收到的总线信号满足匹配条件时，执行将故障注入策略所包括的故障项注入从所述接收设备接收到的总线信号中的操作；

当从所述接收设备接收到的总线信号不满足匹配条件时，直接将从所述接收设备接收到的总线信号发送至所述接收设备。

5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收所述接收设备或所述发送设备发送的故障触发信号，所述故障触发信号中包括多个故障注入策略的触发指示；

将所述故障触发信号转发至所述上位机，以使所述上位机根据所述故障触发信号确定出所述故障注入序列。

6.一种RS485总线故障模拟装置，其特征在于，发送设备、所述RS485总线故障模拟装置和接收设备通过所述RS485总线依次串联连接；

所述RS485总线故障模拟装置包括：一个或多个处理器；以及，

与所述一个或多个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述一个或多个处理器执行的指令，所述指令被所述一个或多个处理器执行，以使所述一个或多个处理器能够：

接收上位机按照故障注入序列所规定次序依次发送的故障注入策略；每个故障注入策略包括故障执行时长和至少一个故障项，每个故障注入策略对应电气层故障、协议层故障或物理层故障；

在接收到第一个故障注入策略时，在第一个故障注入策略所包括的故障执行时长内将第一个故障注入策略所包括的故障项不断地注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，并不断地将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备；

在接收到第二个故障注入策略且第一个故障注入策略所包括的故障项注入完成后，在第二个故障注入策略所包括的故障执行时长内将第二个故障注入策略所包括的故障项不断地注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，并不断地将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备；以此类推，将所述故障注入序列中所有的故障注入策略所包括的故障项注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，并在每次注入故障后，将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备。

7.根据权利要求6所述的RS485总线故障模拟装置，其特征在于，所述RS485总线故障模拟装置还包括第一交互单元和第二交互单元；所述第一交互单元包括第一AD芯片，所述第二交互单元包括第二AD芯片，所述第一AD芯片和所述第二AD芯片均包括AD档和DA档，所述第一AD芯片和所述第二AD芯片初始状态时都为AD档；所述RS485总线故障模拟装置通过所述第一交互单元和所述第二交互单元连接所述RS485总线故障模拟装置两端的所述RS485总线，以实现与所述发送设备和所述接收设备的通信；所述一个或多个处理器还能够：

当故障注入策略对应于电气层故障或协议层故障时，利用所述第一交互单元和所述第二交互单元检测总线信号的传输方向；

当检测到总线信号的传输方向为所述第一交互单元接收总线信号时，将从所述第一交互单元接收到的总线信号缓存到所述第一交互单元对应的缓存中，并在确定所述第一交互单元完成总线信号的接收时，将所述第二AD芯片切换至DA档；

当检测到总线信号的传输方向为所述第二交互单元接收总线信号时，将从所述第二交互单元接收到的总线信号缓存到所述第二交互单元对应的缓存中，并在确定所述第二交互单元完成总线信号的接收时，将所述第一AD芯片切换至DA档；

当检测到总线信号的传输方向为所述第一交互单元和所述第二交互单元同时接收总线信号时，将从所述第一交互单元接收到的总线信号缓存到所述第一交互单元对应的缓存中，将从所述第二交互单元接收到的总线信号缓存到所述第二交互单元对应的缓存中，并在确定所述第一交互单元和所述第二交互单元完成总线信号的接收时，将所述第一AD芯片切换至DA档，将所述第二AD芯片切换至DA档；

当将注入故障项后的总线信号发送至所述接收设备时，将所述第一AD芯片和所述第二AD芯片恢复至初始状态。

8.根据权利要求6所述的RS485总线故障模拟装置，其特征在于，所述一个或多个处理器能够：

当某一故障注入策略对应电气层故障，且该故障注入策略所包括的故障项有延时故障时；将该故障注入策略所包括的延时故障注入到从所述接收设备接收到的总线信号中；

其中，将该故障注入策略所包括的延时故障注入到从所述接收设备接收到的总线信号中，包括：

对从所述接收设备接收到的总线信号进行解帧，并同时计算从所述接收设备接收到的总线信号的高电平和低电平；

将解帧后的数据存入随机存储器中，同时将所述高电平存储至高电平先进先出存储器中，将所述低电平存储至低电平先进先出存储器中；

判断从所述接收设备接收到的总线信号是否接收完成；

从所述接收设备接收到的总线信号接收完成时，启动延时计时，并根据RS485总线故障模拟装置的时钟频率计算延时时长，当延时时长达到所述延时故障对应的延时时间时，生成数据发送标志，在数据发送标志生成后同时读取解帧后的数据、所述高电平和所述低电平，利用解帧后的数据、所述高电平和所述低电平得到延时故障注入后的总线信号。

9.根据权利要求6-8任一项所述的RS485总线故障模拟装置，其特征在于，所述一个或多个处理器还能够：

当故障注入策略对应电气层故障或协议层故障时，判断从所述接收设备接收到的总线信号是否满足匹配条件；

当从所述接收设备接收到的总线信号满足匹配条件时，执行将故障注入策略所包括的故障项注入从所述接收设备接收到的总线信号中的操作；

当从所述接收设备接收到的总线信号不满足匹配条件时，直接将从所述接收设备接收到的总线信号发送至所述接收设备。

10.根据权利要求6-8任一项所述的RS485总线故障模拟装置，其特征在于，所述一个或多个处理器还能够：

接收所述接收设备或所述发送设备发送的故障触发信号，所述故障触发信号中包括多个故障注入策略的触发指示；

将所述故障触发信号转发至所述上位机，以使所述上位机根据所述故障触发信号确定出所述故障注入序列。