機載FC網絡節點機測試性建模與改進

武健 武堅 張楠

摘要：FC網絡節點機是機載FC網絡的重要組成部分，針對故障檢測率低的問題，本文根據產品組成、交聯關系、故障模式和測試之間的相關性關系，建立了FC網絡節點機多信號流測試性模型，進行了測試性定性定量分析，發現產品中的測試性設計薄弱點，并進行了設計改進;該文通過測試建模和設計改進，提高了FC網絡節點機的故障檢測率，也間接為機載FC網絡維修效率、任務可靠性、安全性的提高提供了重要基礎。

關鍵詞：FC網絡;節點機;測試性建模;測試性改進

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）35-0039-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 引言

FC網絡具有速率快、抗干擾能力強、使用靈活等多種優點使得其在飛行器中得到了廣泛的應用[1]，FC節點機是機載FC網絡的主要組成部分，經過多年的發展，FC節點機的功能性能已經得到了很大的提高，但是當前其測試性水平還比較低，給實際使用帶來了很大的困難。第一，FC網絡節點在飛行器上分布十分廣泛，故障定位不準確嚴重影響了維修的效率;第二，FC節點機承載了飛行器重要數據的傳輸，未檢測出的隱蔽故障可能會影響任務的完成甚至是飛行的安全。為提高FC節點的測試性水平，本文基于多信號流測試性建模方法，建立了FC網絡節點機的測試性水平，也間接為維修效率、任務可靠性、安全性的提高提供了重要支撐。

2 FC網絡節點機測試性基礎數據分析

2.1 產品架構

FC網絡節點機負責FC協議處理，提供高速FC接口和PCIe主機接口;FC網絡節點機為單模塊產品，以FPGA為核心，外部電路包括電源電路，時鐘電路、存儲電路等。FC網絡節點機的系統架構如圖1所示。

2.2 產品和故障模式層次劃分

FC網絡節點機產品和故障模式層次劃分結果如圖2所示。FC網絡節點機劃分為四個功能電路：01-電源電路、02-時鐘電路、03-調試電路、04-FC節點電路，最低一級為各個功能電路的故障模式。功能電路按照順序，編號m為01～04，fm+n標示第m個功能電路的第n個故障模式。圖2中僅列出部分故障模式，其余省略。

FC節點機各個功能電路輸入輸出端口信號、每個功能電路對應一組端口信號集，如表1所示，僅列出部分端口信號，其余省略。

2.3 測試集分析

根據FC網絡節點機測試項目和測試內容，確定FC網絡節點機的測試點和測試集，如表2所示。

3 測試性建模與改進

3.1 測試性建模流程

FC網絡節點機測試性建模流程如圖3所示，流程說明如下所示：

（1）通過FMECA獲取FC網絡節點機的故障模式以及每個故障模式的故障率，FMECA采用GJB/Z 1391[2]中規定的填表的方法;

（2）通過FC網絡節點機的設計資料分析FC網絡節點機當前部署的軟件和硬件實現的測試點;

（3）分析各個測試點中的可用的測試信息，包括測試針對的具體信息、故障判斷、運行的時機（上電、周期、維護等）;

（4）采用測試性建模軟件建立產品的多信號流測試性模型;

基于測試性模型完成測試性定性分析（可檢測故障、不可檢測故障等）、定量分析（故障檢測率、故障隔離率等）;

（5）將測試性定性定量分析結果與指標進行滿足情況檢查，如不滿足測試性指標要求，根據分析出來的薄弱環節進行測試性設計改進，在改進后對多信號流模型進行迭代和定性定量分析，直到測試性指標滿足要求。

3.2 FC網絡節點機多信號流模型

基于所分析的測試性基礎數據，采用TADS軟件[3]建立多信號測試性模型，多信號流模型[4]利用分層有向圖描述產品組成、交聯關系、故障模式、測試點之間的相關性關系，十分適合機載FC網絡這類復雜系統的測試性分析和設計。在基于TADS軟件建模的過程中，需要根據產品的設計建立SRU層次和功能電路層次的輸入端口、輸出端口，并按實際的內外交聯關系完成測試性模型的互聯。

在功能電路內部，根據FMEA分析的結果定義功能電路內部的故障模式，并將故障模式的輸入輸出與相應的端口進行互聯，在故障模式定義完成后，將信號與故障模式進行綁定，并根據產品電路設計的具體情況對阻隔信號、轉換信號進行描述。

將測試點和故障模式或端口進行連接，并在測試點中增加測試信息，指定測試的類型（加電BIT、在線BIT、啟動BIT、內場測試設備檢測、內場人工檢查等）、測試支持的信號和測試通過置信度等。

3.3 FC網絡節點機測試性分析

對建立的FC網絡節點機進行定量分析，故障檢測率為69.47%，而典型FC節點機故障檢測率要求不低于95%，當前的故障檢測率不能滿足要求。通過對測試性模型的定性分析，明確未檢測的故障模式共8個，具體如表3所示。

通過對未檢測的故障模式進行分析，FC網絡節點機未檢測的故障模式主要由節點機工作電源、時鐘和FPGA故障導致。

在工作電源、FPGA邏輯工作時鐘、FPGA故障時，FPGA的功能不能正常運行，導致節點機的BIT能力喪失，無法上報故障，需針對以上不能檢測的故障進行測試性設計改進。

3.4 FC網絡節點機測試性設計改進

由于機載FC網絡節點機在設計時面臨嚴格的功耗、體積重量的約束，難以增加大量的專用BIT電路，因此本文利用現有的FPGA空置邏輯資源和IO管腳，設計了專用的硬件FAIL指示信號，該信號采用低電平指示故障，高電平指示正常。在FPGA正常工作時，由FPGA將該信號驅動為高電平，而在FPGA不能正常工作時，通過下拉提供默認的故障指示輸出。

對改進后的FC節點機測試性建模模型進行定量分析，故障檢測率為98.9%，滿足了典型FC節點機故障檢測率要求不低于95%的要求。

4 結束語

FC網絡節點機是機載FC網絡中的重要組成，本文通過建立多信號流測試性模型，明確了測試性設計的薄弱環節并進行改進，使故障檢測率滿足了典型指標要求。

參考文獻：

[1] 孫東旭，賈世偉，孟玉慈，等.綜合模塊化航電系統FC網絡的機內測試設計[J].航空計算技術，2016，46（6）：108-112.

[2] 故障模式、影響及危害性分析指南：GJB/Z 1391—2006[S].

[3] 劉冬婷，戴蘇榕，方力.航電產品測試性模型的建立與應用[J].航空電子技術，2015，46（4）：13-17.

[4] 魏清新，王坤明，孫萍.基于多信號流圖模型的導彈系統級故障診斷技術研究[J].計算機測量與控制，2017，25（3）：109-111.

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