前言
MIL-STD-1553作為一個軍用串行總線標準于1973年由美國國防部發(fā)布，此標準定義了總線的機械特性、電氣特性和功能特性。1553總線首先被應用在航空設備中，后來也被廣泛應用在航天的數據管理系統中。它作為命令/應答方式的半雙工串行總線，采用雙冗余平衡傳輸線（屏蔽雙絞線），通過時分復用的方式，最多可以連接31個終端(RT)設備。由于采用了曼徹斯特編碼，MIL-STD-1553總線數據可以在采用變壓器隔離的傳輸線路中傳輸，從而可以將設備節(jié)點從總線系統中隔離出來，進而提高了總線系統的可靠性。
鑒于特殊的總線結構和苛刻的應用環(huán)境，完善的總線測試手段無疑是保障MIL-STD-1553總線系統可靠性的關鍵。目前1553總線的測試大都是以MIL-HDBK-1553為參考，該測試標準的覆蓋面比較廣，涵蓋了電氣性能測試和協議測試，如果總線設備能通過標準所規(guī)定的所有必要項目的測試，這個終端設備的可靠性便得到了根本的保障。但是MIL-HDBK-1553對測試設備的要求較高，一個綜合的MIL-STD-1553總線測試設備需要同時具有示波器功能、信號發(fā)生器功能和阻抗測量的功能，最關鍵的是要具有故障注入功能的1553總線仿真終端的功能。目前市面上能夠找到的大都是單功能的測試設備/儀器，如獨立的示波器、獨立的信號發(fā)生器和單獨的1553總線仿真卡等。如果采用這些獨立的設備來搭建總線測試系統的話，所組成的測試系統使用起來會很不方便，不僅造成測試效率不高，也同時也會因為人工介入太多，導致測試結果不準確。另外，目前市面上的總線仿真卡只能注入MIL-HDBK-1553所規(guī)定的部分故障，不能實現標準規(guī)定的所有故障注入功能，這樣就會將測試覆蓋率大大折扣，往往會在總線設備中埋下隱患。
AT15000是珠海矽微電子科技有限公司研發(fā)的多功能總線分析儀，集成了示波器、信號發(fā)生器、阻抗測試儀、時域反射計和1553總線仿真卡的功能，這些設備功能在AT15000中有機結合，協同工作，可以實現MIL-HDBK-1553規(guī)定的全部協議測試和電氣性能測試，具有很高的測試覆蓋率，大大降低了1553總線測試設備的難度。作為ATE，AT15000的大部分測試均可自動進行，用戶只需要進行很少幾次人工干預，就可完成一個非常完整的測試流程，同時AT15000還能自動生成文本格式的測試報告，以便產品備案和測試跟蹤，大大提高了測試效率和測試質量。
AT15000根據終端類型的不同，將測試分為三個部分：BC測試、BM測試和RT測試，又根據測試標準將電氣性能測試和協議測試分成了很多個測試子項目，用戶可以通過測試腳本來選擇測試子項目和定義測試順序，使得測試工作變得非常靈活，易于控制。
1. 終端電氣性能測試
終端的電氣性能測試包括輸入電氣性能測試和輸出電氣性能測試，一個可靠的終端設備要具有良好的輸入信號容忍度和完整的信號輸出特性。
輸出特性包括輸出信號的幅值、過零穩(wěn)定度、過沖、振鈴、上升/下降時間、輸出對稱性、輸出噪聲、兩個通道的輸出隔離度和電源的開關噪聲。這幾種性能測試中，除了過零穩(wěn)定度的測試外，其他幾種測試都需要示波器模塊的配合。AT15000采用硬件邏輯來實時測量總線上信號的過零穩(wěn)定度，并報告出每一個總線字的最大過零點偏差。
在編碼器編碼正常的情況下，輸出的過零穩(wěn)定度和系統的時鐘穩(wěn)定度有關，如果系統時鐘的漂移較大的話，也會造成過零偏差較大，從而造成接收端的數據接收不正常。
在總線阻抗正確匹配的情況下，過沖和振鈴主要是因為受測設備中的總線發(fā)送器引起的。如果受測設備的電源供電設計不合理，給發(fā)送器供電不足的話，往往會在總線上產生過沖和振鈴。
輸出對稱性是用來考察發(fā)送器和隔離變壓器的輸出是否對稱，在理想狀態(tài)下，當發(fā)送器不發(fā)送信號時，總線上的差分電平應該為0伏，但是當受測設備的輸出不對稱時，在信號發(fā)送完畢的瞬間，總線上會有殘留電平。標準規(guī)定，這個殘留電平需要維持在一個數值以內，否則總線設備的輸出對稱性就不合格。
一個理想的1553總線設備要具有較小的電源開關噪聲和輸出噪聲，這樣才不會影響總線上其它設備的正常工作。
標準規(guī)定，1553總線設備需要具有隔離良好的互為備份的兩個通道，如果這兩個通道的隔離度不夠的，其中一個通道就會干擾另一個通道上的信號，從而降低總線的可靠性。
輸入特性包括過零點穩(wěn)定度、可接受的信號幅值、輸入阻抗、共模抑制能力以及上升/下降時間。這幾種輸入特性中，過零點穩(wěn)定度的測試需要1553總線控制器故障注入邏輯的配合，用以在發(fā)送的總線字中，根據測試的需要注入響應的過零點偏差。輸入阻抗的測試需要信號發(fā)生器注入激勵正弦波，并通過示波器模塊來采樣響應信號，并根據激勵信號和響應信號的真有效值來計算受測設備的輸入阻抗。
過零點穩(wěn)定度用來測試曼徹斯特解碼器的解碼能力和終端設備時鐘的穩(wěn)定度的。如果設備的時鐘不穩(wěn)定，即使解碼器的解碼能力非常好，也會造成接收誤碼。
標準規(guī)定的接收信號幅值為0.28~27V之間。當總線信號的幅值在此范圍之內時，設備的解碼器須對總線數據正確解碼。
如果總線設備的輸入阻抗過低，往往會加大總線的負荷，從而降低總線信號的幅值，縮短其它總線設備的壽命。
共模抑制能力是用來考察總線終端設備隔離變壓器的隔離度的。在正常情況下，變壓器次級線圈上的共模噪聲是不會影響初級線圈上的差分信號，否則共模噪聲將會在初級線圈接收的差分信號上疊加一個干擾，從而影響終端設備的信號接收。
AT15000對電氣特性的測量采用全自動方式，其內置的示波器模塊會自動捕獲需要測量的總線信號，并計算出相應的特性參數。在測試過程中無需人工干預，用戶只需在其測試腳本中加入需要測試的項目即可。針對BC和RT的測試，在每個測試項目完成后，AT15000會自動將測試結果寫到測試報告中，為測試提供了極大方便。
2. 協議測試
標準規(guī)定的協議測試分為常規(guī)測試和故障注入兩個部分，常規(guī)測試要求BC/RT能接收/發(fā)送MIL-STD-1553B總線規(guī)定的命令，要求BM能夠正確解析總線協議，故障注入要求測試儀能夠在總線上注入標準規(guī)定的各種故障。在進行協議測試的時候，首先要完成常規(guī)的協議測試，否則故障注入測試無法完成。
為了滿足測試標準的要求，一個總線測試ATE除了要具備仿真器、信號發(fā)生器、總線仿真終端的功能外，還需要具備MIL-HDBK-1553規(guī)定的以下功能：
能夠注入最大不小于250ns的過零點偏差；
能夠在任意總線字上注入奇偶校驗錯誤；
能夠在不同的消息上注入任意消息長度錯誤；
能夠在任意總線字上注入任意長度的字長錯誤；
能夠在總線字的任意位上注入相位編碼錯誤，并且可以在錯誤位上輸出高電平或者低電平；
能夠在總線上注入數據連續(xù)錯誤；
能夠在總線上注入替換命令；
RT的應答時間在0微秒到14微秒之間可調；
RT可以采用任意地址來應答總線命令；
可以通過軟件關掉RT的應答（數據要能正常接收）；
可以在任意總線字上注入標準規(guī)定的5種同步頭錯誤；
能夠產生總線切換命令；
能夠正確識別協議規(guī)定的所有模式命令；
能夠在總線上注入均方根為140mv（直接耦合方式200mv），頻率范圍為1K~4Mhz之間的高斯白噪聲。
如果采用市面上通用的MIL-STD-1553總線控制芯片，無法實現上述的總線故障注入功能，同時也沒有商用的帶有故障注入功能的總線控制芯片出售。所以為了能夠實現上述功能，測試設備開發(fā)商需自行開發(fā)帶有故障注入功能的1553總線控制芯片。
基于上述考慮，矽微公司自行開發(fā)了總線測試設備專用的1553總線控制IP核，可以在ACTEL和ALTERA的多個系列的FPGA實現。用于采用硬邏輯的方式來注入故障，所以改IP核能夠實現標準所規(guī)定的全部故障注入功能。此IP核的功能框圖如表一：
如表一所示，控制器IP核中實現了一個BC、一個BM和兩個多功能RT，這些功能可以同時工作，并且可以同時仿真32個RT。IP核采用64M時鐘，可以以15.6ns的分辨率在總線上注入過零點偏差，大大提高了總線測試的精度。經過矽微公司數個型號的總線測試設備的驗證，證明這個IP核的設計是合理的，工作狀態(tài)是穩(wěn)定可靠的。
如果只實現1553控制器的IP核，還是無法實現總線的自動測試的。除總線控制器外，還需實現示波器的采樣邏輯，信號發(fā)生器的邏輯以及時域反射計的邏輯。同時還要根據總線測試標準的要求，將這些邏輯組合起來，以方便總線電氣性能的測試。AT15000采用ALTERA公司的CYCLONEIII FPGA芯片，在FPGA中實現了上述幾種邏輯。其中的示波器邏輯可以由1553控制器的邏輯來觸發(fā)，使得總線電氣特性的測試變得非常簡單。
作為ATE，總線測試設備需要具備較高的自動化程度，盡量減少人工干預。所以在設計測試儀軟件的時候，需要仔細分析測試標準，將測試項目分類并細化成若干個子測試項目，讓用戶可以自由選擇測試項目并定義測試順序，以使測試更加靈活，進而滿足不同測試場合的需要。AT15000根據總線終端設備類型將測試分為RT測試、BM測試和BC測試三種，同時將每種測試分為很多個子測試項目，用戶可以通過腳本的形式來自由選擇測試項目和定義測試順序。在三種類型的測試中，除了RT的測試之外，BM和BC的測試需要受測設備的軟件配合，所以在測試BM和BC的時候，用戶需要編寫受測設備的軟件，用以配合測試儀的測試。
由于BM只具備總線監(jiān)聽的功能，所以測試儀無從知道BM當前的協議接收狀態(tài)。AT15000根據用戶的腳本配置，依照測試標準，將響應的總線消息依次發(fā)送到總線上，并在消息發(fā)送完畢后，將所發(fā)送的總線消息寫到測試報告中。測試完畢后，用戶需要將受測設備接收到的消息導出至PC機上。AT15000的上位機軟件“TESTMASTER”會根據兩份測試報告來分析BM的測試結果是否正確。
在測試BC之前，用戶需要根據AT15000的BC測試手冊編寫B(tài)C測試程序，用以配合AT15000的測試。另外AT15000也不對測試結果作出判斷，受測設備需自行判斷測試結果，并通過總線將測試結果發(fā)送給AT15000。
針對RT的測試，AT15000采用全自動方式，在發(fā)送相應的測試數據的同時，還會對測試結果作出正確與否的判斷。用戶只需在測試腳本中選擇所需要的測試項目，并定義好測試順序，同時給出AT15000要求的受測RT的參數（如RT地址、RT的合法接收命令、合法的發(fā)送命令等等）即可。
結論
鑒于MIL-STD-1553總線苛刻的應用場合，所以1553總線設備的測試也得務求詳盡，這樣才能保證總線系統的可靠運行，在測試中任何的疏忽和馬虎都會導致嚴重的后果。
經過先行者不斷地總結和歸納，1553總線的測試標準也日益嚴密，同時也給測試設備的研制帶來挑戰(zhàn)。研制出符合測試標準的測試設備是1553總線測試的前提，良好的測試設備不僅可以提高總線的測試效率，還能為總線設備的可靠性提供強有力的保障。
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