基于總線ICD測(cè)試方法研究

摘 要:分析了綜合航空電子系統(tǒng)中MIL-STD-1553B總線系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)總線測(cè)試的方法進(jìn)行介紹，給出控制接口文檔ICD在航空總線測(cè)試系統(tǒng)中的作用。ICD是對(duì)總線數(shù)據(jù)的定義，在此對(duì)傳統(tǒng)ICD設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了闡述和總結(jié)。通過通用航空總線ICD數(shù)據(jù)庫對(duì)總線進(jìn)行測(cè)試，極大地優(yōu)化了測(cè)試的方法，并對(duì)通用航空總線ICD設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了理論研究，通過實(shí)時(shí)分析論證其可行性。

關(guān)鍵詞:MIL-STD-1553B總線; 接口控制文檔; 總線測(cè)試; ICD數(shù)據(jù)庫

中圖分類號(hào):TP336文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)08-0087-03

Research on Bus Testing Method Based on ICD

ZHAO Yu-xiang， FAN Xiao-guang， WANG Xu-hua

(Engineering College， Air Force Engineering University， Xi’an 710038， China)

Abstract:The characteristics of the MIL-STD-1553B bus systems in comprehensive avionics systems are analysed， the methods of bus testing are introduced， and the functions of the interface control document (ICD) in the avionics bus testing system are presented. The traditional design methods for the ICD are summarized， and some theoretical research on these methods for general avionics bus is made. The testing method isgreatly optimized with the help of the universal ICD database. the feasibility of these methods is verified through real-time analysis.

Keywords:MIL-STD-1553B bus; ICD; bus testing; ICD database

0 引 言

在以MIL-STD-1553B總線為架構(gòu)的綜合航空電子系統(tǒng)中， MIL-STD-1553B總線系統(tǒng)控制著系統(tǒng)的功能、各個(gè)分系統(tǒng)的工作方式、信息流的變化、故障的處理與顯示、系統(tǒng)通信的重構(gòu)，實(shí)時(shí)檢查每一個(gè)分系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。許多航空電子系統(tǒng)中信息的綜合及功能都是各個(gè)分系統(tǒng)通過MIL-STD-1553B總線系統(tǒng)的通信實(shí)現(xiàn)的[1]。

因而，對(duì)于MIL-STD-1553B總線系統(tǒng)的測(cè)試也就成為對(duì)每一個(gè)采用MIL-STD-1553B總線通信機(jī)制的進(jìn)行驗(yàn)證的主要手段和依據(jù)。換言之，綜合航空電子系統(tǒng)只有通過了對(duì)MIL-STD-1553B總線系統(tǒng)的測(cè)試，才能基本認(rèn)定綜合航空電子系統(tǒng)是否達(dá)到了系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)要求，才算完成了系統(tǒng)綜合的設(shè)計(jì)任務(wù)。ICD是對(duì)總線數(shù)據(jù)的定義，通過通用航空總線ICD數(shù)據(jù)庫對(duì)總線進(jìn)行測(cè)試，提出了通用ICD數(shù)據(jù)庫的方法。采用該方法極大地優(yōu)化了測(cè)試方法。

1 總線系統(tǒng)與航電系統(tǒng)的關(guān)系

雖然MIL-STD-1553B總線系統(tǒng)與飛機(jī)綜合航空電子系統(tǒng)有著密切的關(guān)系，但二者并不能完全等同。MIL-STD-1553B總線系統(tǒng)是指以MIL-ST-1553B總線為傳輸介質(zhì)，將多個(gè)分系統(tǒng)綜合在一起完成特定功能的系統(tǒng)。就功能而言，飛機(jī)綜合航空電子系統(tǒng)的功能包括從傳感器到系統(tǒng)本身的所有功能，而MIL-STD-1553B總線系統(tǒng)的功能往往指圍繞MIL-STD-1553B總線通信實(shí)現(xiàn)的功能和控制邏輯[2]。盡管MIL-STD-1553B總線系統(tǒng)不能全面地反映飛機(jī)綜合航空電子系統(tǒng)的所有情況，但由于傳感器及其他相關(guān)信息經(jīng)處理后，也往往可以通過MIL-STD-1553B總線進(jìn)行傳輸。通過對(duì)MIL-STD-1553B總線系統(tǒng)的測(cè)試，基本上能比較準(zhǔn)確地了解綜合航空電子系統(tǒng)的運(yùn)行情況。所以，對(duì)于飛機(jī)綜合航空電子系統(tǒng)功能的測(cè)試，絕大部分可以通過對(duì)MIL-STD-1553B總線系統(tǒng)的BIT自測(cè)試來實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。

2 接口控制文檔的組成及特點(diǎn)

2.1 ICD的組成

航空電子系統(tǒng)的接口控制文檔通常是十分龐雜的，它包含了一整套總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的定義，它包括系統(tǒng)的控制邏輯、信號(hào)類型、傳輸速度、參數(shù)名稱、參數(shù)意義、參數(shù)單位、參數(shù)最大值和最小值、分辨率、精度、最大/最小傳輸間隔、信號(hào)方向、比例關(guān)系、有無符號(hào)位、編碼形式、故障代碼等各種信息 [3]。

圖1 總線BIT自測(cè)試流程

航空電子系統(tǒng)的ICD可分成兩個(gè)部分:塊(Blocks)和信號(hào)(Signals)。塊是在串行通信總線上(包括航空電子多路總線和點(diǎn)到點(diǎn)連結(jié)的單總線)的接口。定義了航空電子系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)間的接口規(guī)范。它的主要特征是:每個(gè)塊有惟一的標(biāo)志，至少必須包含一個(gè)信號(hào)。信號(hào)是用于外場(chǎng)可更換單元(LRU)之間傳輸信息的最小數(shù)據(jù)單位，在接口控制文檔中必須定義所有信號(hào)的屬性，包括數(shù)據(jù)類型、單位、傳輸速度、傳輸間隔、傳輸延遲等。信號(hào)的定義在航空電子系統(tǒng)的接口控制文檔中占有較大的比重。信號(hào)的主要特征是:每個(gè)信號(hào)有惟一的標(biāo)志，不允許反饋，在點(diǎn)到點(diǎn)連接的單總線結(jié)構(gòu)中(如ARINC429總線)每條信號(hào)有一個(gè)信號(hào)源和一個(gè)目的地址，在多路總線結(jié)構(gòu)中(如入且MIL-STD-1553B總線)每條信號(hào)可以有一個(gè)信號(hào)源和多個(gè)目的地址。塊與信號(hào)之間是多對(duì)多的關(guān)系，即一個(gè)塊中可以包含多條不同的信號(hào)，同時(shí)，同一條信號(hào)也可以應(yīng)用于多個(gè)塊中。

2.2 ICD在測(cè)試中的位置

目前對(duì)接口控制文檔中龐大的數(shù)據(jù)管理，一般都采用數(shù)據(jù)庫管理形式。將接口控制文檔抽象出許多描述表，用這些描述表定義接口控制文檔的內(nèi)容。表中內(nèi)容按照數(shù)據(jù)類型形成數(shù)據(jù)記錄，然后通過自頂向下的層次劃分方法，將一個(gè)龐大的ICD切分成邏輯上互相關(guān)聯(lián)，結(jié)構(gòu)上互相獨(dú)立的數(shù)據(jù)描述表結(jié)構(gòu)。

測(cè)試方法就以這個(gè)ICD數(shù)據(jù)庫為核心，向應(yīng)用層開發(fā)了數(shù)據(jù)翻譯、顯示、網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)、總線控制等模塊;向底層開發(fā)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)塊地址映射等模塊。

圖2體現(xiàn)了ICD數(shù)據(jù)庫在整個(gè)航空總線測(cè)試系統(tǒng)中的位置。整個(gè)系統(tǒng)通過ICD庫的重新配置或設(shè)計(jì)就可以用于新的航空總線測(cè)試工程。

圖2 ICD數(shù)據(jù)庫在總線測(cè)試中的位置

3 總線ICD測(cè)試方法

3.1 傳統(tǒng)總線ICD測(cè)試方法

目前國外對(duì)1553B總線的測(cè)試主要利用接口控制文件(ICD)數(shù)據(jù)庫與總線仿真/測(cè)試卡相結(jié)合。首先針對(duì)飛機(jī)型號(hào)的特殊要求開發(fā)出與總線仿真/測(cè)試系統(tǒng)能進(jìn)行接口的總線ICD數(shù)據(jù)庫。所有總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的定義都按規(guī)則存儲(chǔ)在該數(shù)據(jù)庫中，包括系統(tǒng)的控制邏輯、物理量意義、比例關(guān)系、物理量單位有無符號(hào)位、編碼形式、故障代碼等信息。編碼可根據(jù)需要從一位到幾十個(gè)字節(jié)?？偩€系統(tǒng)試驗(yàn)時(shí)，直接把要測(cè)試的參數(shù)通過總線仿真測(cè)試卡與總線ICD數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)查找其對(duì)應(yīng)關(guān)系與邏輯，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)或記錄數(shù)據(jù)。ICD的更改能直接通過修改ICD庫體現(xiàn)，測(cè)試系統(tǒng)不再做任何工作。該測(cè)試方法需圍繞總線仿真/測(cè)試卡進(jìn)行詳細(xì)的總線ICD庫設(shè)計(jì)，開發(fā)量大，測(cè)試嚴(yán)格。故這類測(cè)試系統(tǒng)一般請(qǐng)專業(yè)軟件公司開發(fā)，以保障系統(tǒng)的可靠性。

在國內(nèi)的MIL-STD -1553B總線測(cè)試系統(tǒng)主要是以ICD數(shù)據(jù)庫為依據(jù)，按照系統(tǒng)的工作方式進(jìn)行開發(fā)的。試驗(yàn)時(shí)，首先確定試驗(yàn)內(nèi)容屬于哪種工作方式，然后啟動(dòng)總線仿真/測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)入該工作方式，仿真、記錄、分析、處理、記錄該工作方式下的所有總線數(shù)據(jù)?？偩€仿真/測(cè)試系統(tǒng)具有較強(qiáng)的仿真/測(cè)試能力，能提供大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，能同時(shí)進(jìn)行總線數(shù)據(jù)的仿真與測(cè)試，減少了試驗(yàn)的重復(fù)次數(shù)和時(shí)間;但是不能測(cè)試不同工作方式相互轉(zhuǎn)換時(shí)的情況，試驗(yàn)前期要完成各種可能的工作方式組合，開發(fā)準(zhǔn)備的工作量很大。如果ICD數(shù)據(jù)庫變化了，仿真/測(cè)試系統(tǒng)也要相應(yīng)地進(jìn)行改動(dòng)，因此，比較適合于靜態(tài)傳輸機(jī)制，即終端地址與子地址都是固定的。

3.2 通用航空總線ICD的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

相對(duì)于傳統(tǒng)ICD數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法存在的諸多問題，提出了通用ICD數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法。這種方法的核心思想是設(shè)計(jì)出統(tǒng)一的ICD結(jié)構(gòu)，通過這種ICD結(jié)構(gòu)將各種航空總線標(biāo)準(zhǔn)的接口定義統(tǒng)一到一起，從而形成一個(gè)支持多種航空總線標(biāo)準(zhǔn)接口定義的ICD數(shù)據(jù)庫[4]。采用通用ICD設(shè)計(jì)方法開發(fā)的通用航空總線測(cè)試系統(tǒng)，通過測(cè)試軟件與ICD數(shù)據(jù)庫相關(guān)聯(lián)的方法，將采集到的不同航空總線數(shù)據(jù)從ICD數(shù)據(jù)庫中找到相應(yīng)的信號(hào)定義，根據(jù)定義對(duì)該總線數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，同時(shí)判斷該總線數(shù)據(jù)是否正確，然后將解析出的數(shù)據(jù)送到上一層應(yīng)用層進(jìn)行顯示和記錄[5]。這樣避免了針對(duì)不同航空總線，設(shè)計(jì)不同格式ICD數(shù)據(jù)庫，以及編寫不同總線測(cè)試程序的麻煩，從而使該總線測(cè)試程序具備對(duì)多種航空總線進(jìn)行測(cè)試的能力。

首先，通過分析各種航空總線系統(tǒng)ICD的定義，開發(fā)一個(gè)與底層總線采集接口卡相隔離的總線ICD數(shù)據(jù)庫，所有總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的定義都按特定的規(guī)范存儲(chǔ)在這個(gè)數(shù)據(jù)庫中，包括系統(tǒng)的控制邏輯、物理量的意義、比例關(guān)系、物理量的單位、有無符號(hào)位、編碼形式、故障代碼等各種相關(guān)信息[6]。對(duì)總線測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，直接把要測(cè)試的參數(shù)通過總線采集接口卡與總線ICD數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)查找出其對(duì)應(yīng)關(guān)系與邏輯，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)記錄。對(duì)于這種總線測(cè)試系統(tǒng)來說，由于全部使用計(jì)算機(jī)控制，可靠性很高，測(cè)試時(shí)工作量很小，數(shù)據(jù)的可信度也很高。其次，由于ICD內(nèi)容的任何更改都只是ICD數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)項(xiàng)的變化，而不是ICD數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的變化，所以測(cè)試系統(tǒng)后期的修改工作很少。再者，由于總線ICD數(shù)據(jù)庫與總線采集接口卡相分離，使得ICD數(shù)據(jù)庫的定義不再緊密依賴于特定的總線接口卡，所以，只要更換底層的總線接口卡，導(dǎo)入相應(yīng)的ICD數(shù)據(jù)庫，就可以進(jìn)行另一種航空總線類型的測(cè)試。

4 實(shí)時(shí)ICD測(cè)試與分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的相關(guān)技術(shù)

4.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分發(fā)

實(shí)時(shí)處理模塊首先將接收的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分發(fā)。數(shù)據(jù)的分發(fā)有兩個(gè)方向:

(1) 根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)配置信息將實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)分發(fā)到對(duì)應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。

(2) 把不同通道的采集數(shù)據(jù)分發(fā)到不同的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。

4.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的解析

由于一條總線消息可以傳輸多個(gè)字段信息，字段之間彼此獨(dú)立，并且各條總線消息傳輸?shù)淖侄螖?shù)并不固定，這就給總線數(shù)據(jù)的解析工作帶來很大的麻煩。

參考通用ICD數(shù)據(jù)庫的定義，定義主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對(duì)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的每條消息，首先獲取它的Labe號(hào)，然后BIT_DEFINE鏈表會(huì)依次鏈接該條消息定義的所有字段定義[7]。按照航電ICD數(shù)據(jù)庫對(duì)數(shù)據(jù)位的描述方法，就可以將該條消息中所有字段依次解析，得到實(shí)際的物理量。

4.3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

為了不影響系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性，試驗(yàn)前，首先鎖定一塊物理內(nèi)存，以保證這塊物理內(nèi)存區(qū)不會(huì)被操作系統(tǒng)換頁。試驗(yàn)運(yùn)行過程中，將總線采集接口卡緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)取出，并放到被鎖定的內(nèi)存塊中，同時(shí)測(cè)試系統(tǒng)采用中斷機(jī)制，當(dāng)鎖定內(nèi)存塊將滿時(shí)，通過內(nèi)存映射機(jī)制將內(nèi)存中的所有數(shù)據(jù)映射到臨時(shí)文件中。

4.4 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的測(cè)試的模塊劃分

資源管理模塊是對(duì)系統(tǒng)硬件資源和軟件資源的管理。實(shí)時(shí)模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它能夠?qū)崟r(shí)透明地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、記錄、發(fā)送、響應(yīng)總線消息。事后處理模塊提供試驗(yàn)后的數(shù)據(jù)處理和分析功能，包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)比較、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)回放、報(bào)表生成和打印功能。數(shù)據(jù)庫模塊提供系統(tǒng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫支持。

5 結(jié) 語

文中討論了總線系統(tǒng)測(cè)試與航電系統(tǒng)測(cè)試的關(guān)系，對(duì)航空總線測(cè)試系統(tǒng)中在接口控制文檔ICD方面進(jìn)行了分析及理論研究， 并在實(shí)時(shí)ICD數(shù)據(jù)測(cè)試中對(duì)通用航空總線測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了分析。

參考文獻(xiàn)

[1]李文軍， 邰炳昌. 飛機(jī)MIL-STD-1553B總線的測(cè)試系統(tǒng)[J]. 飛機(jī)設(shè)計(jì)， 2003(2): 51-54.

[2]王海青. 航空電子系統(tǒng)綜合技術(shù)分析[J]. 飛機(jī)設(shè)計(jì)， 2007，27(1): 55-61.

[3]羅志強(qiáng). 航空電子綜合化系統(tǒng)[M]. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社， 1990.

[4]程作仁， 李麗， 高明倫， 等. 通用測(cè)試平臺(tái)的討論[J]. 微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)， 2001， 18(5): 4-7， 11.

[5]朱良， 杜承烈.通用航空總線測(cè)試與分析軟件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)， 2007， 24(7): 125-127.

[6]夏慶梅， 徐亞軍， 熊華鋼. 航空電子接口控制文件的數(shù)據(jù)庫管理[J]. 航空計(jì)算技術(shù)， 2001， 31(3): 39-42， 45.

[7]寧偉.通用航空總線實(shí)時(shí)測(cè)試與分析技術(shù)研究[D].西安: 西北工業(yè)大學(xué)， 2006.

[8]任哲平. 對(duì)1553B總線系統(tǒng)的一種測(cè)試方法[J]. 車輛與動(dòng)力技術(shù)， 2003(3): 19-21， 25.

[9]熊華鋼. LTPB接口控制文件ICD的有效性判定[J]. 航空學(xué)報(bào)， 1998(Z1): 8-11.

[10]熊華鋼. 機(jī)載高速數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)研究[D]. 北京:北京航空航天大學(xué)， 1998.