一种ARINC659总线测试的方法

ARINC659总线是一种在总线传输时间和存储空间上具有高容错性和高冗余度的底板总线［1］，并以其特有的总线校验机制，很好地解决了航空电子系统对于底板总线的高可靠性要求问题。ARINC659总线协议规定了总线物理层以及数据链路层传输协议［2］，各设备厂家可以按照该协议开发相应的ARINC659总线设备。ARINC659总线设备只有在通过了协议测试之后，才能保证在各种应用环境的处理一致性，并保证不会由于某一设备异常的响应对其余设备造成影响。因此在设计ARINC659总线产品时，如何完成对总线物理层和数据链路层的测试是确保产品安全可靠使用的关键。本文针对ARINC659总线的测试，搭建了ARINC659总线测试平台，在此基础上对ARINC659总线测试技术进行分析，提供了一种ARINC659总线测试的方法。

1 ARINC659总线测试平台构架

ARINC659总线测试平台硬件结构如图1所示，由ARINC659总线测试系统和被测系统组成。测试系统主要由总线故障注入电路和信号测试接口组成。

图1 ARINC659总线测试平台

1.1 总线故障注入电路

ARINC659总线是一种双－双备份的串行总线［3］，具有很强的容错能力。总线故障注入电路，可以使1路、2路、3路、4路通信线路信号在传输时失效，这样能检验ARINC659总线的故障处理能力。总线故障注入只是干扰总线传输正确信号，不会损坏产品系统，根据BTL电平的特点，注入的故障分为接地和断开两种方式。

1.2 信号测试接口

测试平台需要设计总线测试接口，以便利用总线分析仪、逻辑分析仪和示波器等监控设备监测总线传输的信号，测试通信节点发送数据的正确性。

2 ARINC659总线测试方法

软件测试一般分为白盒测试和黑盒测试两种［4］。协议测试属于黑盒测试，即通过控制观察被测协议实现的外部行为对其做出评价，而不涉及协议实现的内部结构。ARINC659总线测试分为物理层测试和数据链路层测试两个方面。

2.1 物理层测试

ARINC659总线物理层规定了底板总线的电气特性，主要从总线接口信号线、信号线电气特性、总线编码、收发器使能和物理隔离等几个方面进行测试，利用总线分析仪、逻辑分析仪和示波器等监控设备通过信号测试接口监测总线传输的信号，测试通信节点发送数据的正确性。ARINC659总线物理层的测试主要如表1所示。

2.1.1 总线对

（1）总线数据线

包含4条独立总线，每条总线包含两根数据信号线，发送数据2 bit/min， Data0发送较低位，Data1发送较高位。信号被驱动时为低，未驱动时为高。信号类型为BTL电平。

（2）总线时钟线

包含4条独立总线，每条总线包含一根时钟信号线。信号电平为BTL电平。

2.1.2 电气性能

（1）总线数据及时钟线要求

信号线阻抗需要保证从模块输出到底板任一端的终端电阻时，电压的最大升幅小于100 mV。任何两个LRM连接到底板的所有带隙地之间的电压差别不能超过50 mV；

（2）模块数据及时钟线直流要求模块电气特性如表2所示。

（3）总线数据及时钟线直流要求如表3所示。

2.1.3 物理隔离

为保证ARINC659总线余度机制具有最佳的容错性，在底板和总线接口节点上要作充分隔离，包括元器件物理位置和安排、总线的走线和信号的电气隔离。

（1）BIU隔离：使用 2个独立封装的协议处理芯片，4 条总线使用分离的收发器，使用独立的晶振、表存储器等；

（2）供电隔离：每一条总线（Ax、Ay、Bx和By）都必须独立供电，每个总线组的端接器电源也必须是独立的；

（3）总线隔离：如果没有被另外的导线或平面隔开，则Ax与Bx数据线之间、Ay与By数据线之间都必须隔开至少0.304 8 cm或更多；时钟线间必须隔开至少0.304 8 cm或更多；时钟线可能与数据线相互交叉。

2.2 数据链路层测试

ARINC659协议数据链路层测试主要是被测设备输出的各种总线操作其时序波形和对出错的总线时序波形的标识和处理是否符合ARINC659协议中的规定。

测试过程中可使用示波器、逻辑分析仪监控总线上的波形，检查各种总线操作时序波形是否符合协议规定。通过总线故障注入电路在总线上注入各种总线错误，并通过总线分析仪、逻辑分析仪和示波器监控注入的故障是否有效，在注入有效的状态下，检查被测模块的执行情况。

2.2.1 总线消息测试

（1）初始化同步测试。主要对初始化同步功能进行测试，包括初始化同步脉冲和初始化同步数据是否符合协议要求。

（2）长短同步验证。主要对长短同步功能进行测试，包括长短同步脉冲的发送和接收、长同步数据的发送和接收、各种状态下BIU的长短同步收发、主后备长同步发送和接收是否符合协议要求。

（3）数据传输功能测试。数据传输功能包括基本消息传输和主后备消息传输，基本消息传输即从单个发送器向一个或多个接收器传送数据，主/后备消息传输即从多个后备发送器之一向一个或多个接收器传送数据。基本消息传输包括点对点数据传输、广播数据传输、不同GAP下的收发、各种数据长度的数据收发。主后备消息传输包括最小GAP和DELTA下数据主后备收发、不同GAP下的收发、不同DELTA下的主后备收发、各种数据长度的数据收发。

2.2.2 总线故障注入测试

总线故障注入测试可根据配置在每条总线上注入以下类型的故障，包括长时间故障、瞬时故障、毛刺和干扰。长时间故障是指长时间总线被拉高或拉低，瞬时故障是指在短时间内总线被拉高或拉低，毛刺和干扰指总线上出现不期望的高或者低的随干扰脉冲，根据ARINC659总线特点，对永久性故障模式进行测试，包括一路故障、两路故障、三路故障、四路故障测试。其中一路故障又可以细分为时钟故障或者数据故障；两路故障、三路故障、四路故障均可以再细分为时钟总线故障、数据总线故障以及时钟总线和数据总线故障的组合。对瞬时性故障也可以按照永久性故障的划分进行，同时瞬时性故障还包括故障的类型、发生时机及持续的周期，其中故障类型可分为高脉冲毛刺、低脉冲毛刺及相关组合。发生时机可根据总线上的消息进行分类，包括数据消息、同步消息以及总线空闲时。故障的持续时间可根据总线协议要求，分为小于6 ns的随机毛刺以及大于6 ns的随机毛刺。根据以上故障模式，利用ARINC659总线测试平台的总线故障注入电路，验证在各种总线故障情况下的总线传输功能、错误标志指示是否符合协议要求，通过读取发送数据状态位和接收数据状态位，根据图2和图3判断测试结果，完成ARINC659总线相关故障的相关测试。发送数据状态位描述如图2所示。

图2 发送数据状态位描述

（1）V：发送数据有效标志位。1表示主机已经将数据写入对应的收发通道，可以发送。0表示主机尚未准备好数据，发送操作将被跳过。

（2）MS：主/后备消息窗口竞争获胜者代码

①00：接收到主/基本模块数据；

②01：接收到后备1模块数据；

③10：接收到后备2模块数据；

④11：接收到后备3模块数据。

（3）SF：发送数据状态标志位

①00：发送正确地完成；

②01：发送没有开始；

③10：在发送过程中出现不可纠正错误；

④11：未定义。

EAX、EAY、EBX和EBY是4根数据线的出错标识位，高电平表示发送过程中该位数据线出错。接收数据状态位如图3所示。

图3 接收数据状态位描述

（1）V：接收数据有效标志位。0表示在接收过程中出现不可纠正的错误，数据无效。1表示接收数据有效。

（3）RF：接收数据状态标志位

①00：接收正确地完成；

②01：未接收到任何有效数据；

③10：接收到部分有效数据；

④11：未定义。

EAX、EAY、EBX和EBY是4根数据线的出错标识位，高电平表示接收过程中该位数据线出错。

3 结论

ARINC659总线是一种双－双备份的通信总线，应用ARINC659总线能有效降低高度综合化的电子系统的复杂性［5］，提高可靠性。本文研究ARINC659总线的测试方法，能保证通过测试的各个设备厂家ARINC659总线设备在各种应用环境处理一致性，不会由于某一设备异常的响应对其余设备造成影响，提高了ARINC659总线设备运行的可靠性和安全性。
责任编辑人：CC