文獻標識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2016.06.006
中文引用格式: 張玲,田瑞龍,楊程理,等. 1394總線仿真系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)應用,2016,42(6):21-24.
英文引用格式: Zhang Ling,Tian Ruilong,Yang Chengli,et al. Design and implementation of 1394 simulation system[J].Application of Electronic Technique,2016,42(6):21-24.
0 引言
仿真系統(tǒng)作為總線系統(tǒng)驗證與應用的關鍵環(huán)節(jié),對于機載總線網(wǎng)絡研制的重要性不言而喻。全面可靠的總線仿真系統(tǒng)不僅可以提高系統(tǒng)設計效率,降低研發(fā)成本,而且可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的潛在問題,完善系統(tǒng)設計,進而全面系統(tǒng)地建立機載總線網(wǎng)絡的綜合化仿真平臺[1]。
本文在深入解讀、分析和研究1394總線協(xié)議的基礎上,結(jié)合型號需求,提出一種1394總線仿真系統(tǒng)設計方案。下文對1394總線仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)、網(wǎng)絡配置、系統(tǒng)管理等功能模塊進行詳細闡述。
1 系統(tǒng)功能
1394總線仿真系統(tǒng)用于在地面環(huán)境下對1394總線進行仿真測試,通過分析航空重點型號的研制需求及1394總線系統(tǒng)特性,設計仿真系統(tǒng)驗證環(huán)境及測試方法,實現(xiàn)對1394總線系統(tǒng)特性及總線產(chǎn)品性能的驗證。由1394仿真測試設備搭建的1394總線仿真系統(tǒng)可以對1394總線產(chǎn)品進行測試,主要包括系統(tǒng)功能測試和系統(tǒng)可靠性測試。測試方法及主要內(nèi)容如表1所示。
2 系統(tǒng)設計
1394總線仿真系統(tǒng)實現(xiàn)了1394總線拓撲搭建、網(wǎng)絡配置、系統(tǒng)仿真、數(shù)據(jù)監(jiān)控及網(wǎng)絡管理等功能,下面將從1394總線系統(tǒng)的各功能部分進行詳細介紹。
2.1 系統(tǒng)搭建
1394總線仿真系統(tǒng)是在充分理解1394協(xié)議的基礎上,結(jié)合型號需求及總線系統(tǒng)特性進行仿真原型設計的。該仿真系統(tǒng)采用環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)設計,一個典型的1394總線仿真系統(tǒng)主要由一個控制計算機(Control Computer,CC)、多個遠程節(jié)點(Remote Node,RN)、中繼器、仿真卡、總線分析儀和1394連接線纜組成,如圖1所示。
1394總線仿真系統(tǒng)應用中各設備的主要特點及功能如表2所示。
系統(tǒng)搭建過程中必須包含CC節(jié)點和RN節(jié)點。CC節(jié)點在總線系統(tǒng)中作為控制管理計算機,主要完成總線系統(tǒng)管理和實現(xiàn)總線通信;RN節(jié)點作為系統(tǒng)遠程節(jié)點,協(xié)助CC節(jié)點實現(xiàn)總線系統(tǒng)通信工作。CC節(jié)點通過固定幀周期發(fā)送STOF包實現(xiàn)總線同步,利用STOF包負載內(nèi)容完成系統(tǒng)管理指令的發(fā)布,通過周期消息和事件消息完成與RN的數(shù)據(jù)交互。RN節(jié)點在系統(tǒng)中接收STOF包,通過發(fā)送異步流消息向CC上報自身狀態(tài)并完成信息交互。
2.2 系統(tǒng)配置
為提高1394總線系統(tǒng)的高確定性,一般利用系統(tǒng)靜態(tài)預分配的方式以提供保障。系統(tǒng)靜態(tài)預分配指通過網(wǎng)絡通信配置表對總線系統(tǒng)預設定。
1394總線的高確定性主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡拓撲預配置、STOF同步、靜態(tài)分配通道、預分配帶寬等方面。網(wǎng)絡拓撲具有唯一性,在整個總線系統(tǒng)生命周期內(nèi)不允許被改變。STOF同步在總線系統(tǒng)中由控制計算機按照固定幀周期發(fā)送STOF包進行廣播,遠程節(jié)點在接收到STOF包之后開始本周期的總線通信活動。設備通道號在總線系統(tǒng)中也是唯一確定的,每個設備獨立使用一個通道號,在1394總線系統(tǒng)中一共具有64個通道,通道號為0~63,其中通道號“31”作為STOF包的使用通道,通道號“0”作為控制計算機的使用通道,剩余通道作為遠程節(jié)點的使用通道。總線帶寬在系統(tǒng)應用中起著重要作用,反映了該系統(tǒng)總線的利用率。
系統(tǒng)靜態(tài)預分配的具體實現(xiàn)方式由總線配置表完成。在總線配置表中確定CC為根節(jié)點,設置使用通道為0通道,以保證在系統(tǒng)通信過程中根節(jié)點不被更改。總線配置表中設定STOF包的幀周期以及周期門限值,配合控制計算機發(fā)送STOF包,從而完成整個總線系統(tǒng)周期同步??偩€系統(tǒng)中所有消息均采用“點對點”的通信方式,即:每個設備在系統(tǒng)中唯一確定。為確定設備在系統(tǒng)中唯一性,可通過在總線配置表中設定目的通道號解決這一問題。確定設備后,可根據(jù)該設備在系統(tǒng)中使用的角色,在總線配置表中設定消息的消息數(shù)目、消息大小、消息發(fā)送時間,從而對總線帶寬進行預分配。
總線配置表在1394總線系統(tǒng)中起著至關重要的作用。在對復雜的配置表進行設計時過多的人工參與,在很大程度增加人為因素引入故障概率。為解決這一問題,開發(fā)了總線配置工具,如圖2所示。其可在減少人工參與的情況下,自動生成總線配置表并對其配置內(nèi)容進行合理性進行檢驗,預先發(fā)現(xiàn)潛在錯誤,縮短網(wǎng)絡驗證周期。
2.3 系統(tǒng)管理
1394總線系統(tǒng)管理是指控制計算機對整個系統(tǒng)網(wǎng)絡的狀態(tài)進行控制管理,主要包括通道故障邏輯、系統(tǒng)模式和網(wǎng)絡管理等。
通道故障邏輯和系統(tǒng)模式一般用于多余度控制計算機中,進行余度控制計算機的有效性、計算機的狀態(tài)、計算機管理模式管理。各余度CC之間利用交叉通道數(shù)據(jù)鏈路(Cross Channel Data Link,CCDL)進行消息表決,在表決過程中出現(xiàn)不一致時,由通道故障邏輯進行裁決,進行CC之間的交互,并向上層應用上報自身的狀態(tài)信息,以達到控制管理系統(tǒng)的信息共享,從而提高系統(tǒng)的安全性[2,3]。
網(wǎng)絡管理主要通過修改和約束異步流消息實現(xiàn)??刂朴嬎銠C通過發(fā)送STOF包和WDT加載消息控制遠程節(jié)點上下網(wǎng)狀態(tài)。遠程節(jié)點根據(jù)應用需求通過發(fā)送請求上網(wǎng)消息請求上網(wǎng),并周期發(fā)送生命消息上報自身節(jié)點信息,待系統(tǒng)中的遠程節(jié)點處于上網(wǎng)之后可通過異步流消息與主機進行信息交互。其中網(wǎng)絡管理方案具體流程如圖3所示。
2.4 系統(tǒng)監(jiān)控
系統(tǒng)監(jiān)控是通過監(jiān)控設備對1394總線系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)監(jiān)控,監(jiān)控的總線數(shù)據(jù)可用于重要數(shù)據(jù)備份或者故障數(shù)據(jù)分析??偩€系統(tǒng)中一般利用中繼設備將數(shù)據(jù)分流,引入監(jiān)控設備進行實時數(shù)據(jù)監(jiān)控,這種監(jiān)控方式可以真實地反映系統(tǒng)中的通信情況,同時不影響總線系統(tǒng)中其他節(jié)點的正常通信。由于總線系統(tǒng)中通信數(shù)據(jù)量巨大,監(jiān)控設備不能完全監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù),通常選取其中重要的數(shù)據(jù)進行監(jiān)控、存儲,以便后續(xù)進行分析。
2.5 系統(tǒng)驗證與仿真
總線系統(tǒng)在設計完成之后必須通過全面的驗證與仿真,排除系統(tǒng)設計中缺陷與異常,從而提高系統(tǒng)安全與健壯性。
系統(tǒng)驗證過程中應按照自下而上的方式進行,首先驗證系統(tǒng)中各設備節(jié)點的功能是否正確,然后驗證其系統(tǒng)功能是否滿足應用需求。各設備節(jié)點在實現(xiàn)的過程中均通過了協(xié)議符合性測試,因此在進行設備節(jié)點功能驗證時,開發(fā)對應設備的功能測試用例。各設備節(jié)點功能測試用例如表3所示。
各設備節(jié)點功能驗證完成后,可進行系統(tǒng)功能驗證。系統(tǒng)功能驗證時應依據(jù)系統(tǒng)需求進行驗證用例設計,從而完成系統(tǒng)功能的驗證。
系統(tǒng)仿真是利用仿真節(jié)點在地面與控制計算機、遠程節(jié)點以及監(jiān)控設備的虛擬仿真功能,提高系統(tǒng)設計的正確性。系統(tǒng)仿真可用于產(chǎn)品研制的全過程,為產(chǎn)品數(shù)學仿真和物理仿真提供激勵及工作環(huán)境。通過設計驗證環(huán)境和用例對1394總線系統(tǒng)或者某單一1394產(chǎn)品進行驗證,預先發(fā)現(xiàn)潛在故障,縮短產(chǎn)品研發(fā)周期,節(jié)省產(chǎn)品研發(fā)成本[1]。
3 結(jié)論
該仿真系統(tǒng)已在國內(nèi)包括航空、航天地面仿真測試及試驗環(huán)境中廣泛應用,可完成系統(tǒng)/子系統(tǒng)/部組件的建模/仿真、控制律設計相關的建模/仿真、試驗設施相關的建模/仿真、虛擬飛行等工作,同時可提供全機模擬試驗和機上在線試驗,為飛管系統(tǒng)、航電系統(tǒng)綜合聯(lián)試提供便捷、高效的測試平臺,大大推進了型號進展[1]。
參考文獻
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