(1.中國人民解放軍第5720工廠,安徽 蕪湖 241007;2.安徽省航空設備測控與逆向工程實驗室,安徽 蕪湖 241007)
國內(nèi)外飛機航空電子系統(tǒng)采用了多種總線來實現(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)構綜合產(chǎn)品小組(OSAIIYF)對9種UAN高速總線分析和評審后,認為航空電子環(huán)境光纖通道(FC-AE)最優(yōu)[1]。FC技術也是我國航空數(shù)據(jù)總線的研究和關注焦點[2]。航空維修系統(tǒng)開展了FC-AE-ASM協(xié)議的仿真測試網(wǎng)絡搭建,F(xiàn)C-AE通訊板卡的選定與應用是重要內(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)為研究對象,簡要對比了各自的功能和特點,重點分析了其應用軟件、配置及實例應用。
文獻[3-8]主要研究FC網(wǎng)絡仿真及基于1553B的協(xié)議應用,文獻[9-12]主要針對FC-AE-ASM協(xié)議進行研究,但均未涉及FC-AE-ASM協(xié)議通信仿真測試系統(tǒng)及通訊板卡應用研究。本文FC-AE-ASM協(xié)議仿真測試平臺主要由1臺FC-AE交換機,4個FC-AE-ASM節(jié)點、1臺FC-AE-ASM協(xié)議分析儀、1臺配置管理工作站和若干分光器、傳輸電纜等組成。其中,臺式FC-AE交換機是整個系統(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)控和存儲接口;FC-AE-ASM節(jié)點(通訊板卡+工作站)是系統(tǒng)的基礎,提供多路收發(fā)仿真功能;臺式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)絡數(shù)據(jù);分光器實現(xiàn)通訊鏈路的交聯(lián);配置管理機實現(xiàn)對交換機配置管理。測試系統(tǒng)的架構框圖如圖1所示。
圖1 FC-AE-ASM協(xié)議仿真測試平臺
板卡1是國外公司生產(chǎn)用于FC-AE的主要產(chǎn)品,采用PCIe標準接口,支持雙路光纖模塊。主要功能和特點有:1)完全遵循FC-AE-ASM光纖通信協(xié)議規(guī)范;2)提供2個FC端口,采用光纖SFP接口形式,可以作為2個獨立端口使用,也可以作為1對冗余端口使用;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)支持點對點、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)的高性能仿真測試FC-AE終端網(wǎng)卡,主要功能和特點有:一是支持XMC接口的4 Lanes PCIe總線接口;二是支持雙路SFP光學模塊,三是支持1 G可擴展至2 G通信速率;四是支持FC-AE-ASM協(xié)議;五是支持點到點和交換式通信方式;六是支持4級優(yōu)先級,至少128個非數(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;九是運行Windows操作系統(tǒng),提供有相應的應用軟件等。
兩款板卡對比情況見表1。兩款板卡相同項有: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FC端口,采用光纖SFP接口形式(2獨立/1對冗余端口);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,前者支持點對點、仲裁環(huán)和交換式三種,而后者只是支持點對點和交換式兩種。
表1 兩款通訊板卡對比情況
板卡1對應的仿真分析軟件能夠為接口卡提供直觀的圖形化交至界面,主要功能有:一是提供數(shù)據(jù)采集、分析、時間戳解析顯示;二是采集時戳分辨率可達到10 ns;三是提供統(tǒng)計信息功能;四是可以全面控制發(fā)送內(nèi)容,包括幀頭、幀負載、順序、幀間隙等;五是支持實時訪問捕獲數(shù)據(jù)等功能。
仿真分析軟件運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時間和每個端口的觸發(fā)狀態(tài),并可同步開始或暫停每個端口的數(shù)據(jù)傳輸。軟件支持板卡設置、接收設置、發(fā)送設置和數(shù)據(jù)修改設置功能。
板卡設置界面包括有資源信息和板卡模式/端口控制兩個區(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(服務器、用戶端、應用軟件等)的信息。板卡模式/端口控制區(qū)可對各板卡進行操作,模塊設置主要有端口鏈路、工作方式、燈標、IRIG-B模式等。
其中,端口鏈路和工作方式設置尤其至關重要,其兩者可以組合成多種應用策略,適用于不同的仿真測試環(huán)境要求。在模塊使用過程中,首先需要對模塊端口鏈路進行設置,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,用于對已明確連接節(jié)點進行仿真或分析功能;3)點到點模式,用于接收相同端口和響應外部節(jié)點接口;4)高級模式,主要用于特定功能測試。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和軟件模塊的選取有關,針對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。燈標和IRIG-B模式設置主要根據(jù)操作者的具體環(huán)境來定,其設置比較簡便。端口設置主要是對模塊各端口進行控制,主要有使能、傳輸速率、接收和發(fā)送存儲器緩存等。
當模塊工作模式和方式確定,選定工作端口后,針對不同的功能,還需要進行具體的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的設置。接收設置主要是對接收觸發(fā)條件、接收數(shù)據(jù)過濾和外部觸發(fā)進行設置,主要用于分析方式;發(fā)送設置主要是對發(fā)送數(shù)據(jù)、發(fā)送優(yōu)先級、端口拓撲結(jié)構、流控制進行設置,主要用于仿真方式;數(shù)據(jù)修改設置主要是根據(jù)用戶定義對接收到的數(shù)據(jù)流進行修改,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。各功能具體設置內(nèi)容較多,在此由于篇幅原因,不再詳細介紹。
板卡2應用軟件安裝完成后,將會生成服務器FC_View(Server)和客戶端FC_View(Client) 兩個軟件。啟動服務器軟件后,分別打印顯示板卡的啟動調(diào)試信息、運行環(huán)境消息、網(wǎng)絡信息,工作狀態(tài)信息等。啟動客戶端軟件后,將顯示軟件所支持的任務插件,如果選擇“FC-AE正常模式”啟動任務,加載成功后將彈出軟件主界面,當服務器和客戶端在不同的計算機上運行時,將要輸入FC_View服務器的IP地址;當服務器與客戶端在同一臺計算機運行時,可以選擇“連接本機”選項后,客戶端成功連接服務器后,在配置區(qū)顯示服務器及其板卡,然后進入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)存儲等功能。
客戶端軟件工程配置是對板卡的配置表屬性進行設置,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行工作模式、速率、觸發(fā)模式選擇設置,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端口的ID、類型、方向、源地址標識符(S_ID)、目標地址標識符(D_ID)、使能、ASM端口及消息標識符(Msg_ID)進行配置。配置發(fā)送數(shù)據(jù)是在端口為發(fā)送時,修改數(shù)據(jù)發(fā)送策略、次數(shù)、間隔和幀長度。
任務工程配置完成后,通過操作開始按鈕,板卡將進行發(fā)送和接收數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計界面可以查看數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況,若詳細查看接收數(shù)據(jù),可以通過數(shù)據(jù)視圖進行顯示切換,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、端口ID、時間戳、S_ID、D_ID、Msg_ID、信息類型和幀長度等。同時,顯示16進制數(shù)據(jù)幀的具體內(nèi)容。當完成數(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。為了實現(xiàn)接收數(shù)據(jù)能夠事后查看,系統(tǒng)設計數(shù)據(jù)存儲功能。當系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)后,開始將數(shù)據(jù)記錄在文件中。存儲文件是以一種索引+數(shù)據(jù)幀的格式進行數(shù)據(jù)存儲,方便數(shù)據(jù)的查看。
板卡1提供了驅(qū)動包和應用軟件包,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)動程序時,出現(xiàn)了錯誤信息,提示內(nèi)容一是不能打開服務控制器,確認是否以管理者權限運行;二是板卡驅(qū)動初始化失敗。為此,針對錯誤提示內(nèi)容,采取了一些措施,逐一驗證排除,通過如圖2所示的工作流程后,最終完成了板卡1的驅(qū)動及應用程序的成功安裝。
圖2 板卡1驅(qū)動安裝處理工作流程
首先,確認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)動包,顯示安裝不成功,提示相同的錯誤信息;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)動包安裝,提示安裝成功;最后,恢復64位Windows7操作系統(tǒng),并將主板與硬盤之間的SATA接口進行了調(diào)整,由原8個端口排列的端口改接至6個端口排列的端口后,安裝64位驅(qū)動,顯示一切正常,提示安裝成功。在驅(qū)動未安裝成功時,運行應用程序時,系統(tǒng)無法正常工作,并且顯示錯誤提示。
通過以上安裝實踐過程,驗證了板卡1能夠支持32位和64位的Windows7操作系統(tǒng)。同時,也說明了板卡1所處的支持環(huán)境不同時,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,將板卡2 的PortA作為發(fā)送端、PortB作為接收端,形成發(fā)送和接收回路的測試策略,從而驗證兩板卡之間的通訊功能。
圖3 應用實例連接示意圖
按照設定的連接接口關系,分別在板卡對應的應用程序中進行模塊設置、數(shù)據(jù)發(fā)送、接收及查看等,實現(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,從而驗證兩板卡的收發(fā)功能及工作模式和方式的設置功能是否正常。具體板卡設置及測試過程有:
1)板卡1的設置,在操作界面上將板卡1的連接配置設置為In-Link(即Port0的接收機在內(nèi)部直接與Port1的發(fā)送機相連),工作方式設置為Analyzer,端口速率設置為1 G,其它默認。
2)板卡2的設置,添加Port1、Port2兩個端口,Port1的傳輸方向設置為發(fā)送,與PortA關聯(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;Port2的傳輸方向設置為接收,與PortB關聯(lián),將端口傳輸速率設置為1G,其它默認。
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。
通過對圖4和圖5中的數(shù)據(jù)進行查看,顯示出對應的S_ID、D_ID、Msg_ID、信息類型和幀長度等內(nèi)容,說明兩板卡均實現(xiàn)了對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)外通訊板卡的對比及應用研究,兩種板卡均能滿足FC-AE-ASM協(xié)議仿真測試平臺通訊功能的要求,且各自的特點也顯現(xiàn):板卡1功能強大、資源開放、應用靈活,設計操作復雜,對人員的要求高;板卡2功能合理、資源局部開放、應用方便,更貼近應用工程,操作方便,容易進行二次開發(fā)。FC總線已成為重要的機載航空總線,隨著新機不斷服役,F(xiàn)C總線的修理仿真測試研究將逐漸增多。通訊板卡應用研究作為FC網(wǎng)絡系統(tǒng)仿真測試平臺關鍵內(nèi)容之一,在為完成FC網(wǎng)絡修理做好技術儲備的同時,也為后續(xù)相關研究選擇通訊板卡提供了借鑒,其價值在維修保障技術中將不斷體現(xiàn)出來。
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