(1.中國人民解放軍第5720工廠,安徽 蕪湖 241007;2.安徽省航空設(shè)備測(cè)控與逆向工程實(shí)驗(yàn)室,安徽 蕪湖 241007)
國內(nèi)外飛機(jī)航空電子系統(tǒng)采用了多種總線來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間、模塊之間的互聯(lián),據(jù)JSF開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)綜合產(chǎn)品小組(OSAIIYF)對(duì)9種UAN高速總線分析和評(píng)審后,認(rèn)為航空電子環(huán)境光纖通道(FC-AE)最優(yōu)[1]。FC技術(shù)也是我國航空數(shù)據(jù)總線的研究和關(guān)注焦點(diǎn)[2]。航空維修系統(tǒng)開展了FC-AE-ASM協(xié)議的仿真測(cè)試網(wǎng)絡(luò)搭建,F(xiàn)C-AE通訊板卡的選定與應(yīng)用是重要內(nèi)容。本文以國外某型通訊板(板卡1)和國內(nèi)某型通訊板(板卡2)為研究對(duì)象,簡要對(duì)比了各自的功能和特點(diǎn),重點(diǎn)分析了其應(yīng)用軟件、配置及實(shí)例應(yīng)用。
文獻(xiàn)[3-8]主要研究FC網(wǎng)絡(luò)仿真及基于1553B的協(xié)議應(yīng)用,文獻(xiàn)[9-12]主要針對(duì)FC-AE-ASM協(xié)議進(jìn)行研究,但均未涉及FC-AE-ASM協(xié)議通信仿真測(cè)試系統(tǒng)及通訊板卡應(yīng)用研究。本文FC-AE-ASM協(xié)議仿真測(cè)試平臺(tái)主要由1臺(tái)FC-AE交換機(jī),4個(gè)FC-AE-ASM節(jié)點(diǎn)、1臺(tái)FC-AE-ASM協(xié)議分析儀、1臺(tái)配置管理工作站和若干分光器、傳輸電纜等組成。其中,臺(tái)式FC-AE交換機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心,支持FC-AE-ASM全網(wǎng)數(shù)據(jù)交換,提供外部數(shù)據(jù)監(jiān)控和存儲(chǔ)接口;FC-AE-ASM節(jié)點(diǎn)(通訊板卡+工作站)是系統(tǒng)的基礎(chǔ),提供多路收發(fā)仿真功能;臺(tái)式FC-AE-ASM協(xié)議分析儀是系統(tǒng)分析的重要工具,主要監(jiān)控分析FC網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù);分光器實(shí)現(xiàn)通訊鏈路的交聯(lián);配置管理機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)交換機(jī)配置管理。測(cè)試系統(tǒng)的架構(gòu)框圖如圖1所示。
圖1 FC-AE-ASM協(xié)議仿真測(cè)試平臺(tái)
板卡1是國外公司生產(chǎn)用于FC-AE的主要產(chǎn)品,采用PCIe標(biāo)準(zhǔn)接口,支持雙路光纖模塊。主要功能和特點(diǎn)有:1)完全遵循FC-AE-ASM光纖通信協(xié)議規(guī)范;2)提供2個(gè)FC端口,采用光纖SFP接口形式,可以作為2個(gè)獨(dú)立端口使用,也可以作為1對(duì)冗余端口使用;3)支持1 G、2 G通信速率;4)支持XMC接口的4×PCIe總線接口;5)支持Windows操作系統(tǒng);6)支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、仲裁環(huán)和交換式通信方式;7)配備有專門的仿真分析軟件等。
板卡2是一款國內(nèi)公司研發(fā)的高性能仿真測(cè)試FC-AE終端網(wǎng)卡,主要功能和特點(diǎn)有:一是支持XMC接口的4 Lanes PCIe總線接口;二是支持雙路SFP光學(xué)模塊,三是支持1 G可擴(kuò)展至2 G通信速率;四是支持FC-AE-ASM協(xié)議;五是支持點(diǎn)到點(diǎn)和交換式通信方式;六是支持4級(jí)優(yōu)先級(jí),至少128個(gè)非數(shù)據(jù)塊和8條數(shù)據(jù)塊;七是支持隱式登陸;八是支持FC協(xié)議Class3類服務(wù);九是運(yùn)行Windows操作系統(tǒng),提供有相應(yīng)的應(yīng)用軟件等。
兩款板卡對(duì)比情況見表1。兩款板卡相同項(xiàng)有:1)采用支持XMC接口的4×PCIe總線接口;2)完全遵循FC-AE-ASM協(xié)議規(guī)范;3)提供2個(gè)FC端口,采用光纖SFP接口形式(2獨(dú)立/1對(duì)冗余端口);4)支持1 G、2 G通信速率;主要差異的主要有:1)仿真分析軟件不同;2)支持的操作系統(tǒng)不同,前者支持32位和64位Windows7,而后者只支持32位;3)通信方式不同,前者支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、仲裁環(huán)和交換式三種,而后者只是支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和交換式兩種。
表1 兩款通訊板卡對(duì)比情況
板卡1對(duì)應(yīng)的仿真分析軟件能夠?yàn)榻涌诳ㄌ峁┲庇^的圖形化交至界面,主要功能有:一是提供數(shù)據(jù)采集、分析、時(shí)間戳解析顯示;二是采集時(shí)戳分辨率可達(dá)到10 ns;三是提供統(tǒng)計(jì)信息功能;四是可以全面控制發(fā)送內(nèi)容,包括幀頭、幀負(fù)載、順序、幀間隙等;五是支持實(shí)時(shí)訪問捕獲數(shù)據(jù)等功能。
仿真分析軟件運(yùn)行后主界面提供了仿真、分析數(shù)據(jù)流的狀態(tài)顯示,IRIG-B時(shí)間和每個(gè)端口的觸發(fā)狀態(tài),并可同步開始或暫停每個(gè)端口的數(shù)據(jù)傳輸。軟件支持板卡設(shè)置、接收設(shè)置、發(fā)送設(shè)置和數(shù)據(jù)修改設(shè)置功能。
板卡設(shè)置界面包括有資源信息和板卡模式/端口控制兩個(gè)區(qū)。資源信息區(qū)主要顯示已經(jīng)安裝的板卡模塊(R_ID、端口數(shù)量、類型等)、端口(名稱、R_ID和觸發(fā)模式等)和客戶端(服務(wù)器、用戶端、應(yīng)用軟件等)的信息。板卡模式/端口控制區(qū)可對(duì)各板卡進(jìn)行操作,模塊設(shè)置主要有端口鏈路、工作方式、燈標(biāo)、IRIG-B模式等。
其中,端口鏈路和工作方式設(shè)置尤其至關(guān)重要,其兩者可以組合成多種應(yīng)用策略,適用于不同的仿真測(cè)試環(huán)境要求。在模塊使用過程中,首先需要對(duì)模塊端口鏈路進(jìn)行設(shè)置,其工作模式主要有以下四種:1)內(nèi)循環(huán)模式,不通過端口發(fā)送和接收數(shù)據(jù),只用于自發(fā)自收,可檢查模塊自身的收發(fā)功能;2)串聯(lián)模式,主要通過端口0輸入串聯(lián)至端口1輸出,或者通過端口1輸入串聯(lián)至端口0輸出,用于對(duì)已明確連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行仿真或分析功能;3)點(diǎn)到點(diǎn)模式,用于接收相同端口和響應(yīng)外部節(jié)點(diǎn)接口;4)高級(jí)模式,主要用于特定功能測(cè)試。模塊工作方式總體來說,有單功能(分析或仿真)、多功能(分析和仿真)、故障注入等方式,其與板卡的模塊型號(hào)和軟件模塊的選取有關(guān),針對(duì)不同的板卡和軟件功能模塊,所能夠選定的工作方式也有所不同。燈標(biāo)和IRIG-B模式設(shè)置主要根據(jù)操作者的具體環(huán)境來定,其設(shè)置比較簡便。端口設(shè)置主要是對(duì)模塊各端口進(jìn)行控制,主要有使能、傳輸速率、接收和發(fā)送存儲(chǔ)器緩存等。
當(dāng)模塊工作模式和方式確定,選定工作端口后,針對(duì)不同的功能,還需要進(jìn)行具體的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)置。接收設(shè)置主要是對(duì)接收觸發(fā)條件、接收數(shù)據(jù)過濾和外部觸發(fā)進(jìn)行設(shè)置,主要用于分析方式;發(fā)送設(shè)置主要是對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)、發(fā)送優(yōu)先級(jí)、端口拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、流控制進(jìn)行設(shè)置,主要用于仿真方式;數(shù)據(jù)修改設(shè)置主要是根據(jù)用戶定義對(duì)接收到的數(shù)據(jù)流進(jìn)行修改,包括插入新的數(shù)據(jù)、修改幀和有序序列,刪除或替換現(xiàn)有的數(shù)據(jù)幀等,并將修改后的幀再傳輸,主要用于故障注入功能。各功能具體設(shè)置內(nèi)容較多,在此由于篇幅原因,不再詳細(xì)介紹。
板卡2應(yīng)用軟件安裝完成后,將會(huì)生成服務(wù)器FC_View(Server)和客戶端FC_View(Client) 兩個(gè)軟件。啟動(dòng)服務(wù)器軟件后,分別打印顯示板卡的啟動(dòng)調(diào)試信息、運(yùn)行環(huán)境消息、網(wǎng)絡(luò)信息,工作狀態(tài)信息等。啟動(dòng)客戶端軟件后,將顯示軟件所支持的任務(wù)插件,如果選擇“FC-AE正常模式”啟動(dòng)任務(wù),加載成功后將彈出軟件主界面,當(dāng)服務(wù)器和客戶端在不同的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí),將要輸入FC_View服務(wù)器的IP地址;當(dāng)服務(wù)器與客戶端在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí),可以選擇“連接本機(jī)”選項(xiàng)后,客戶端成功連接服務(wù)器后,在配置區(qū)顯示服務(wù)器及其板卡,然后進(jìn)入FC-AE正常模式。軟件提供了配置板卡、數(shù)據(jù)發(fā)送接收及查看、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。
客戶端軟件工程配置是對(duì)板卡的配置表屬性進(jìn)行設(shè)置,其配置格式基于XML。配置信息主要有修改板卡屬性、增加/刪除端口、修改端口屬性、配置發(fā)送數(shù)據(jù)等。修改板卡屬性可以進(jìn)行工作模式、速率、觸發(fā)模式選擇設(shè)置,并且可以查看端口連接和光模塊的狀態(tài)。增加/刪除端口主要是在配置模式下,選中板卡后可以增加或刪除端口。修改端口屬性主要是對(duì)端口的ID、類型、方向、源地址標(biāo)識(shí)符(S_ID)、目標(biāo)地址標(biāo)識(shí)符(D_ID)、使能、ASM端口及消息標(biāo)識(shí)符(Msg_ID)進(jìn)行配置。配置發(fā)送數(shù)據(jù)是在端口為發(fā)送時(shí),修改數(shù)據(jù)發(fā)送策略、次數(shù)、間隔和幀長度。
任務(wù)工程配置完成后,通過操作開始按鈕,板卡將進(jìn)行發(fā)送和接收數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)界面可以查看數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況,若詳細(xì)查看接收數(shù)據(jù),可以通過數(shù)據(jù)視圖進(jìn)行顯示切換,接收的數(shù)據(jù)將以幀的形式逐行顯示,具體有數(shù)據(jù)幀的序號(hào)、端口ID、時(shí)間戳、S_ID、D_ID、Msg_ID、信息類型和幀長度等。同時(shí),顯示16進(jìn)制數(shù)據(jù)幀的具體內(nèi)容。當(dāng)完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收后,通過控制終止按鈕結(jié)束其工作。為了實(shí)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)能夠事后查看,系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。當(dāng)系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)后,開始將數(shù)據(jù)記錄在文件中。存儲(chǔ)文件是以一種索引+數(shù)據(jù)幀的格式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ),方便數(shù)據(jù)的查看。
板卡1提供了驅(qū)動(dòng)包和應(yīng)用軟件包,在軟件安裝過程中,出現(xiàn)了一些狀況,值得說明一下。板卡安裝的主機(jī)為Z840工作站,該工作站配置為8 G內(nèi)存,操作系統(tǒng)為64位Windows7。安裝板卡1的64位Windows7版驅(qū)動(dòng)程序時(shí),出現(xiàn)了錯(cuò)誤信息,提示內(nèi)容一是不能打開服務(wù)控制器,確認(rèn)是否以管理者權(quán)限運(yùn)行;二是板卡驅(qū)動(dòng)初始化失敗。為此,針對(duì)錯(cuò)誤提示內(nèi)容,采取了一些措施,逐一驗(yàn)證排除,通過如圖2所示的工作流程后,最終完成了板卡1的驅(qū)動(dòng)及應(yīng)用程序的成功安裝。
圖2 板卡1驅(qū)動(dòng)安裝處理工作流程
首先,確認(rèn)排除了由于管理者身份操控的問題;其次,確定并安裝板卡支持64位Windows7操作系統(tǒng),選擇安裝的64位Windows7驅(qū)動(dòng)包,顯示安裝不成功,提示相同的錯(cuò)誤信息;再次,將工作站的操作系統(tǒng)改為32位Windows7,并且選擇32位驅(qū)動(dòng)包安裝,提示安裝成功;最后,恢復(fù)64位Windows7操作系統(tǒng),并將主板與硬盤之間的SATA接口進(jìn)行了調(diào)整,由原8個(gè)端口排列的端口改接至6個(gè)端口排列的端口后,安裝64位驅(qū)動(dòng),顯示一切正常,提示安裝成功。在驅(qū)動(dòng)未安裝成功時(shí),運(yùn)行應(yīng)用程序時(shí),系統(tǒng)無法正常工作,并且顯示錯(cuò)誤提示。
通過以上安裝實(shí)踐過程,驗(yàn)證了板卡1能夠支持32位和64位的Windows7操作系統(tǒng)。同時(shí),也說明了板卡1所處的支持環(huán)境不同時(shí),有可能遇到新問題。
采用如圖3所示的連接方式,將板卡1 的Port0作為接收端、Port1作為發(fā)送端,同時(shí),將板卡2 的PortA作為發(fā)送端、PortB作為接收端,形成發(fā)送和接收回路的測(cè)試策略,從而驗(yàn)證兩板卡之間的通訊功能。
圖3 應(yīng)用實(shí)例連接示意圖
按照設(shè)定的連接接口關(guān)系,分別在板卡對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序中進(jìn)行模塊設(shè)置、數(shù)據(jù)發(fā)送、接收及查看等,實(shí)現(xiàn)了板卡1與板卡2之間的數(shù)據(jù)互通。以板卡2的PortA作為數(shù)據(jù)源發(fā)送端,首發(fā)FC-AE-ASM協(xié)議幀數(shù)據(jù),經(jīng)板卡1的 Port0接收數(shù)據(jù)后,利用板卡1的串聯(lián)模式,在其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā),再由板卡1的 Port1發(fā)送,最后,數(shù)據(jù)由板卡2的PortB接收,從而驗(yàn)證兩板卡的收發(fā)功能及工作模式和方式的設(shè)置功能是否正常。具體板卡設(shè)置及測(cè)試過程有:
1)板卡1的設(shè)置,在操作界面上將板卡1的連接配置設(shè)置為In-Link(即Port0的接收機(jī)在內(nèi)部直接與Port1的發(fā)送機(jī)相連),工作方式設(shè)置為Analyzer,端口速率設(shè)置為1 G,其它默認(rèn)。
2)板卡2的設(shè)置,添加Port1、Port2兩個(gè)端口,Port1的傳輸方向設(shè)置為發(fā)送,與PortA關(guān)聯(lián),發(fā)送數(shù)據(jù)為ASM幀,S_ID為1,D_ID為2,Msg_ID為2,幀數(shù)據(jù)域自定義,其它默認(rèn);Port2的傳輸方向設(shè)置為接收,與PortB關(guān)聯(lián),將端口傳輸速率設(shè)置為1G,其它默認(rèn)。
3)打開板卡1與板卡2,板卡1的Port0、Port1分別處于數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài);板卡2的PortB、PortA分別處于數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)。
4)完成互通,雙方均顯示接收到數(shù)據(jù)后,停止板卡1與板卡2的工作,板卡1的數(shù)據(jù)監(jiān)控界面如圖4所示,通過對(duì)比圖中Port0接收到的ASM幀和板卡2PortA發(fā)送的數(shù)據(jù)后,發(fā)現(xiàn)板卡1接收的數(shù)據(jù)與板卡2發(fā)送的數(shù)據(jù)一致。板卡2的數(shù)據(jù)視圖如圖5所示,分析板卡2中的接收到的數(shù)據(jù)后,發(fā)現(xiàn)板卡2PortB接收到的數(shù)據(jù)也有PortA發(fā)送的數(shù)據(jù)一致。
通過對(duì)圖4和圖5中的數(shù)據(jù)進(jìn)行查看,顯示出對(duì)應(yīng)的S_ID、D_ID、Msg_ID、信息類型和幀長度等內(nèi)容,說明兩板卡均實(shí)現(xiàn)了對(duì)ASM協(xié)議的解析功能。
圖4 板卡1的數(shù)據(jù)監(jiān)控界面
圖5 板卡2的數(shù)據(jù)監(jiān)控界面
通過基于FC-AE-ASM協(xié)議的國內(nèi)外通訊板卡的對(duì)比及應(yīng)用研究,兩種板卡均能滿足FC-AE-ASM協(xié)議仿真測(cè)試平臺(tái)通訊功能的要求,且各自的特點(diǎn)也顯現(xiàn):板卡1功能強(qiáng)大、資源開放、應(yīng)用靈活,設(shè)計(jì)操作復(fù)雜,對(duì)人員的要求高;板卡2功能合理、資源局部開放、應(yīng)用方便,更貼近應(yīng)用工程,操作方便,容易進(jìn)行二次開發(fā)。FC總線已成為重要的機(jī)載航空總線,隨著新機(jī)不斷服役,F(xiàn)C總線的修理仿真測(cè)試研究將逐漸增多。通訊板卡應(yīng)用研究作為FC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)仿真測(cè)試平臺(tái)關(guān)鍵內(nèi)容之一,在為完成FC網(wǎng)絡(luò)修理做好技術(shù)儲(chǔ)備的同時(shí),也為后續(xù)相關(guān)研究選擇通訊板卡提供了借鑒,其價(jià)值在維修保障技術(shù)中將不斷體現(xiàn)出來。
[1] 孫 琦,吳 勇,鄭 昕,等.光纖通道技術(shù)在統(tǒng)一航空電子網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J].通信技術(shù),2009(5):80-82.
[2] 丁 凡,熊華鋼,宋麗茹.FC-AE-1553網(wǎng)絡(luò)的建模仿真研究 [J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2008,44(31): 20-24.
[3] 黃永葵.光纖通道標(biāo)準(zhǔn)及其在航空電子中的應(yīng)用[J].航空電子技術(shù),2003,34(4): 1-12.
[4] 徐亞軍,張曉林,熊華鋼.光纖通道網(wǎng)絡(luò)故障處理方法研究[J].電光與控制,2007,14(2):119-122.
[5] 周天然,宋麗茹,熊華鋼,等.航空電子環(huán)境下FC網(wǎng)絡(luò)的建模與仿真[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),2008,34(10): 1117-1120.
[6] 劉 鑫,陸文娟.光纖通道在航空電子環(huán)境的應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)研究[J].光通信技術(shù),2006(4): 55-58.
[7] 李 浩,周 東.光纖通道上映射MIL-STD-1553協(xié)議 [J].光纖數(shù)據(jù)通信,2005(8): 53-55.
[8] 劉 飛.光纖通道在基于MIL-STD-1553的航空電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J].飛機(jī)設(shè)計(jì),2007,27(3): 75-80.
[9] 胡 辛,李紅軍,曹鬧昌,等.航空電子數(shù)據(jù)總線技術(shù)研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2010,325(14): 96-98.
[10] 丁 凡,宋麗茹,熊華鋼.FC-AE-ASM網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送控制算法研究[J].電子與信息學(xué)報(bào),2009,31(6): 1509-1512.
[11] 楊媛媛,武 健,武 華.一種面向FC-AE-ASM網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)監(jiān)控存儲(chǔ)方案設(shè)計(jì) [J].電子技術(shù),2015,(6): 79-82.
[12] 付中培,吳 勇,張建東,等.FC-AE-ASM網(wǎng)絡(luò)調(diào)度算法研究 [J].現(xiàn)代電子技術(shù),2011,34(6): 108-111.