基于AFDX總線的端系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)

摘要：AFDX總線技術(shù)是目前航空機(jī)載設(shè)備交換式網(wǎng)絡(luò)的代表，也是近年來大型飛機(jī)航空機(jī)載設(shè)備首選的總線通信網(wǎng)絡(luò)。為了實(shí)現(xiàn)某設(shè)備AFDX總線主要功能和性能檢測(cè)，簡(jiǎn)要介紹了AFDX總線技術(shù)的基本原理與通信特點(diǎn)，通過使用VC++6．0軟件技術(shù)在工控機(jī)上集成了AFDX端系統(tǒng)測(cè)試功能，并給出了該技術(shù)在AFDX端系統(tǒng)上的測(cè)試結(jié)果。
關(guān)鍵詞：AFDX；端系統(tǒng)；測(cè)試技術(shù)；VC++6．0

    AFDX全稱為航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)(Avionics Full Duplex Switched Ethernet)，它是為在航空電子系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而定義的一種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，是基于ARINC 429和1553B基礎(chǔ)之上的一種總線通信協(xié)議規(guī)范(ARINC664 Part7)。隨著大飛機(jī)項(xiàng)目引入國(guó)內(nèi)，各種基于AFDX總線技術(shù)的設(shè)備研制正加速展開，雖然國(guó)外對(duì)AFDX總線技術(shù)有著較為成熟和系統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)，但僅限于物理層和網(wǎng)絡(luò)層，如何實(shí)現(xiàn)機(jī)載設(shè)備的功能和性能測(cè)試成為國(guó)內(nèi)目前AFDX研究的主要領(lǐng)域。

1 AFDX主要特點(diǎn)
    現(xiàn)代電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，對(duì)飛機(jī)的機(jī)載數(shù)據(jù)總線技術(shù)提出了更高的要求。AFDX網(wǎng)絡(luò)通過對(duì)傳統(tǒng)的以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，憑著其可虛鏈路技術(shù)，雙冗余管理，通信網(wǎng)絡(luò)延遲的可確定性等優(yōu)越的網(wǎng)絡(luò)通信性能，已成為新一代航空電子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。AFDX網(wǎng)絡(luò)源于以交換機(jī)為核心的交換式以太網(wǎng)，它與典型的以太網(wǎng)有著類似的組成和通信模式，但是由于其誕生之時(shí)起就面向航空電子設(shè)備，所以AFDX總線有著高安全性、確定性和可靠性，并形成了ARINC 664系列的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
1．1 虛鏈路技術(shù)
    在航電系統(tǒng)，AFDX終端一定需要通過一個(gè)VL進(jìn)行數(shù)據(jù)幀的交換，可以說VL是AFDX的通信基礎(chǔ)。Virtual Link(虛擬鏈路)是一個(gè)概念上的通信通道，每個(gè)VL都定義了一個(gè)邏輯上單向的連接，即從一個(gè)源端系統(tǒng)到一個(gè)或多個(gè)目的端系統(tǒng)。每一個(gè)VL在邏輯上是互相隔離的，而且每個(gè)VL都有專門的帶寬保證，多個(gè)VL的數(shù)據(jù)傳輸在有效的帶寬內(nèi)相互不影響，AFDX虛鏈路示意圖如圖1所示。

    由于航空機(jī)載設(shè)備要求通信的即時(shí)性和可靠性，為了避免在同一物理連接上不同虛鏈路之間的碰撞與干擾，AFDX總線技術(shù)引入了一種限制機(jī)制，從通信協(xié)議上控制了數(shù)據(jù)流，即通過限制每個(gè)虛鏈路上AFDX數(shù)據(jù)幀的傳輸速率和每個(gè)AFDX數(shù)據(jù)幀的大小。
1．2 冗余容錯(cuò)技術(shù)
    一個(gè)典型的AFDX端系統(tǒng)之間，必定有兩條獨(dú)立的物理路徑即ESA和ESB，這兩個(gè)ES終端組成了AFDX總線的數(shù)據(jù)傳輸途徑，如圖2所示，每幀數(shù)據(jù)都會(huì)從源ES終端同時(shí)通過兩路物理路徑傳輸?shù)侥康腅S終端，目的ES終端接收到第一個(gè)有效的幀后，立刻會(huì)上傳給應(yīng)用程序處理；當(dāng)目的ES終端一旦接收到一個(gè)有效數(shù)據(jù)幀后，后面相同順序號(hào)的幀就會(huì)被丟棄。

1．3 流速／流量控制技術(shù)
    在ES終端的數(shù)據(jù)幀傳輸過程中，每個(gè)VL的數(shù)據(jù)幀傳輸速率和數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度是受到AFDX系統(tǒng)應(yīng)用者的規(guī)劃AFDX網(wǎng)絡(luò)配置表靜態(tài)控制的。VL的流速／流量與BAG(Bandwidth Allocation Gap)、JITTER以及數(shù)據(jù)幀的最大長(zhǎng)度(Lmax)相關(guān)。
1．4 區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)
    由于航空網(wǎng)絡(luò)中對(duì)不同種類的數(shù)據(jù)服務(wù)的實(shí)時(shí)性和確定性有著不同的要求，一種是航空網(wǎng)絡(luò)中事件性質(zhì)數(shù)據(jù)，此類數(shù)據(jù)必須保證每條傳輸?shù)竭_(dá)，一種是航空網(wǎng)絡(luò)中周期性數(shù)據(jù)，此類數(shù)據(jù)只需保存最新狀態(tài)即可。針對(duì)此要求，AFDX網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)服務(wù)區(qū)分為采樣和隊(duì)列。前者數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度小于或等于VL的最大長(zhǎng)度，支持組播或單播，舊的信息將隨時(shí)被新的信息覆蓋；后者數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度最大為8 KB，在發(fā)送和接收過程中采用FIFO方式管理信息。

2 AFDX測(cè)試系統(tǒng)組成
    本次試驗(yàn)的核心目的是實(shí)現(xiàn)在VC++6．0圖形界面下，通過商用的AFDX仿真板卡和AFDX網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)某型帶AFDX總線端系統(tǒng)設(shè)備的功能測(cè)試與性能測(cè)試。這次試驗(yàn)使用的硬件資源主要包括AFDX網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、某型帶AFDX總線ES端系統(tǒng)設(shè)備、帶AFDX仿真卡的工控計(jì)算機(jī)，網(wǎng)線若干根，軟件包括VC++6．0軟件、AFDX仿真板卡驅(qū)動(dòng)和API函數(shù)，AFDX網(wǎng)絡(luò)配置表。試驗(yàn)的連接方式如圖3所示。

3 AFDX測(cè)試過程
    由于AFDX網(wǎng)絡(luò)具有靜態(tài)配置的特點(diǎn)，所以該AFDX總線測(cè)試系統(tǒng)硬件連接到位后，需要進(jìn)行以下步驟進(jìn)行AFDX終端收發(fā)測(cè)試：
    (1)設(shè)置AFDX終端發(fā)送方式，即為單一方式或冗余方式；
    (2)AFDX終端發(fā)送速率設(shè)置；
    (3)設(shè)置AFDX終端發(fā)送端口目的IP地址和源IP地址；
    (4)設(shè)置發(fā)送VL號(hào)和子VL號(hào)；
    (5)定義UDP源端口號(hào)和目的端口號(hào)；
    (6)定義AFDX終端的PORT ID號(hào)。
    通過以上方式來配置AFDX終端的網(wǎng)絡(luò)配置表，這樣就可以確定并配置好整個(gè)AFDX終端的發(fā)送網(wǎng)絡(luò)。在控制計(jì)算機(jī)的接收端，通過VC++ 6．0軟件編制的AFDX網(wǎng)絡(luò)收發(fā)測(cè)試程序，也需要通過與以上過程類似的網(wǎng)絡(luò)表配置。
    經(jīng)過上述的方法將AFDX終端測(cè)試系統(tǒng)搭建完成后，可以通過運(yùn)行相關(guān)程序，實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的收發(fā)測(cè)試，其中按照ARINC 664 Part7標(biāo)準(zhǔn)對(duì)AFDX端系統(tǒng)進(jìn)行多項(xiàng)的內(nèi)容測(cè)試，具體測(cè)試內(nèi)容如表1所示。

4 測(cè)試結(jié)果
    最終經(jīng)過運(yùn)行VC++6．0軟件編制的AFDX網(wǎng)絡(luò)收發(fā)測(cè)試程序，對(duì)AFDX端系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖4和圖5所示，此AFDX端系統(tǒng)的功能和性能指標(biāo)都經(jīng)過了嚴(yán)格的測(cè)試。

5 結(jié)語
    通過本文介紹基于AFDX仿真卡的AFDX總線端系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)，不僅能夠成功地測(cè)試AFDX網(wǎng)絡(luò)端系統(tǒng)，而且可以進(jìn)一步對(duì)航空設(shè)備的通信功能和性能進(jìn)行針對(duì)性測(cè)試，能夠更方便和準(zhǔn)確地服務(wù)于航空設(shè)備的各級(jí)檢測(cè)。