CN113067745A - 一种飞机1394b总线通信仿真测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及涉及基于特定拓扑结构的总线数据通信和仿真硬件平台领域，具体是一种飞机1394B总线通信仿真测试平台，包括作为系统运行平台的仿真计算机、与仿真计算机连接作为辅助测试的外围设备，还包括：通信平台，与仿真计算机及外围设备通过1394总线网络连接，用于采集收发双向通讯报文；扩展部分，与通信平台通过1394总线网络连接，用于满足可测试性和提高测试覆盖率增设的辅助模块，通过通信平台与1394总线网络配合搭建了一个可以测试并且可以分析1394B总线数据的平台，用于软件开发与测试应用，实现基于1394B总线的模块间信息通讯，实现了对被测试1394B总线模块的功能检测，具备了该类机总线模块的测试开发能力。
Description
技术领域
本发明涉及涉及基于特定拓扑结构的总线数据通信和仿真硬件平台领域，具体是一种飞机1394B总线通信仿真测试平台。
背景技术
机载数据总线是航空电子系统的“骨架”和“神经”，随着航空电子技术的不断发展，对机载数据总线提出了越来越高的要求，作为航空电子综合化最重要的关键技术之一，高性能的统一网络是机载数据总线发展的趋势。
1394B总线是新一代网络和总线技术，现已成为新型航空电子系统互连的首选方案，并成功应用于洛克希德-马丁公司的JSF，即美国联合战斗机项目，如有美国的F-35战机就应用了该总线技术。在国内，作为航空安全关键系统总线，也将广泛应用在飞控、航电和机电等系统上。目前已在部分机型中被广泛使用，如国内飞机飞管系统也选用了1394B总线作为其主要通信网络，航电系统则以1394B总线作为其备份总线，涉及航电专业很多机载产品，目前，飞机检修过程中，无法完成含1394B总线产品的数据通信检测，为了对后续机型修理线建设做好基础技术储备，紧跟新机型新技术的应用，开展基于机载1394B总线的软硬开发与应用技术研究，为后续该类产品的测试与维修奠定技术基础。
通过搞清1394B总线结构及工作原理，以研究IEEE Std 1394-2008串行通信总线标准和SAE AS5643(MIL-1394b)总线标准为基础，结合国内该领域的应用情况明确项目研究的协议类型；以飞机航空电子系统1394b网络为修理研究对象，分析1394b总线架构模型，确定1394b总线的仿真测试系统架构；研究1394b总线的一般故障机理及故障注入方法；结合工厂修理实际引进国内外成熟1394b总线通信网络相关模块或设备，消化吸收新技术和新设备的应用，开展新机1394b总线修理测试技术研究。结合搭建的总线框架平台，研究总线控制与传输协议，试验测总线的操作时序和工作原理；然后结合具体机载产品，选择相应的硬件模块，设计基于1394B总线接口的硬件模块；最后根据总线的传输要求和硬件的功能，基于硬件平台开展总线的软件开发与测试应用，实现基于1394B总线的模块间信息通讯。搭建航空电子1394b网络修理测试系统的设计方案，初步建立一种仿真、测试1394b协议的方法，解决工厂没有1394b网络研究测试平台和仿真技术能力的现状，为新机1394b网络的检测和修理能力提供技术支持。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种飞机1394B总线通信仿真测试平台。
一种飞机1394B总线通信仿真测试平台，包括作为系统运行平台的仿真计算机、与仿真计算机连接作为辅助测试的外围设备，还包括：
通信平台，与仿真计算机及外围设备通过1394总线网络连接，用于采集收发双向通讯报文；
扩展部分，与通信平台通过1394总线网络连接，用于满足可测试性和提高测试覆盖率增设的辅助模块。
所述的外围设备包括电源、示波器、逻辑分析仪。
所述的1394总线网络设置为用于保证某一节点出现问题或某一通信链路发生故障时不影响子系统的正常通信的环形拓扑。
所述的通信平台包括由1394节点通过1394线缆互联组成1394总线网络的1394网络通信模块、通过不同主机接口的载板与主机通信的载板、用于连接不同速率端口的总线中继设备，同时具有增强总线驱动能力，延长总线传输距离的功能的中继器、用于观察或记录总线传输数据的协议分析仪。
所述的1394网络通信模块分为飞控仿真卡和航电仿真卡两种类型，所述的飞控仿真卡分为单节点仿真卡和四节点仿真卡，所述的航电仿真卡为单节点仿真卡。
当四节点仿真卡用作CC功能时，能够使用其中三个节点模拟飞控系统中CC的通信功能，使用另外一个节点模拟CC之间互联使用的CCDL总线通信功能，同时也可以使用一个多节点仿真卡模拟同一条总线上的CC和RN进行简单通信。
当四节点仿真卡用作CC功能时，CC实现网络管理功能，RN作为子节点向CC传输远端设备的状态或执行CC发送的控制命令。
所述的1394网络通信模块包括三种速率模式：S100B，S200B，S400B，所述的1394网络通信模块的所有节点均以相同速率发送消息，同时采用总线变压器隔离方式进行隔离并增加总线驱动能力。
所述的扩展部分包括用于协议层故障注入、物理层故障注入、电气层故障注入的故障注入模块、用于测试1394通信线缆特性的线缆测试模块、用于对1394B网络通信进行规划的通信网络配置模块。
所述的线缆测试模块用于误码率测试，所述的通信网络配置模块有配置各个节点发送和接收消息的能力。
本发明的有益效果是：通过通信平台与1394总线网络配合搭建了一个可以测试并且可以分析1394B总线数据的平台，用于软件开发与测试应用，实现基于1394B总线的模块间信息通讯，实现了对被测试1394B总线模块的功能检测，具备了该类机总线模块的测试开发能力，为后续机载产品中相关总线模块测试提供了测试方法和技术支撑具有较高的经济性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的1394b总线3CC网络拓扑结构总图；
图2为本发明的1394b总线3CC网络拓扑结构分图I部分；
图3为本发明的1394b总线3CC网络拓扑结构分图II部分；
图4为本发明的单CC节点网络拓扑结构图；
图5为本发明的组成框图；
图6为本发明的飞控仿真卡的系统仿真环境整体交联示意图；
图7为本发明的航电仿真卡的系统仿真环境整体交联示意图；
图8为本发明的系统运行流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
如图1至图8所示，一种飞机1394B总线通信仿真测试平台，包括作为系统运行平台的仿真计算机、与仿真计算机连接作为辅助测试的外围设备，还包括：
通信平台，与仿真计算机及外围设备通过1394总线网络连接，用于采集收发双向通讯报文；
扩展部分，与通信平台通过1394总线网络连接，用于满足可测试性和提高测试覆盖率增设的辅助模块。
所述的外围设备包括电源、示波器、逻辑分析仪。
所述的1394总线网络设置为用于保证某一节点出现问题或某一通信链路发生故障时不影响子系统的正常通信的环形拓扑,从物理连接上考虑，还可以增加物理通信可靠性。
通过通信平台与1394总线网络配合搭建了一个可以测试并且可以分析1394B总线数据的平台，用于软件开发与测试应用，实现基于1394B总线的模块间信息通讯，实现了对被测试1394B总线模块的功能检测，具备了该类机总线模块的测试开发能力，为后续机载产品中相关总线模块测试提供了测试方法和技术支撑具有较高的经济性。
通过研究掌握了基于1394B总线协议从模块的设计与软件开发，并利用1394B总线控制台与设计开发的1394B从模块按照1394B总线协议进行数据通信，通过通讯测试验证1394B总线协议和访问机制，形成一套基于1394B总线从模块测试通讯方法。而且通过三跟了解，在后续新机中该类模块的数量将相对较多，在后续新机产品维修中将会得到进一步应用。
394b总线修理仿真测试系统完整性设计要求，根据预研的综合考虑，首先搭建单CC网络结构进行测试，逐步完善网络结构，最终实现3CC网络结构的仿真测试；异步流包是异步时间间隔内发送的类时包，异步流被应用于网络上大多数的通信，通过传输一个固定速率的STOF包，便可以实现网络同步。
系统总线数据仿真生成和测试功能实现，1394b修理仿真测试系统必须要有一个节点能够生成1394b协议数据，经电缆将数据传输到测试系统中；一个节点通过电缆从系统中监控1394b协议数据，为此，系统中设计的各个模块将是实现该功能的关键。
如图1所示，为典型的三余度Mil-1394网络拓扑结构，3个控制计算机，即CC，形成交叉通道连接，每条总线提供另外一级容错，所述的容错包括1394本身提供的CRC校验，及5643协议规定的VPC校验，实现双重容错，对于飞控仿真卡，还可增加SVPC即软件VPC的校验，加强传输数据的容错性能。
如图2所示，为单一CC的基本网络拓扑结构，3个端口均连接了RN，形成一条总线，完整的Mil-1394b网络的构成组件包括CC节点、远程即RN节点、总线管理器即BM监控节点，以及连接器、线缆类Mil-1394b附件，提供主机使用Mil-1394b网络通信服务的软硬件接口，是实现Mil-1394b网络连接的主要组建，按照在Mil-1394b网络中的角色可划分为CC、RN及BM。
线缆具有四芯导线结构，并且包括两组差分对传输线，满足110Ω的差分阻抗，线缆中两组差分对的绝缘导线，根据它们的颜色标记区分如下：
1、差分对1由一条蓝色导线和一条橙色导线；
2、差分对2由一条红色导线和一条绿色导线；
3、在蓝×橙的差分对中，蓝色导线连接一个给定端口正信号，橙色导线连接它的负信号；
4、在红×绿的差分对中，红色导线连接一个给定端口正信号，绿色导线连接它的负信号。
在连接2个1394b节点时，一个节点的一个端口的发送与另一个节点的一个端口的接收相连接，线缆的要求如表1所示：
表1线缆要求
MIL-DTL-38999 Series3连接器的外壳是A型、B型或C型，这取决于所给定的LRU或多芯连接器中的1394b端口的数目，连接器使用#22D型接触件，LRU上使用插针，机上电缆使用插孔。
MIL-DTL-38999和ARINC类型的连接器在同一个连接器中支持多个相互独立的1394b端口信号，从而增加了输入/输出信号的密度。四芯结构的连接器的插槽中包括了4各#24AWG插针，并且每个都配有全屏蔽。四芯结构的连接器可以插入ARINC规范中标准的#8插孔中或MIL-DTL-38999类型的连接器；还可以作为PCB板上的插针，将它直接焊接到PCB上。
ARINC600连接器具有#8大小的插针，并且支持四芯结构插槽的使用，表2给出了相应连接器的选择。
表2 #8插针ARINC600的连接器选择
所述的通信平台包括由1394节点通过1394线缆互联组成1394总线网络的1394网络通信模块、通过不同主机接口的载板与主机通信的载板、用于连接不同速率端口的总线中继设备，同时具有增强总线驱动能力，延长总线传输距离的功能的中继器、用于观察或记录总线传输数据的协议分析仪。
所述的1394网络通信模块分为飞控仿真卡和航电仿真卡两种类型，所述的飞控仿真卡分为单节点仿真卡和四节点仿真卡，所述的航电仿真卡为单节点仿真卡。
当四节点仿真卡用作CC功能时，能够使用其中三个节点模拟飞控系统中CC的通信功能，使用另外一个节点模拟CC之间互联使用的CCDL总线通信功能，同时也可以使用一个多节点仿真卡模拟同一条总线上的CC和RN进行简单通信。
当四节点仿真卡用作CC功能时，CC实现网络管理功能，RN作为子节点向CC传输远端设备的状态或执行CC发送的控制命令。
CC主要完成的功能包括：
1、支持S100B、S400B传输速率；
2、支持上电自检测；
3、支持异步流数据传输方式；
4、STOF包的发送；
5、支持异步流包的VPC校验字自动插入和校验。
RN模块主要完成的功能包括：
1、支持S100B、S400B传输速率；
2、支持上电自检测；
3、支持异步流数据传输方式；
4、监听STOF消息，并根据STOF消息更新发送、接收偏移；
5、支持异步流包的VPC校验字自动插入和校验；
6、支持基于消息长度、VPC和CRC的消息完整性检查。
BM模块主要完成的功能包括：
1、支持S100B、S400B传输速率；
2、支持上电自检测；
3、支持异步流数据监控并做记录；
4、监听STOF消息并做记录。
CC：主控计算机，每条总线网络中只允许有1个CC,用来向网络中广播同步包，同步所有RN节点，可向任意节点发送周期或事件消息。默认使用通道0接收数据。航电子系统中还要承担管理网络的任务。
RN：远程节点，接收CC广播的STOF包，可向CC或其它RN发送消息。预设唯一通道号接收数据，同时接收总线所有广播消息。
BM：监控节点，监控网络中所有消息，也可通过设定触发模式在特定事件发生时接收消息，还可以设置过滤模式接收特定消息。同时可对所有消息的有效性、合法性进行判断，并实时给出错误报警。
所述的1394网络通信模块包括三种速率模式：S100B，S200B，S400B，所述的1394网络通信模块的所有节点均以相同速率发送消息，同时采用总线变压器隔离方式进行隔离并增加总线驱动能力。
所述的扩展部分包括用于协议层故障注入、物理层故障注入、电气层故障注入的故障注入模块、用于测试1394通信线缆特性的线缆测试模块、用于对1394B网络通信进行规划的通信网络配置模块。
从协议层考虑，所有数据发送均采用异步流格式数据包，并使用逻辑通道号对各个基本通信单元进行寻址，保证所有节点地址不受拓扑变化的影响，同时增加VPC和SVPC类校验措施，即保证数据传输的实时性，又保证数据传输的准确性。
如图6所示，软件仿真环境界面与3节点仿真卡互相配合，1394物理层故障通过以太网发送信息给3节点仿真卡，3节点仿真卡通过1394总线与1394协议分析仪连接，1394物理层故障向工控机发送信号至需故障注入的节点。
如图7所示，软件仿真环境界面与3节点仿真卡互相配合，1394物理层故障通过以太网发送信息给单节点仿真卡，单节点仿真卡通过1394总线与1394协议分析仪连接，1394物理层故障向工控机发送信号至需故障注入的节点。
所述的线缆测试模块用于误码率测试，所述的通信网络配置模块有配置各个节点发送和接收消息的能力。
步骤S1：首先，系统初始化，将各个模块按照图进行连接，构建环形拓扑结构，检查连接无误后将系统上电，然后通过仿真计算机加载配置文件，至此，1394总线通信仿真系统初始化完成；
步骤S2：根据被测对象的总线结构，通信网络配置模块进行组网，选取飞控仿真卡或航电仿真卡进行仿真测试；
步骤S3：数据传输与处理，链路层进行总线速度协商，树标识、自标识，确定网络拓扑以及进行总线环断开，CC的节点通过驱动程序与飞控仿真卡、航电仿真卡信息交互，产生STOF数据同步总线，然后通过产生既定配置异步流包数据发送至RN，RN在接收偏移之前接收本节点的异步流消息，同时RN收到STOF包后在定义的偏移到来后，构造异步流数据发送至CC；
步骤S4：通信平台负责实时监控系统中步骤S3总线上的所有数据，并通过仿真计算机进行数据分析，用于测试系统的性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种飞机1394B总线通信仿真测试平台，包括作为系统运行平台的仿真计算机、与仿真计算机连接作为辅助测试的外围设备，其特征在于：还包括：
通信平台，与仿真计算机及外围设备通过1394总线网络连接，用于采集收发双向通讯报文；
扩展部分，与通信平台通过1394总线网络连接，用于满足可测试性和提高测试覆盖率增设的辅助模块。
2.根据权利要求1所述的一种飞机1394B总线通信仿真测试平台，其特征在于：所述的外围设备包括电源、示波器、逻辑分析仪。
3.根据权利要求1所述的一种飞机1394B总线通信仿真测试平台，其特征在于：所述的1394总线网络设置为用于保证某一节点出现问题或某一通信链路发生故障时不影响子系统的正常通信的环形拓扑。
4.根据权利要求1所述的一种飞机1394B总线通信仿真测试平台，其特征在于：所述的通信平台包括由1394节点通过1394线缆互联组成1394总线网络的1394网络通信模块、通过不同主机接口的载板与主机通信的载板、用于连接不同速率端口的总线中继设备，同时具有增强总线驱动能力，延长总线传输距离的功能的中继器、用于观察或记录总线传输数据的协议分析仪。
5.根据权利要求4所述的一种飞机1394B总线通信仿真测试平台，其特征在于：所述的1394网络通信模块分为飞控仿真卡和航电仿真卡两种类型，所述的飞控仿真卡分为单节点仿真卡和四节点仿真卡，所述的航电仿真卡为单节点仿真卡。
6.根据权利要求5所述的一种飞机1394B总线通信仿真测试平台，其特征在于：当四节点仿真卡用作CC功能时，能够使用其中三个节点模拟飞控系统中CC的通信功能，使用另外一个节点模拟CC之间互联使用的CCDL总线通信功能，同时也可以使用一个多节点仿真卡模拟同一条总线上的CC和RN进行简单通信。
7.根据权利要求5所述的一种飞机1394B总线通信仿真测试平台，其特征在于：当四节点仿真卡用作CC功能时，CC实现网络管理功能，RN作为子节点向CC传输远端设备的状态或执行CC发送的控制命令。
8.根据权利要求4所述的一种飞机1394B总线通信仿真测试平台，其特征在于：所述的1394网络通信模块包括三种速率模式：S100B，S200B，S400B，所述的1394网络通信模块的所有节点均以相同速率发送消息，同时采用总线变压器隔离方式进行隔离并增加总线驱动能力。
9.根据权利要求1所述的一种飞机1394B总线通信仿真测试平台，其特征在于：所述的扩展部分包括用于协议层故障注入、物理层故障注入、电气层故障注入的故障注入模块、用于测试1394通信线缆特性的线缆测试模块、用于对1394B网络通信进行规划的通信网络配置模块。
10.根据权利要求9所述的一种飞机1394B总线通信仿真测试平台，其特征在于：所述的线缆测试模块用于误码率测试，所述的通信网络配置模块有配置各个节点发送和接收消息的能力。
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