CN205301911U - 一种嵌入式故障注入控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了种嵌入式故障注入控制系统，该系统连接于被试产品的SRU级模块与被试产品的背板总线之间，该系统包括：一总线接口模块，该总线接口模块接收背板总线信号以及该SRU级模块发出的内部信号；一核心控制模块，根据该总线接口模块输出的该内部信号或该背板总线信号产生故障模拟信号并传送至该总线接口模块，由该总线接口模块传输至该SRU级模块以进行故障注入；其中，该核心控制模块通过标准输入输出接口与该总线接口模块相连接。通过本实用新型的上述技术方案，可提高板级总线故障注入的通用性、移植性。同时，可以模拟内部信号故障以及外部信号故障，便于进行故障注入。

Description

一种嵌入式故障注入控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种电子系统测试装置，特别是涉及一种嵌入式故障注入控制系统。

背景技术

故障注入技术是开展测试性验证试验的核心技术手段，目前，故障注入的方法通常有：外部总线故障注入、背板总线故障注入、探针故障注入、软件故障注入、硬件电路测试等，不同方法适用于不同类型的故障模式的模拟。

该外部总线故障注入是将故障注入设备串联到被测设备与其交联设备之间，截取外部总线信号并根据故障模拟的需要进行篡改，然后输入到被测设备中，模拟被测设备的外部总线信号故障。

该背板总线故障注入是针对被测产品的内部总线类型和通信协议，设计与其匹配的背板故障注入设备，将故障注入设备嵌入到被测集成电路板和背板的总线接口之间，对被测集成电路的输入输出信号进行篡改，模拟背板总线信号的故障。

该硬件电路测试是在电子设备的硬件设计中，很大一部分电路是用于特殊情况下的故障诊断、异常处理、设计冗余和电气保护，这部分电路的测试在正常情况状态下无法工作，就需要通过故障注入创造对应电路工作需要的特殊条件。例如，对于一个模拟量的输入接口，要设计瞬间高压保护电路，在单元测试时就需要产生对应的信号以确认该电路是否工作，以评估其保护能力。

而SRU级产品的故障注入是测试性试验的技术瓶颈之一，很多SRU级的故障模式无法验证，或者只能通过破坏性的手段来实现，现有的背板总线故障注入设备也存在专用性强，难以移植的缺陷。

嵌入式故障注入技术是故障注入模块嵌入至被测系统，监控被测系统信号流，适时模拟故障信号并注入被测系统，模拟SRU级产品的故障模式。嵌入式故障注入的方式具有模拟故障模式范围广、对被测产品影响小、安全性强、易操作等特点。但同时因为涉及信号、总线类型复杂、信号实时性、完整性要求高，通用性较差，技术实现难度大。

则目前技术存在缺点如下：

(一)背板总线故障注入通用性差、研制成本大

目前背板总线故障注入采用的技术决定了必须针对不同的被测产品、不同的总线类型进行针对性的设计，开发不同的背板故障注入设备。这导致工程使用中较高的研制成本和较长的研制周期。

(二)现有背板总线故障注入无法模拟外部信号故障

现有背板总线故障注入是针对产品LBE、PCI等内部总线进行设计，直接作用在内部总线上。而实际工程中需要从产品内部改变由外部输入的总线信号或离散信号。

(三)外部总线故障注入无法准确模拟内部信号故障

现有外部总线故障注入设备是在被测产品外部改变信号特性后，再输入到被测产品中。部分经篡改的故障信号会在信号输入端被自动修正或滤除，导致无法注入期望的故障信号。必须从产品内部对外部输入的信号新篡改和故障注入。

发明内容

本实用新型用于解决以往板级总线故障注入难移植、通用性差的问题。

本实用新型公开了一种嵌入式故障注入控制系统，该系统连接于被试产品的SRU级模块与被试产品的背板总线之间，该系统包括：

一总线接口模块，该总线接口模块接收背板总线信号以及该SRU级模块发出的内部信号；

一核心控制模块，根据该总线接口模块输出的该内部信号或该背板总线信号产生故障模拟信号并传送至该总线接口模块，由该总线接口模块传输至该SRU级模块以进行故障注入；

其中，该核心控制模块通过标准输入输出接口与该总线接口模块相连接。

该核心控制模块包括：DSP微处理器、第一逻辑控制器、A/D数据采集模块、D/A数模转换模块、离散量输入输出模块、多路模拟开关矩阵、信号预处理模块、采样保持模块、驱动放大模块以及光电隔离模块；

该DSP微处理器与该第一逻辑控制器连接，该第一逻辑控制器分别与该A/D数据采集模块、D/A数模转换模块、离散量输入输出模块连接，该A/D数据采集模块、D/A数模转换模块、离散量输入输出模块分别与该多路模拟开关矩阵连接，该采样保持模块、驱动放大模块以及光电隔离模块分别与该多路模拟开关矩阵连接，该信号预处理模块与该采样保持模块连接。

该核心控制模块还包括：第二逻辑控制器以及总线故障注入模块，该核心控制模块还包括ADFX总线控制器、1553B总线控制器、ARINC429总线控制器、RS422总线控制器中的一种或多种；

该第二逻辑控制器分别与该DSP微处理器、总线故障注入模块连接，该总线故障注入模块与该ADFX总线控制器、1553B总线控制器、ARINC429总线控制器、RS422总线控制器连接。

该核心控制模块通过栈接的方式与该总线接口模块连接。

该核心控制模块与一人机交互终端连接。

该核心控制模块还包括同步通讯模块、显控模块和电源模块。

该总线接口模块包括：ADFX总线接口模块、1553B总线接口模块、ARINC429总线接口模块、RS422总线接口模块中的一种或几种。

该1553B总线接口模块进一步包括：总线逻辑控制芯片、桥接芯片、1553B收发器，该总线逻辑控制芯片分别与该桥接芯片、1553B收发器连接，该桥接芯片与该核心控制模块连接，

该总线逻辑控制芯片进一步包括：1553B协议控制器、DMA传输控制模块、本地总线寄存器、内部RAM、AD采集控制模块、本地总线控制逻辑模块。

该1553B总线接口模块进一步包括：信号调理模块以及A/D转换器，该信号调理模块连接该1553B收发器以及该A/D转换器，该A/D转换器连接该总线逻辑控制芯片。

该ARINC429总线接口模块包括：总线逻辑控制芯片以及两个429数据收发单元，该总线逻辑控制芯片与该核心控制单元连接，该两组429数据收发单元与该SRU级模块连接，该429数据收发单元包括DEI1016/BD429芯片组。

通过本实用新型的上述技术方案，可提高板级总线故障注入的通用性、移植性。同时，可以模拟内部信号故障以及外部信号故障，便于进行故障注入。

附图说明

图1、2所示为本实用新型的嵌入式故障注入控制系统的结构示意图。

图3所示为核心控制模块的结构示意图。

图4所示为1553B总线接口模块的结构示意图。

图5所示为ARINC429总线接口模块的结构示意图。

图6所示为人机交互控制终端所加载的软件的基本架构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例，详细描述本实用新型的实现方式，但不作为对本实用新型的限制。

本实用新型用于提供一种嵌入式故障注入控制系统，用以解决以往板级总线故障注入难移植、通用性差的问题。

如图1、2所示为本实用新型的嵌入式故障注入控制系统的结构示意图。嵌入式故障注入控制系统10用于对受试产品的SRU级模块进行故障注入。嵌入式故障注入控制系统10包括核心控制模块101和总线接口模块102。该核心控制模块101是整个嵌入式故障注入控制系统的核心控制部件，由它来控制整个系统工作。该总线接口模块102用于在受试产品交联的背板总线与受试产品的SRU级模块之间建立信号交互通道。该核心控制模块101嵌入安装在总线接口模块102上，以监控SRU级模块的信号流，适时模拟故障信号并注入SRU级模块中，以模拟SRU级产品的故障模式。该核心控制模块101采用标准化、模块化的设计，特别是，该核心控制模块101可通过标准输入输出接口103与该总线接口模块102连接，以提高通用性。并且，为了适应不同受试产品的测试性验证的需要，该核心控制模块101可通过其内部的构造而分别实现对各类航电总线信号的故障注入控制，该总线接口模块102可对应设计为多种类型，以分别与该核心控制模块101所能控制的航电总线信号相匹配，即，为所述各类航电总线信号提供传输服务。则该核心控制模块101可以借助该标准输入输出接口103，用栈接的方式与不同的总线接口控制模块连接，进而构建专用SRU级信号故障注入环境。

具体来说，该嵌入式故障注入控制系统可模拟各类航空电子总线、I/O、A/D、D/A的信号物理隔离、信号延时、误码、转换错误等故障模式。

其中，该核心控制模块101可同时处理各类航空电子总线，例如ARINC429、RS422、RS232、1553B等信号，完成数据缓存、修改输出等。另外，核心控制模块101还向用户提供丰富的I/O、A/D和D/A资源，可对总线接口控制输入的离散量、I/O、模拟量信号实施故障注入。

且受试产品的内部总线、离散量、I/O等信号经过接口控制模块预处理，送至核心控制模块101进行运算处理，并由核心控制模块101实施故障注入控制。该核心控制模块101输出的故障模拟信号同样由总线接口模块102传输至SRU模块，完成故障注入过程。

该核心控制模块101还与一人机交互控制终端104连接，该人机交互控制终端104可通过运行一人机交互软件系统，进行系统资源配置，控制故障注入时机和持续时间等。该人机交互控制终端是系统人机界面和系统控制软件部署单元，可为高性能的工控机或便携式计算机。

如图3所示为核心控制模块的结构示意图。

该核心控制模块101包括：DSP微处理器、第一逻辑控制器、A/D数据采集模块、D/A数模转换模块、离散量输入输出模块、多路模拟开关矩阵、信号预处理模块、采样保持模块、驱动放大模块以及光电隔离模块。

该DSP微处理器与该第一逻辑控制器连接，该第一逻辑控制器分别与该A/D数据采集模块、D/A数模转换模块、离散量输入输出模块连接，该A/D数据采集模块、D/A数模转换模块、离散量输入输出模块分别与该多路模拟开关矩阵连接，该采样保持模块、驱动放大模块以及光电隔离模块分别与该多路模拟开关矩阵连接，该信号预处理模块与该采样保持模块连接。

该第一逻辑控制器可为一第一FPGA控制器。第一逻辑控制器主要用于完成控制A/D数据采集、离散量信号输入输出控制、D/A输出等类型信号故障注入、状态监控等功能。

当由总线接口模块102输入离散量信号时，该离散量信号由该嵌入在该总线接口模块102上的核心控制模块101获取，随即通过该光电隔离模块进行光电隔离处理，随后通过该多路模拟开关矩阵而被传送至该离散量输入输出模块，进而被传送至该第一逻辑控制器，第一逻辑控制器据以进行计算后，输出故障模拟信号，仍经由离散量输入输出模块、多路模拟开关矩阵被传送至该总线接口模块102，并注入该SRU级模块，以进行故障注入。

当由总线接口模块102输入模拟信号时，该模拟信号由该嵌入在该总线接口模块102上的核心控制模块101获取，随即通过该信号预处理模块进行信号预处理，并由该采样保持模块进行采样保持，随后通过该多路模拟开关矩阵而被传送至该A/D数据采集模块，进行A/D转换并进行数据采集，采集到的数据被传送至该第一逻辑控制器，第一逻辑控制器据以进行计算后，输出故障模拟信号，经由D/A数模转换模块转换为模拟信号，通过多路模拟开关矩阵之后，由驱动放大模块进行驱动放大，随后，该故障模拟信号被注入该SRU级模块，以进行故障注入。

通过核心控制模块101的上述结构，可以准确模拟内部信号故障，便于进行内部信号的故障注入。

该核心控制模块101还包括：第二逻辑控制器、总线故障注入模块。除此之外，该核心控制模块还可包括各种总线控制器，以适应不同的背板总线的类型。具体来说，可以包括ADFX总线控制器、1553B总线控制器、ARINC429总线控制器、RS422总线控制器中的一种或多种。由于该核心控制模块包括该多种总线控制器，故而，可通过该标准输入输出接口而连接于与各种总线适配的总线接口模块中，进而提高通用性。

该第二逻辑控制器分别与该DSP微处理器、总线故障注入模块连接，该总线故障注入模块与总线控制器连接，也就是说，与所设置的该ADFX总线控制器、1553B总线控制器、ARINC429总线控制器、RS422总线控制器中的一种或多种连接。

当由总线接口模块102输入一总线信号时，该总线信号由该嵌入在该总线接口模块102上的核心控制模块101获取，随即由核心控制模块101中对应类型的总线控制器获取，也就是说，如果总线信号为1553B总线信号，则由1553B总线控制器进行预处理，送至该第二逻辑控制器进行运算处理后，输出故障模拟信号，经由该总线故障注入模块进行故障注入处理后，由1553B总线控制器传输并注入该SRU级模块，以进行故障注入。其他类型的总线信号的处理方式也类似。

该第二逻辑控制器可为一第二FPGA控制器。该第二逻辑控制器主要用于完成ARINC429、RS422、1553B和ADFX等航空电子总线故障注入的控制。第一、第二逻辑控制器在该DSP微处理器的控制下工作。

通过核心控制模块101的上述结构，可以模拟外部信号故障，便于进行外部信号的故障注入。

该核心控制模块还包括同步通讯模块、显控模块和电源模块。利用该同步通讯模块可与该人机交互控制终端104进行通讯连接，传输该人机交互控制终端104输出的控制指令，配合完成显示系统状态，进行人机交互操作。

该核心控制模块配合该人机交互控制终端104协同操作，可以支持故障注入的信号类型：ARINC429、RS422、RS232、1553B、离散量。支持的故障注入类型包括：物理隔离、信号延时、误码、转换错误。故障注入的响应时间的指标为小于40ns，故障判断信号为控制信号+地址信号，故障模式设置为更改/替换/延迟，故障设置缓存为4Sets。

如图4所示为1553B总线接口模块的结构示意图。

该1553B总线接口模块进一步包括：总线逻辑控制芯片、桥接芯片、1553B收发器、隔离变压器，该总线逻辑控制芯片分别与该桥接芯片、1553B收发器连接，该桥接芯片与该核心控制模块的标准输入输出接口连接，该总线逻辑控制芯片进一步包括：1553B协议控制器、DMA传输控制模块、本地总线寄存器、内部RAM、AD采集控制模块、本地总线控制逻辑模块。

该总线逻辑控制芯片为一FPGA芯片，具体可选用ALTERA公司EP2C35芯片，以完成1553B总线协议控制、1553B总线数据收发、冗余策略配置实现、桥接芯片PCI总线-本地总线的控制转换、PCIDMA传输控制、AD转换器采集控制、数据缓存等功能。1553B协议控制器集成在FPGA芯片中，支持BC、RT、BM和RT/BM模式，能够完成1553B总线规定的BC-RT、RT-RT、BC广播、RT广播、方式指令的传输，能够进行同步头错、校验错、字长错、状态错等物理故障注入的功能。

该1553B总线接口模块可与两条总线1553B-A、1553B-B进行连接，其中一条作为冗余通道，一条作为正式传送数据的通道。为了提高数据传输率，被试产品的主机通过PCI总线的slave模式对1553B总线接口模块进行配置，1553B总线接口模块收发的数据由FPGA芯片通过PCI总线的master模式进行传输；1553B冗余通道的选取由被试产品的主机进行配置，可以设置从1553B-A总线或1553B-B总线发送接收数据，以及发生错误时从1553B-A总线或1553B-B总线重传。需传送至FPGA芯片的数据经隔离变压器处理后，经1553B收发器传送至该FPGA芯片，由该FPGA芯片进行预处理后经桥接芯片发送至该核心控制模块标准输入输出接口。相应的，从核心控制模块传来的故障模拟信号也经过FPGA芯片以及1553B收发器发送至SRU级模块进行故障注入。

在另一实施例中，该1553B总线接口模块还可包括信号调理模块和A/D转换器。该信号调理模块连接至该1553B收发器以及该A/D转换器。该信号调理模块用于实现模拟信号的放大、衰减、带宽限制、滤波等功能。该AD转换器用于进行模数转换，还可以设置采样速率、触发条件、采样通道等，采样速率默认为10MHz。对于总线中所传来的模拟信号，可经过调理模块和A/D转换器分别处理后，传送至该FPGA芯片，以传输至该核心控制模块以生成模拟故障信号。

如图5所示为ARINC429总线接口模块的结构示意图。

ARINC429总线接口模块包括总线逻辑控制芯片以及两组429数据收发单元，该总线逻辑控制芯片与该核心控制单元连接，该两组429数据收发单元与该SRU级模块连接。

每个429数据收发单元包括两个数据接收通道和一个数据发送通道。第一429数据收发单元包括数据接收通道RX_1、RX_2，数据发送通道TX_1。第二429数据收发单元包括数据接收通道RX_3、RX_4，数据发送通道TX_2。

每个429数据收发单元的传输速度可根据实际需要设定为高速或低速。可选择系统中断或查询方式进行数据接收，数据读写方便灵活。

ARINC429总线接口模块通过16位总线与外部进行数据交换。在两组429数据收发单元和核心控制模块标准输入输出接口之间通过总线逻辑控制芯片，也就是FPGA芯片，分别为每个数据收发通道，也就是2个数据发送通道、4个数据接收通道共六个通道提供1Kbyte(512×16bit)的FIFO，提高了数据收发的吞吐和处理能力。该FPGA芯片例如可采用型号XC3S200AN。

图5中，采用DEI1016/BD429芯片组构建ARINC429总线通讯模块，以提供高效可靠的通信平台。具体来说，ARINC429总线接口模块为了建立该数据接收通道和数据发送通道，设置有两个DEI1016/BD429芯片组，每个芯片组分别有两个数据接收通道和一个数据发送通道。

FPGA芯片中的6个FIFO单元和核心控制模块的标准输入输出接口之间共享一组16位的数据总线SD[15：0]和一组16位的地址总线SA[15：0]。通过对地址总线的译码，实现对不同通道的操作。六个通道可以同时独立工作。其他总线以及离散量、AD、DA等信号的接口电路亦可比照图5所公开的技术方案，根据资源和受试产品需要进行设计。

为了配合核心控制模块101和总线接口模块102的操作，并且实现可视化，该人机交互控制终端104可运行软件中间件和系统应用软件，如图6所示为人机交互控制终端104所加载的软件的基本架构示意图。

软件中间件由两部分组成，包括总线测试管理模块和总线测试数据库。系统应用软件分别安装在核心控制模块和人机交互控制终端104上。

该总线测试管理模块主要功能在于：

1)与一配置监测设备通过以太网进行通信，接收配置监测设备的系统配置及仿真用例注入，接收本机测试脚本的录入，并按照指令或脚本分别对本地的相关设备进行配置；

2)根据测试内容，调用各航空总线的驱动程序，操作各总线接口模块完成总线测试；

3)在测试完成后，通过以太网将所有通信数据的历史记录发送给配置监测设备端软件。

该总线测试数据库采用SQL数据库实现，其主要功能在于：

1)存储总线接口驱动程序接收的报文；

2)存储模拟量采集驱动程序采集的实时总线信号。

该系统应用软件包括故障注入模块、状态采集分析模块，总线处理模块和数据查询模块，均为现有技术中的常用软件模块。

该故障注入模块用于完成ARINC429、RS422、1553B、ARINC659和ADFX等多种航空电子总线信号、离散量、IO、AD、DA等信号的故障设置，主要包括物理隔离、信号延时、误码、转换错误等故障模式。

该状态采集分析模块用于完成对各总线及被监控信号物理波形进行实时显示、存储等功能。

该总线处理模块用于完成对总线协议消息进行设置、显示、编辑等功能。

该数据查询模块用于根据用户指定的时间段，完成对该时间段内物理波形数据和总线协议消息数据从数据库中读取并显示，供用户进行分析和判断。

上述人机交互控制终端104所加载的软件可以本领域的常用软件实现手段来实现。

通过本实用新型的上述技术方案，可提高板级总线故障注入的通用性、移植性。同时，可以模拟内部信号故障以及外部信号故障，便于进行故障注入。

上述技术方案的说明只是用于帮助本领域的技术人员理解本实用新型的核心技术思想，具体保护范围依后附权利要求书所限定为准，本领域的技术人员依据本实用新型的技术思想所做的明显变更以及等效修改，仍属于本实用新型的权利要求书所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种嵌入式故障注入控制系统，其特征在于，该系统连接于被试产品的SRU级模块与被试产品的背板总线之间，该系统包括：

一总线接口模块，该总线接口模块接收背板总线信号以及该SRU级模块发出的内部信号；

一核心控制模块，根据该总线接口模块输出的该内部信号或该背板总线信号产生故障模拟信号并传送至该总线接口模块，由该总线接口模块传输至该SRU级模块以进行故障注入；

其中，该核心控制模块通过标准输入输出接口与该总线接口模块相连接。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该核心控制模块包括：DSP微处理器、第一逻辑控制器、A/D数据采集模块、D/A数模转换模块、离散量输入输出模块、多路模拟开关矩阵、信号预处理模块、采样保持模块、驱动放大模块以及光电隔离模块；

该DSP微处理器与该第一逻辑控制器连接，该第一逻辑控制器分别与该A/D数据采集模块、D/A数模转换模块、离散量输入输出模块连接，该A/D数据采集模块、D/A数模转换模块、离散量输入输出模块分别与该多路模拟开关矩阵连接，该采样保持模块、驱动放大模块以及光电隔离模块分别与该多路模拟开关矩阵连接，该信号预处理模块与该采样保持模块连接。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，该核心控制模块还包括：第二逻辑控制器以及总线故障注入模块，该核心控制模块还包括ADFX总线控制器、1553B总线控制器、ARINC429总线控制器、RS422总线控制器中的一种或多种；

该第二逻辑控制器分别与该DSP微处理器、总线故障注入模块连接，该总线故障注入模块与该ADFX总线控制器、1553B总线控制器、ARINC429总线控制器、RS422总线控制器连接。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该核心控制模块通过栈接的方式与该总线接口模块连接。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该核心控制模块与一人机交互终端连接。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该核心控制模块还包括同步通讯模块、显控模块和电源模块。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该总线接口模块包括：ADFX总线接口模块、1553B总线接口模块、ARINC429总线接口模块、RS422总线接口模块中的一种或几种。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，该1553B总线接口模块进一步包括：总线逻辑控制芯片、桥接芯片、1553B收发器，该总线逻辑控制芯片分别与该桥接芯片、1553B收发器连接，该桥接芯片与该核心控制模块连接，

该总线逻辑控制芯片进一步包括：1553B协议控制器、DMA传输控制模块、本地总线寄存器、内部RAM、AD采集控制模块、本地总线控制逻辑模块。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，该1553B总线接口模块进一步包括：信号调理模块以及A/D转换器，该信号调理模块连接该1553B收发器以及该A/D转换器，该A/D转换器连接该总线逻辑控制芯片。

10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，该ARINC429总线接口模块包括：总线逻辑控制芯片以及两个429数据收发单元，该总线逻辑控制芯片与该核心控制单元连接，该两组429数据收发单元与该SRU级模块连接，该429数据收发单元包括DEI1016/BD429芯片组。