基于A(yíng)FDX總線(xiàn)的終端系統測試技術(shù)

AFDX全稱(chēng)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之間進(jìn)行數據交換而定義的一種協(xié)議標準，是基于A(yíng)RINC 429和1553B基礎之上的一種總線(xiàn)通信協(xié)議規范(ARINC664 Part7)。隨著(zhù)大飛機項目引入國內，各種基于AFDX總線(xiàn)技術(shù)的設備研制正加速展開(kāi)，雖然國外對AFDX總線(xiàn)技術(shù)有著(zhù)較為成熟和系統的測試技術(shù)，但僅限于物理層和網(wǎng)絡(luò )層，如何實(shí)現機載設備的功能和性能測試成為國內目前AFDX研究的主要領(lǐng)域。

1 AFDX主要特點(diǎn)
現代電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，對飛機的機載數據總線(xiàn)技術(shù)提出了更高的要求。AFDX網(wǎng)絡(luò )通過(guò)對傳統的以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，憑著(zhù)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數據傳輸網(wǎng)絡(luò )。AFDX網(wǎng)絡(luò )源于以交換機為核心的交換式以太網(wǎng)，它與典型的以太網(wǎng)有著(zhù)類(lèi)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備，所以AFDX總線(xiàn)有著(zhù)高安全性、確定性和可靠性，并形成了ARINC 664系列的相關(guān)標準。
1．1 虛鏈路技術(shù)
在航電系統，AFDX終端一定需要通過(guò)一個(gè)VL進(jìn)行數據幀的交換，可以說(shuō)VL是AFDX的通信基礎。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)源端系統到一個(gè)或多個(gè)目的端系統。每一個(gè)VL在邏輯上是互相隔離的，而且每個(gè)VL都有專(zhuān)門(mén)的帶寬保證，多個(gè)VL的數據傳輸在有效的帶寬內相互不影響，AFDX虛鏈路示意圖如圖1所示。

由于航空機載設備要求通信的即時(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(xiàn)技術(shù)引入了一種限制機制，從通信協(xié)議上控制了數據流，即通過(guò)限制每個(gè)虛鏈路上AFDX數據幀的傳輸速率和每個(gè)AFDX數據幀的大小。
1．2 冗余容錯技術(shù)
一個(gè)典型的AFDX端系統之間，必定有兩條獨立的物理路徑即ESA和ESB，這兩個(gè)ES終端組成了AFDX總線(xiàn)的數據傳輸途徑，如圖2所示，每幀數據都會(huì )從源ES終端同時(shí)通過(guò)兩路物理路徑傳輸到目的ES終端，目的ES終端接收到第一個(gè)有效的幀后，立刻會(huì )上傳給應用程序處理；當目的ES終端一旦接收到一個(gè)有效數據幀后，后面相同順序號的幀就會(huì )被丟棄。

1．3 流速／流量控制技術(shù)
在ES終端的數據幀傳輸過(guò)程中，每個(gè)VL的數據幀傳輸速率和數據幀長(cháng)度是受到AFDX系統應用者的規劃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以及數據幀的最大長(cháng)度(Lmax)相關(guān)。
1．4 區分數據服務(wù)
由于航空網(wǎng)絡(luò )中對不同種類(lèi)的數據服務(wù)的實(shí)時(shí)性和確定性有著(zhù)不同的要求，一種是航空網(wǎng)絡(luò )中事件性質(zhì)數據，此類(lèi)數據必須保證每條傳輸到達，一種是航空網(wǎng)絡(luò )中周期性數據，此類(lèi)數據只需保存最新?tīng)顟B(tài)即可。針對此要求，AFDX網(wǎng)絡(luò )將數據服務(wù)區分為采樣和隊列。前者數據幀長(cháng)度小于或等于VL的最大長(cháng)度，支持組播或單播，舊的信息將隨時(shí)被新的信息覆蓋；后者數據幀長(cháng)度最大為8 KB，在發(fā)送和接收過(guò)程中采用FIFO方式管理信息。

2 AFDX測試系統組成
本次試驗的核心目的是實(shí)現在VC++6．0圖形界面下，通過(guò)商用的AFDX仿真板卡和AFDX網(wǎng)絡(luò )交換機，實(shí)現遠程對某型帶AFDX總線(xiàn)端系統設備的功能測試與性能測試。這次試驗使用的硬件資源主要包括AFDX網(wǎng)絡(luò )交換機、某型帶AFDX總線(xiàn)ES端系統設備、帶AFDX仿真卡的工控計算機，網(wǎng)線(xiàn)若干根，軟件包括VC++6．0軟件、AFDX仿真板卡驅動(dòng)和API函數，AFDX網(wǎng)絡(luò )配置表。試驗的連接方式如圖3所示。

3 AFDX測試過(guò)程
由于A(yíng)FDX網(wǎng)絡(luò )具有靜態(tài)配置的特點(diǎn)，所以該AFDX總線(xiàn)測試系統硬件連接到位后，需要進(jìn)行以下步驟進(jìn)行AFDX終端收發(fā)測試：
(1)設置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)送速率設置；
(3)設置AFDX終端發(fā)送端口目的IP地址和源IP地址；
(4)設置發(fā)送VL號和子VL號；
(5)定義UDP源端口號和目的端口號；
(6)定義AFDX終端的PORT ID號。