AS5643網絡自動化測試技術研究

摘 要： 主要針對AS5643網絡在航空電子應用的特點，提供了一種AS5643網絡通信節點的通信功能自動化測試方案，給出了軟件框架、流程和硬件架構，構建了包含多CC節點和RN節點的網絡測試流程。可為采用該網絡的系統在線功能測試提供參考方法，并為后期生產和維護提供幫助。

關鍵詞： AS5643網絡； 航空電子； 自動化測試； 通信節點

中圖分類號： TN711?34； TP336 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）07?0005?03

Research on automatic test technology of AS5643 network

ZHANG Zhengang

（Southwest China Institute of Electronic Technology， Chengdu 610036， China）

Abstract： According to the application characteristics of AS5643 network in avionics， a communication function automatic testing scheme of the AS5643 network′s communication node is proposed. The software framework， technological process and hardware architecture are given. The network testing process including multiple CC nodes and RN nodes was constructed. The technology can provide a reference method for the on?line function test of the system using the AS5643 network， and a help for the later production and maintenance.

Keywords： AS5643 network； avionics； automatic test； communication node

0 引 言

IEEE1394是由美國一家消費產品公司制定的一種高速串行總線通信標準，具有速度高、成本低、即插即用等特點，美軍在F35的研制過程中選取該技術作為飛控平臺的主總線，并對該標準進行了裁剪、定制、增強，形成了AS5643總線標準。AS5643網絡作為一種基于IEEE1394接口的通信標準[1]，在飛機航電系統等平臺中的安全關鍵任務系統中應用越來越廣泛[2?3]。

AS5643網絡在采用AS5643技術作為系統的通信系統的研制和生產過程中，網絡上的每一個通信節點都要進行驗證[4]。由于AS5643網絡上具有單CC節點，通信端口冗余備份和底層自組網等特點[5?6]，如何解決一個多CC節點、RN節點的網絡節點功能測試和通信端口全覆蓋測試的問題需要進行深入研究和解決。

本文通過分析AS5643網絡的特點，通過軟件控制鏈路層使能實現CC/RN節點自動切換和軟件控制物理端口關閉去冗余等技術，實現了網絡節點通信功能的一種自動化測試方法。

1 AS5643網絡特點

（1） AS5643具有環路冗余特性

AS5643網絡總線采用1394B總線接口，通過環路冗余可以在某個節點端口失效后，通過環路上其他路徑完成通信功能。1394B總線初始化過程中底層進行自動組網，并將環路打破形成樹形網絡進行通信。由于這個特征，在網絡中如果有多個環路物理連接存在，正常工作期間，節點間通信采用的端口是不確定的，如圖1所示。因此自動化測試應該解決確定的端口問題。

（2） CC節點統一配置時隙

AS5643網絡總線采用1394B總線中的異步流數據報文進行傳輸，具有匿名消息傳輸、靜態分配通信帶寬、時分多址等特點?？偩€網絡中所有節點按照CC節點發送的STOF報文確定一次通信周期的時間基點，并依照CC節點下發的時間偏移或者預置的時間偏移發送數據和接收數據。由總線的特點可以得出，一個網絡中只能存在一個時間基點，不能存在兩個或者多個具備CC功能的節點。在安全關鍵系統中，為了避免單點故障帶來災難性的風險，通常會設計CC節點的備份硬件。自動化測試應該解決CC節點和備份節點功能切換的問題。

2 自動化測試方案

2.1 硬件架構

圖2為一個多CC和多RN節點組成的一個AS5643網絡應用方案的測試硬件架構。節點1為一個CC節點，節點2為另外一個CC節點。本文根據該例闡述AS5643網絡的自動化測試技術。

CC節點和RN節點完成AS5643協議層的功能，通過主機接口接入應用CPU。應用運行在嵌入式CPU上完成通信功能。為了完成通信功能的自動測試，所有嵌入式CPU和AS5643通信功能測試儀通過管理以太網、USB接口接入主控計算機，接受主控計算機的控制，上板信息，協同完成自動測試。為了實現軟件的自動化測試，所有節點通過獨特的MARK地址標識身份，軟件根據地址標識進入不同的分支。

2.2 嵌入式CPU軟件架構

嵌入式CPU作為節點板卡的主機，運行節點的驅動程序，并具有由管理程序接受主控計算機的控制管理功能，調用API接口函數實現節點板卡的對應配置。嵌入式CPU的軟件組成如圖3所示。

管理軟件：管理軟件位于嵌入式CPU軟件結構中的頂層，完成主控軟件的命令解析，并上報當前節點的運行階段和狀態。流程控制組件依據發送給當前節點的控制命令控制軟件的工作階段，負責調度其他組件。同時，管理軟件需要根據接收指令使能/禁用鏈路層芯片、使能/禁用主控軟件指定的端口號。

AS5643通信組件：AS5643通信組件接受管理軟件的調度，按照管理軟件下發的指令設置通信參數以及節點的工作類型，完成測試報文的組包和解包。

節點子卡驅動：完成總線節點初始化配置等，完成應用層報文和鏈路層發送數據的轉換和適配。

鏈路層使能接口：接受管理軟件的控制，實現鏈路層芯片的使能和禁用功能。

物理層使能接口：設置管理軟件的控制，實現物理層端口的使能和禁用功能，接口參數包含節點每個物理端口的使能/禁用狀態。

身份識別組件：根據MARK地址信息上報管理軟件當前節點的編號。

2.3 測試策略

為了減少測試時間，利用1394B總線上端口禁用的功能可以實現所有端口的測試覆蓋，測試策略應該盡快找到覆蓋全部物理端口的方案。

測試策略1：

關閉所有節點的B端口，以及節點2的C端口，打開其他所有節點的物理端口。如圖4所示為策略1去除端口冗余后實際使用端口的情況。所有節點依次和通信功能測試儀進行通信，測速過程中節點1測試時關閉節點2的鏈路層芯片，反之關閉節點1的。該測試策略完成后，覆蓋了所有節點通信功能的驗證，以及節點2的A端口、其他所有節點的A、C端口的通信測試。

測試策略2：

關閉節點1，3，5的A、C端口，打開其他所有節點的物理端口。如圖5所示為策略2去除端口冗余后實際使用端口的情況。節點依次和通信功能測試儀進行通信，節點1測試時關閉節點2的鏈路層芯片，反之關閉節點1的。測試策略完成后，節點2的C端口、其他所有節點的B端口得到了驗證。

2.4 自動測試流程

主控軟件根據策略的定義實現測試用例的組合和調度。通過以太網、USB接口和嵌入式CPU進行指令交互。在測試流程中，主控軟件集中控制通信節點和AS5643功能測試儀的工作流程，并收集處理它們上報的信息，自動得出測試結果。自動化測試軟件流程圖見圖6。

3 測試驗證分析

該AS5643網絡通信功能自動化測試技術已經應用在某型ICNI設備研制過程上，各個節點的測試結果如表1所示。該測試技術能夠充分驗證節點的通信功能以及端口的有效性。

4 結 論

現有的AS5643總線多用于線纜環境，在機箱內的AS5643總線通過印制線互聯，本文通過軟件手段和策略的選取實現了通信功能驗證和端口驗證的全覆蓋。該技術可構建于系統在線測試過程中，實現系統通信網絡的自檢等功能，已經成功應用于某型航電設備的研制過程中，節省了大量的測試時間，大大降低了研制時工程人員花費在試驗過程的時間和精力。

參考文獻

[1] IEEE Computer Society. IEEE standard for a high?performance serial bus?amendment 2： IEEE Std 1394b [S]. New York： American National Standards Institute， 2000.

[2] 詹鵬，張振剛.AS5643總線優化傳輸方法研究[J].計算機測量與控制，2015（2）：571?573.

[3] GWALTNEY D A， BRISCOE J M. Comparison of communication architectures for safety critical embedded systems [R]. Stanford： SRI International， 2001.

[4] Avionic Subsystems Committee. IEEE?1394b interface requirements for military and aerospace vehicle applications： AS5643 [S]. US： SAE， 2004.

[5] WANG Ming， ZHANG Chunxi， YI Xiaosu. Performance evaluation of IEEE 1394b serial bus with deterministic and stochastic Petri Nets [J]. China communications， 2013， 10 （2）： 121?133.

[6] BAI Haowei. Analysis of a SAE AS5643 Mil?1394b based high?speed avionics network architecture for space and defense applications [C]// Proceedings of 2007 IEEE Aerospace Conference. Glendale： IEEE， 2007： 1?9.