《電子技術(shù)應(yīng)用》
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1394總線仿真系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)
2016年電子技術(shù)應(yīng)用第6期
張 玲1,，2,，田瑞龍3,，楊程理3,，王 歡3
1.中航工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所,，陜西 西安710068,； 2.集成電路與微系統(tǒng)設(shè)計航空科技重點實驗室，陜西 西安710068,；3.西安翔騰微電子科技有限公司,，陜西 西安710068
摘要： 隨著1394總線在機載領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，出于低成本,、靈活性考慮,，地面配置、仿真,、測試,、監(jiān)控、試驗等環(huán)節(jié)急需建立一套完整的1394總線仿真測試系統(tǒng),?？煽康目偩€仿真系統(tǒng)可實現(xiàn)產(chǎn)品的模塊級、系統(tǒng)級應(yīng)用測試,，同時最大程度地縮短系統(tǒng)研制周期,，節(jié)省開發(fā)成本。提出一種1394總線仿真系統(tǒng)的設(shè)計方案,，結(jié)合系統(tǒng)需求,，從系統(tǒng)搭建、系統(tǒng)配置,、系統(tǒng)監(jiān)控與仿真及系統(tǒng)管理等進行詳細(xì)介紹,，建立全面、完備,、可靠的仿真系統(tǒng)平臺,。可通過該平臺對1394總線的通信機制,、運行方式,、工作原理以及系統(tǒng)應(yīng)用進行深入研究，同時方便系統(tǒng)應(yīng)用者進行故障檢測,、排查與設(shè)備維護,，進而為機載設(shè)備的開發(fā)、驗證,、試驗與應(yīng)用提供可靠的技術(shù)保障,。
關(guān)鍵詞： 1394總線 AS5643 仿真系統(tǒng)
中圖分類號： TP393
文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2016.06.006
中文引用格式： 張玲，田瑞龍,，楊程理,，等. 1394總線仿真系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2016，42(6)：21-24.
英文引用格式： Zhang Ling,，Tian Ruilong,，Yang Chengli，et al. Design and implementation of 1394 simulation system[J].Application of Electronic Technique,，2016,，42(6)：21-24.
Design and implementation of 1394 simulation system
Zhang Ling1，2,，Tian Ruilong3,，Yang Chengli3，Wang Huan3
1.AVIC Computing Technique Research Institute,，Xi′an 710068,，China； 2.Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Integrated Circuit and Micro-System Design,，Xi′an 710068,，China； 3.Xi′an Xiangteng Microelectronics Technology CO.,，LTD,，Xi′an 710068，China
Abstract： As 1394 bus is widely used in the field on airborne,for low cost and flexibility consider,the process of surface configuration,simulation,testing,monitoring and test need to establish a complete set of 1394 bus simulation test system. Reliable bus simulation system can realize the product level and system level application testing,at the same time,，shorten the system development cycle and save the development costs greatly. This paper proposes a 1394 bus simulation system design scheme,，combinging with the system requirements with the detailed introduction of the system building,system configuration,system monitoring and simulation and system configuration,to establish a comprehensive,complete,reliable platform for the simulation system. Based on the platform，the further study of 1394 bus communication mechanism,operation mode,the working principle and system application can be achieved. It is easy for system developer to detect a failure,check and maintenance,and provides reliable technical support for the development,，validation,test and application of airborne equipment.
Key words : 1394 bus,；AS5643；simulation system

0 引言

    仿真系統(tǒng)作為總線系統(tǒng)驗證與應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié),，對于機載總線網(wǎng)絡(luò)研制的重要性不言而喻,。全面可靠的總線仿真系統(tǒng)不僅可以提高系統(tǒng)設(shè)計效率，降低研發(fā)成本,，而且可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的潛在問題,，完善系統(tǒng)設(shè)計,，進而全面系統(tǒng)地建立機載總線網(wǎng)絡(luò)的綜合化仿真平臺[1],。

    本文在深入解讀、分析和研究1394總線協(xié)議的基礎(chǔ)上,，結(jié)合型號需求,，提出一種1394總線仿真系統(tǒng)設(shè)計方案。下文對1394總線仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu),、網(wǎng)絡(luò)配置,、系統(tǒng)管理等功能模塊進行詳細(xì)闡述。

1 系統(tǒng)功能

    1394總線仿真系統(tǒng)用于在地面環(huán)境下對1394總線進行仿真測試，通過分析航空重點型號的研制需求及1394總線系統(tǒng)特性,，設(shè)計仿真系統(tǒng)驗證環(huán)境及測試方法,，實現(xiàn)對1394總線系統(tǒng)特性及總線產(chǎn)品性能的驗證。由1394仿真測試設(shè)備搭建的1394總線仿真系統(tǒng)可以對1394總線產(chǎn)品進行測試,，主要包括系統(tǒng)功能測試和系統(tǒng)可靠性測試,。測試方法及主要內(nèi)容如表1所示。

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2 系統(tǒng)設(shè)計

    1394總線仿真系統(tǒng)實現(xiàn)了1394總線拓?fù)浯罱?、網(wǎng)絡(luò)配置,、系統(tǒng)仿真、數(shù)據(jù)監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)管理等功能,，下面將從1394總線系統(tǒng)的各功能部分進行詳細(xì)介紹,。

2.1 系統(tǒng)搭建

    1394總線仿真系統(tǒng)是在充分理解1394協(xié)議的基礎(chǔ)上，結(jié)合型號需求及總線系統(tǒng)特性進行仿真原型設(shè)計的,。該仿真系統(tǒng)采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計,，一個典型的1394總線仿真系統(tǒng)主要由一個控制計算機(Control Computer，CC),、多個遠(yuǎn)程節(jié)點(Remote Node,，RN)、中繼器,、仿真卡,、總線分析儀和1394連接線纜組成，如圖1所示,。

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    1394總線仿真系統(tǒng)應(yīng)用中各設(shè)備的主要特點及功能如表2所示,。

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    系統(tǒng)搭建過程中必須包含CC節(jié)點和RN節(jié)點。CC節(jié)點在總線系統(tǒng)中作為控制管理計算機,，主要完成總線系統(tǒng)管理和實現(xiàn)總線通信,；RN節(jié)點作為系統(tǒng)遠(yuǎn)程節(jié)點，協(xié)助CC節(jié)點實現(xiàn)總線系統(tǒng)通信工作,。CC節(jié)點通過固定幀周期發(fā)送STOF包實現(xiàn)總線同步,，利用STOF包負(fù)載內(nèi)容完成系統(tǒng)管理指令的發(fā)布，通過周期消息和事件消息完成與RN的數(shù)據(jù)交互,。RN節(jié)點在系統(tǒng)中接收STOF包,，通過發(fā)送異步流消息向CC上報自身狀態(tài)并完成信息交互。

2.2 系統(tǒng)配置

    為提高1394總線系統(tǒng)的高確定性,，一般利用系統(tǒng)靜態(tài)預(yù)分配的方式以提供保障,。系統(tǒng)靜態(tài)預(yù)分配指通過網(wǎng)絡(luò)通信配置表對總線系統(tǒng)預(yù)設(shè)定。

    1394總線的高確定性主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕A(yù)配置,、STOF同步,、靜態(tài)分配通道、預(yù)分配帶寬等方面。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂形ㄒ恍?，在整個總線系統(tǒng)生命周期內(nèi)不允許被改變,。STOF同步在總線系統(tǒng)中由控制計算機按照固定幀周期發(fā)送STOF包進行廣播，遠(yuǎn)程節(jié)點在接收到STOF包之后開始本周期的總線通信活動,。設(shè)備通道號在總線系統(tǒng)中也是唯一確定的,，每個設(shè)備獨立使用一個通道號，在1394總線系統(tǒng)中一共具有64個通道,，通道號為0~63,，其中通道號“31”作為STOF包的使用通道，通道號“0”作為控制計算機的使用通道,，剩余通道作為遠(yuǎn)程節(jié)點的使用通道,。總線帶寬在系統(tǒng)應(yīng)用中起著重要作用,，反映了該系統(tǒng)總線的利用率,。

    系統(tǒng)靜態(tài)預(yù)分配的具體實現(xiàn)方式由總線配置表完成。在總線配置表中確定CC為根節(jié)點,，設(shè)置使用通道為0通道,，以保證在系統(tǒng)通信過程中根節(jié)點不被更改?？偩€配置表中設(shè)定STOF包的幀周期以及周期門限值,，配合控制計算機發(fā)送STOF包，從而完成整個總線系統(tǒng)周期同步,?？偩€系統(tǒng)中所有消息均采用“點對點”的通信方式，即：每個設(shè)備在系統(tǒng)中唯一確定,。為確定設(shè)備在系統(tǒng)中唯一性,，可通過在總線配置表中設(shè)定目的通道號解決這一問題。確定設(shè)備后,，可根據(jù)該設(shè)備在系統(tǒng)中使用的角色,，在總線配置表中設(shè)定消息的消息數(shù)目、消息大小,、消息發(fā)送時間,，從而對總線帶寬進行預(yù)分配。

    總線配置表在1394總線系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用,。在對復(fù)雜的配置表進行設(shè)計時過多的人工參與,，在很大程度增加人為因素引入故障概率,。為解決這一問題,，開發(fā)了總線配置工具，如圖2所示。其可在減少人工參與的情況下,，自動生成總線配置表并對其配置內(nèi)容進行合理性進行檢驗,，預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在錯誤，縮短網(wǎng)絡(luò)驗證周期,。

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2.3 系統(tǒng)管理

    1394總線系統(tǒng)管理是指控制計算機對整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)進行控制管理,，主要包括通道故障邏輯、系統(tǒng)模式和網(wǎng)絡(luò)管理等,。

    通道故障邏輯和系統(tǒng)模式一般用于多余度控制計算機中,，進行余度控制計算機的有效性、計算機的狀態(tài),、計算機管理模式管理,。各余度CC之間利用交叉通道數(shù)據(jù)鏈路(Cross Channel Data Link，CCDL)進行消息表決,，在表決過程中出現(xiàn)不一致時,，由通道故障邏輯進行裁決，進行CC之間的交互,，并向上層應(yīng)用上報自身的狀態(tài)信息,，以達(dá)到控制管理系統(tǒng)的信息共享，從而提高系統(tǒng)的安全性[2,，3],。

    網(wǎng)絡(luò)管理主要通過修改和約束異步流消息實現(xiàn)?？刂朴嬎銠C通過發(fā)送STOF包和WDT加載消息控制遠(yuǎn)程節(jié)點上下網(wǎng)狀態(tài),。遠(yuǎn)程節(jié)點根據(jù)應(yīng)用需求通過發(fā)送請求上網(wǎng)消息請求上網(wǎng)，并周期發(fā)送生命消息上報自身節(jié)點信息,，待系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程節(jié)點處于上網(wǎng)之后可通過異步流消息與主機進行信息交互,。其中網(wǎng)絡(luò)管理方案具體流程如圖3所示。

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2.4 系統(tǒng)監(jiān)控

    系統(tǒng)監(jiān)控是通過監(jiān)控設(shè)備對1394總線系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)監(jiān)控,，監(jiān)控的總線數(shù)據(jù)可用于重要數(shù)據(jù)備份或者故障數(shù)據(jù)分析,。總線系統(tǒng)中一般利用中繼設(shè)備將數(shù)據(jù)分流,，引入監(jiān)控設(shè)備進行實時數(shù)據(jù)監(jiān)控,，這種監(jiān)控方式可以真實地反映系統(tǒng)中的通信情況，同時不影響總線系統(tǒng)中其他節(jié)點的正常通信,。由于總線系統(tǒng)中通信數(shù)據(jù)量巨大,，監(jiān)控設(shè)備不能完全監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，通常選取其中重要的數(shù)據(jù)進行監(jiān)控,、存儲,，以便后續(xù)進行分析,。

2.5 系統(tǒng)驗證與仿真

    總線系統(tǒng)在設(shè)計完成之后必須通過全面的驗證與仿真，排除系統(tǒng)設(shè)計中缺陷與異常,，從而提高系統(tǒng)安全與健壯性,。

    系統(tǒng)驗證過程中應(yīng)按照自下而上的方式進行，首先驗證系統(tǒng)中各設(shè)備節(jié)點的功能是否正確,，然后驗證其系統(tǒng)功能是否滿足應(yīng)用需求,。各設(shè)備節(jié)點在實現(xiàn)的過程中均通過了協(xié)議符合性測試，因此在進行設(shè)備節(jié)點功能驗證時,，開發(fā)對應(yīng)設(shè)備的功能測試用例,。各設(shè)備節(jié)點功能測試用例如表3所示。

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    各設(shè)備節(jié)點功能驗證完成后,，可進行系統(tǒng)功能驗證,。系統(tǒng)功能驗證時應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)需求進行驗證用例設(shè)計，從而完成系統(tǒng)功能的驗證,。

    系統(tǒng)仿真是利用仿真節(jié)點在地面與控制計算機,、遠(yuǎn)程節(jié)點以及監(jiān)控設(shè)備的虛擬仿真功能，提高系統(tǒng)設(shè)計的正確性,。系統(tǒng)仿真可用于產(chǎn)品研制的全過程,，為產(chǎn)品數(shù)學(xué)仿真和物理仿真提供激勵及工作環(huán)境。通過設(shè)計驗證環(huán)境和用例對1394總線系統(tǒng)或者某單一1394產(chǎn)品進行驗證,，預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在故障,，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，節(jié)省產(chǎn)品研發(fā)成本[1],。

3 結(jié)論

    該仿真系統(tǒng)已在國內(nèi)包括航空,、航天地面仿真測試及試驗環(huán)境中廣泛應(yīng)用，可完成系統(tǒng)/子系統(tǒng)/部組件的建模/仿真,、控制律設(shè)計相關(guān)的建模/仿真,、試驗設(shè)施相關(guān)的建模/仿真、虛擬飛行等工作,，同時可提供全機模擬試驗和機上在線試驗,，為飛管系統(tǒng)、航電系統(tǒng)綜合聯(lián)試提供便捷,、高效的測試平臺,，大大推進了型號進展[1]。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊朝旭.飛控系統(tǒng)設(shè)計專家[J].航空制造技術(shù),，2014(21)：31.

[2] Bai Haowei.Analysis of a SAE AS5643 Mil-1394b based high-speed avionics network architecture for space and defense applications[C].Proc.of IEEE Aerospace Conference[s.l.]：[s.n.],，2007.

[3] SAE AS5643/1 S400 copper mediainterface characteristics over extended distances[S].2004.

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