CN108616374B - 一种综合核心处理机的测试激励系统 - Google Patents

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Abstract

针对基于FC网络构建的ICP，提供一种不依赖于其它子系统的测试激励系统。采用仿真设备和网关设备构建测试激励系统，模拟ICP外部的FC网络接口环境，通过FC网络向ICP整机提供系统的消息激励，并通过网络控制接口获得系统的响应信息。通过捕获ICP整机测试的系统需求，结合任务系统ICD定义，设计并实现ICP的测试激励系统。本发明支持同时模拟任务系统中多个子系统功能应用，为ICP提供测试激励和响应。满足FC网络协议，并支持网络管理及时钟同步功能要求，为ICP整机黑盒测试提供支持。

Description

一种综合核心处理机的测试激励系统
技术领域
技术领域属于机载嵌入式高性能综合化计算机技术，特别是涉及一种测试激励系统。
背景技术
综合核心处理机(ICP)是一个集数据处理、信号处理和图像处理的实时分布式计算机系统，其由一系列标准模块(通用输入输出模块，通用数据处理模块，通用信号处理模块，通用数据存储模块，图形处理模块等)组成，并采用高速互连通信网络实现系统资源、信息高度共享。ICP与任务系统中其它子系统通过高速网络实现信息交互，共同完成飞机航电功能要求。例如图1中所示为基于FC网络构建的任务系统，包括头显、平显、雷达、通信导航、惯性导航、悬挂物管理等多个子系统，各系统之间通过FC网络实现互联互通。
针对ICP装机前的全功能测试，需要任务系统中其他子系统参与，提供相应的信息激励和响应，这就要求在ICP测试时开启其它所有相关的子系统设备。通常由于资源和实际现状限制，很难保证相关设备在线并保持功能完备，因此需要提供一种脱离外部真实环境并能支持ICP全功能测试的激励系统。
发明内容
本发明的目的是：针对基于FC网络构建的ICP，提供一种不依赖于其它子系统的测试激励系统。采用仿真设备和网关设备构建测试激励系统，模拟ICP外部的FC网络接口环境，通过FC网络向ICP整机提供系统的消息激励，并通过网络控制接口获得系统的响应信息。
本发明的技术方案为：
通过捕获ICP整机测试的系统需求，结合任务系统ICD定义，设计并实现ICP的测试激励系统。本发明支持同时模拟任务系统中多个子系统功能应用，为ICP提供测试激励和响应。满足FC网络协议，并支持网络管理及时钟同步功能要求，为ICP整机黑盒测试提供支持。整体架构如图2所示。
一种综合核心处理机的测试激励系统，包括仿真设备和网关设备两大部分。其中，
仿真设备：采用普通PC机模拟ICP外部指定子系统功能应用。在普通PC机上部署模拟子系统功能应用的软件，通过FC仿真卡的接收和发送消息，依据任务系统ICD定义解析消息和组织应用消息为ICP提供消息激励和响应；
网关设备：作为ICP测试激励系统的关键部件，分别连接仿真设备和ICP外部的FC光接口，实现网络消息的路由控制和转发，是通过仿真设备为ICP提供测试激励的桥梁。
所述的仿真设备包括基于FC仿真卡构建的硬件环境和模拟子系统功能应用软件两部分，其中，
硬件环境基于FC仿真卡构建，具备2路FC接口，提供与ICP相同速率的FC通信能力；
模拟子系统功能应用软件通过调用FC仿真卡驱动发送和接收数据，依据任务系统ICD格式定义为ICP产生测试激励并提供消息响应。其中，产生测试激励时，软件自动完成被模拟设备的相关设置，依据ICD定义组织应用消息内容并发送；当接收到ICP的响应时，通过网络配置获取消息源设备编号，依据ICD定义解析消息内容并作处理。
所述的网关设备通过特殊的路由控制实现m对n的端口汇聚和n到m的端口分发功能，其中，
端口汇聚将ICP对外的m个端口映射汇聚到仿真设备的n个端口；
端口分发将仿真设备的n个端口映射至ICP对外的m个端口。
所述的特殊路由控制包括汇聚路由和分发路由，其中，
汇聚路由是在通信端口依据FC帧头中目的端口，即D_ID字段，匹配PORT_ID，查询对应的汇聚端口编号并进行转发，若FC帧头中的D_ID字段为0xFFFFFF广播地址，则同时路由至所有汇聚端口；
分发路由通过在汇聚端口的输入端依据FC帧头源端口，即S_ID字段，匹配PORT_ID，查询并转发到相应的通信端口。
本发明的有益效果是：
提供一种不依赖真实环境的ICP测试激励环境。主要优点体现在：
1)脱离大系统环境，极大地降低ICP的测试成本；
2)测试系统操作简单，在单个PC机上即可完成ICP相关的功能测试；
3)可根据实际测试需求，通过配置路由表和软件实现测试环境的灵活部署，无需额外的硬件支持。
附图说明
图1为基于FC网络的任务系统示意图；
图2为ICP测试激励系统整体框图；
图3为模拟子系统功能应用软件处理过程；
图4为网关设备逻辑架构。
具体实施方式：
本发明的具体实现分为整体架构、仿真设备、网关设备三个部分。
1.整体架构
如图2描述，基于FC网络构建的一种综合核心处理机的测试激励系统包含仿真设备和网关设备两个关键部分，其中，FC网关设备作为ICP整机测试环境平台的关键部件，分别连接仿真设备和ICP外部的FC光接口，实现ICP和地面仿真设备的互联互通；仿真设备通过普通PC机模拟ICP外部指定子系统功能应用；被测试ICP为装机状态，固化了正式发布的软件和可配置组件。
2.仿真设备
采用PC机模拟任务系统中其它指定子系统，在桌面环境下模拟子系统上的功能应用，为ICP提供信号和数据激励。
1)硬件组成
仿真设备为安装了2块FC仿真卡的普通PC机，2块FC仿真卡提供2路FC光接口，具备与ICP相同速率的FC通信能力，分别连接到网关设备的汇聚端口1和2。
2)软件功能
仿真设备上部署模拟ICP外部子系统的功能软件，依据任务系统中应用消息ICD定义，为ICP的测试产生消息激励和响应。仿真设备根据测试需要，同时模拟多个子系统应用功能，极端情况下可模拟任务系统所有子系统的功能应用。
图3所示为模拟子系统功能应用软件处理过程，具体说明如下：
a.软件主体由被模拟的多个子系统功能处理单元构成，每个单元由独立的线程运行处理；
b.用户通过软件界面交互输入测试激励，启动一个或者多个子系统的功能测试；
c.接收处理单元1和接收处理单元2通过调用FC仿真卡驱动接收并初步处理应用消息；
d.接收调度单元依据接收处理单元的初步处理结果获取消息的目标子系统功能节点编号，激活对应的功能处理单元进行处理；
e.发送调度单元根据子系统功能节点编号，调度发送消息；
f.发送处理单元1和发送处理单元2依据发送调度单元的调度，通过调用FC仿真卡驱动软件发送消息。
3.网关设备
网关设备实现网络消息的路由控制和转换，具有可配置的路由表，适应不同的连接拓扑，逻辑架构如图4所示。本发明的一个实施例中实现了m＝40，n＝2的网关设备。
1)端口能力
真实环境中，ICP外部连接了头显、平显、雷达、惯导等多个子系统，共计40路FC光接口，而仿真设备只有2路FC光接口，因此网关设备实现40路到2路汇聚转换，以及2路到40路的分发路由。即网关设备至少需要具备42路FC光端口，其中40路用于连接ICP设备外部光接口，2路用于连接仿真设备。
这里从概念上将连接ICP端口的40路端口定义为“通信端口”，端口编号对应前40路(1-40)；连接仿真设备的2路端口定义为“汇聚端口”，端口编号对应后2路(1-2)。
2)输入缓冲
由于存在40路数据输入至2路数据输出的汇聚情况，在运行过程中可能会出现多端口通信碰撞的情况。考虑最坏情况下可能出现多输入端口并发通信的情况，每个输入端口均需配置独立的缓冲区。按照所连接ICP系统交换机的端口信用配置情况，每个独立的输入缓冲区设置为8个FC最长帧(8*4K)。另外，针对2路连接地面仿真设备的汇聚端口，输入缓冲区可采用VOQ+链式管理机制进行缓冲管理。因此，40路通信端口至少需要8*4K*40＝1280KB输入缓冲区存储资源，该缓冲区直接采用FPGA内部BROM资源设计和实现。
3)输出缓冲
依据FC应用消息仿真统计数据，系统运行过程中运行在FC网络的数据均衡流量大约20MBps，即2路汇聚端口需提供不小于20MBps数据输出能力，远小于FC单端口2.125Gpbs的链路通信速率。因此，在输入缓冲和高速调度单元有效的情况下，2路汇聚端口能够满足在40路数据输入的汇聚转发能力。
至于2路汇聚端口的输出缓冲，在考虑了2倍的交换调度加速比以及输入缓冲管理情况下，汇聚端口需提供2路端口独立且深度为16(调度加速比*输入缓冲区深度)个最长帧的缓冲管理能力。
4)交换调度
当需要一次性模拟多个有效子系统时，考虑极端情况下，多端口突发流量带宽会超过单端口的通信能力，针对2个汇聚端口的输出调度有可能出现短时超流量的问题。
为此，一方面通过在通信输入端配备端口独立的输入缓冲区以平滑突发通信流量；另一方面考虑提升交换调度内部加速比提高输出调度能力。依据工程经验和器件应用现状，设计上将交换调度处理能力加速比提升为输入端口的2倍，以提升多端口调度碰撞情况下的调度吞吐能力。内部高速交换调度算法采用分布式轮询调度，交换方式采用CUT-THROUGH转发机制。
5)路由控制
网关设备通过特殊的路由控制实现40路通信端口和2路汇聚端口之间的数据转发，路由如表1所示。路由表与拓扑连接相关，可根据实际需要配置，它被保存到网关设备的FLASH中，在网关设备启动后由其上软件读取并配置FPGA的路由表寄存器。FPGA上的功能逻辑依据路由规则进行消息转发。
表1网关设备路由控制表
通信端口编号 汇聚端口编号 端口标识
m(1～40) n(1～2) PORT_ID
消息的路由策略为：
1)汇聚过程
网关设备在通信端口的输入端依据FC帧头中目的端口(D_ID字段)匹配PORT_ID，查询对应的汇聚端口编号并进行转发，若FC帧头中的D_ID字段为0xFFFFFF广播地址，则同时路由至两路汇聚端口；
2)分发过程
通过在汇聚端口的输入端依据FC帧头源端口(S_ID字段)匹配PORT_ID，查询并转发至相应的通信端口。

Claims (2)

1.一种综合核心处理机的测试激励系统，其特征是，包括仿真设备和网关设备两大部分；其中，
仿真设备：采用普通PC机模拟ICP外部指定子系统功能应用；在普通PC机上部署模拟子系统功能应用的软件，通过FC仿真卡的接收和发送消息，依据任务系统ICD定义解析消息和组织应用消息为ICP提供消息激励和响应；
网关设备：作为ICP测试激励系统的关键部件，分别连接仿真设备和ICP外部的FC光接口，实现网络消息的路由控制和转发，是通过仿真设备为ICP提供测试激励的桥梁；
所述的网关设备通过特殊的路由控制实现m对n的端口汇聚和n到m的端口分发功能，其中，端口汇聚将ICP对外的m个端口映射汇聚到仿真设备的n个端口；
端口分发将仿真设备的n个端口映射至ICP对外的m个端口；
所述的特殊路由控制包括汇聚路由和分发路由，其中，
汇聚路由是在通信端口依据FC帧头中目的端口，即D_ID字段，匹配PORT_ID，查询对应的汇聚端口编号并进行转发，若FC帧头中的D_ID字段为0xFFFFFF广播地址，则同时路由至所有汇聚端口；
分发路由通过在汇聚端口的输入端依据FC帧头源端口，即S_ID字段，匹配PORT_ID，查询并转发到相应的通信端口。
2.如权利要求1所述的一种综合核心处理机的测试激励系统，其特征是，所述的仿真设备包括基于FC仿真卡构建的硬件环境和模拟子系统功能应用软件两部分，其中，
硬件环境基于FC仿真卡构建，具备2路FC接口，提供与ICP相同速率的FC通信能力；
模拟子系统功能应用软件通过调用FC仿真卡驱动发送和接收数据，依据任务系统ICD格式定义为ICP产生测试激励并提供消息响应；其中，产生测试激励时，软件自动完成被模拟设备的相关设置，依据ICD定义组织应用消息内容并发送；当接收到ICP的响应时，通过网络配置获取消息源设备编号，依据ICD定义解析消息内容并作处理。
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航电系统综合核心处理机研究与实现;何立军，解文涛，俞大磊，石海洋;《电脑知识与技术》;20150331;第11卷(第8期);全文 *

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