AS5643网络自动化测试技术研究
摘 要： 主要针对AS5643网络在航空电子应用的特点，提供了一种AS5643网络通信节点的通信功能自动化测试方案，给出了软件框架、流程和硬件架构，构建了包含多CC节点和RN节点的网络测试流程。可为采用该网络的系统在线功能测试提供参考方法，并为后期生产和维护提供帮助。
关键词： AS5643网络； 航空电子； 自动化测试； 通信节点
中图分类号： TN711?34； TP336 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）07?0005?03
Research on automatic test technology of AS5643 network
ZHANG Zhengang
（Southwest China Institute of Electronic Technology， Chengdu 610036， China）
Abstract： According to the application characteristics of AS5643 network in avionics， a communication function automatic testing scheme of the AS5643 network′s communication node is proposed. The software framework， technological process and hardware architecture are given. The network testing process including multiple CC nodes and RN nodes was constructed. The technology can provide a reference method for the on?line function test of the system using the AS5643 network， and a help for the later production and maintenance.
Keywords： AS5643 network； avionics； automatic test； communication node
0 引 言
IEEE1394是由美国一家消费产品公司制定的一种高速串行总线通信标准，具有速度高、成本低、即插即用等特点，美军在F35的研制过程中选取该技术作为飞控平台的主总线，并对该标准进行了裁剪、定制、增强，形成了AS5643总线标准。AS5643网络作为一种基于IEEE1394接口的通信标准[1]，在飞机航电系统等平台中的安全关键任务系统中应用越来越广泛[2?3]。
AS5643网络在采用AS5643技术作为系统的通信系统的研制和生产过程中，网络上的每一个通信节点都要进行验证[4]。由于AS5643网络上具有单CC节点，通信端口冗余备份和底层自组网等特点[5?6]，如何解决一个多CC节点、RN节点的网络节点功能测试和通信端口全覆盖测试的问题需要进行深入研究和解决。
本文通过分析AS5643网络的特点，通过软件控制链路层使能实现CC/RN节点自动切换和软件控制物理端口關闭去冗余等技术，实现了网络节点通信功能的一种自动化测试方法。
1 AS5643网络特点
（1） AS5643具有环路冗余特性
AS5643网络总线采用1394B总线接口，通过环路冗余可以在某个节点端口失效后，通过环路上其他路径完成通信功能。1394B总线初始化过程中底层进行自动组网，并将环路打破形成树形网络进行通信。由于这个特征，在网络中如果有多个环路物理连接存在，正常工作期间，节点间通信采用的端口是不确定的，如图1所示。因此自动化测试应该解决确定的端口问题。
（2） CC节点统一配置时隙
AS5643网络总线采用1394B总线中的异步流数据报文进行传输，具有匿名消息传输、静态分配通信带宽、时分多址等特点。总线网络中所有节点按照CC节点发送的STOF报文确定一次通信周期的时间基点，并依照CC节点下发的时间偏移或者预置的时间偏移发送数据和接收数据。由总线的特点可以得出，一个网络中只能存在一个时间基点，不能存在两个或者多个具备CC功能的节点。在安全关键系统中，为了避免单点故障带来灾难性的风险，通常会设计CC节点的备份硬件。自动化测试应该解决CC节点和备份节点功能切换的问题。
2 自动化测试方案
2.1 硬件架构
图2为一个多CC和多RN节点组成的一个AS5643网络应用方案的测试硬件架构。节点1为一个CC节点，节点2为另外一个CC节点。本文根据该例阐述AS5643网络的自动化测试技术。
CC节点和RN节点完成AS5643协议层的功能，通过主机接口接入应用CPU。应用运行在嵌入式CPU上完成通信功能。为了完成通信功能的自动测试，所有嵌入式CPU和AS5643通信功能测试仪通过管理以太网、USB接口接入主控计算机，接受主控计算机的控制，上板信息，协同完成自动测试。为了实现软件的自动化测试，所有节点通过独特的MARK地址标识身份，软件根据地址标识进入不同的分支。
2.2 嵌入式CPU软件架构
嵌入式CPU作为节点板卡的主机，运行节点的驱动程序，并具有由管理程序接受主控计算机的控制管理功能，调用API接口函数实现节点板卡的对应配置。嵌入式CPU的软件组成如图3所示。
管理软件：管理软件位于嵌入式CPU软件结构中的顶层，完成主控软件的命令解析，并上报当前节点的运行阶段和状态。流程控制组件依据发送给当前节点的控制命令控制软件的工作阶段，负责调度其他组件。同时，管理软件需要根据接收指令使能/禁用链路层芯片、使能/禁用主控软件指定的端口号。
AS5643通信组件：AS5643通信组件接受管理软件的调度，按照管理软件下发的指令设置通信参数以及节点的工作类型，完成测试报文的组包和解包。
节点子卡驱动：完成总线节点初始化配置等，完成应用层报文和链路层发送数据的转换和适配。
链路层使能接口：接受管理软件的控制，实现链路层芯片的使能和禁用功能。
物理层使能接口：设置管理软件的控制，实现物理层端口的使能和禁用功能，接口参数包含节点每个物理端口的使能/禁用状态。
身份识别组件：根据MARK地址信息上报管理软件当前节点的编号。
2.3 测试策略
为了减少测试时间，利用1394B总线上端口禁用的功能可以实现所有端口的测试覆盖，测试策略应该尽快找到覆盖全部物理端口的方案。
测试策略1：
关闭所有节点的B端口，以及节点2的C端口，打开其他所有节点的物理端口。如图4所示为策略1去除端口冗余后实际使用端口的情况。所有节点依次和通信功能测试仪进行通信，测速过程中节点1测试时关闭节点2的链路层芯片，反之关闭节点1的。该测试策略完成后，覆盖了所有节点通信功能的验证，以及节点2的A端口、其他所有节点的A、C端口的通信测试。
测试策略2：
关闭节点1，3，5的A、C端口，打开其他所有节点的物理端口。如图5所示为策略2去除端口冗余后实际使用端口的情况。节点依次和通信功能测试仪进行通信，节点1测试时关闭节点2的链路层芯片，反之关闭节点1的。测试策略完成后，节点2的C端口、其他所有节点的B端口得到了验证。
2.4 自动测试流程
主控软件根据策略的定义实现测试用例的组合和调度。通过以太网、USB接口和嵌入式CPU进行指令交互。在测试流程中，主控软件集中控制通信节点和AS5643功能测试仪的工作流程，并收集处理它们上报的信息，自动得出测试结果。自动化测试软件流程图见图6。
3 测试验证分析
该AS5643网络通信功能自动化测试技术已经应用在某型ICNI设备研制过程上，各个节点的测试结果如表1所示。该测试技术能够充分验证节点的通信功能以及端口的有效性。
4 结 论
现有的AS5643总线多用于线缆环境，在机箱内的AS5643总线通过印制线互联，本文通过软件手段和策略的选取实现了通信功能验证和端口验证的全覆盖。该技术可构建于系统在线测试过程中，实现系统通信网络的自检等功能，已经成功应用于某型航电设备的研制过程中，节省了大量的测试时间，大大降低了研制时工程人员花费在试验过程的时间和精力。
参考文献
[1] IEEE Computer Society. IEEE standard for a high?performance serial bus?amendment 2： IEEE Std 1394b [S]. New York： American National Standards Institute， 2000.
[2] 詹鹏，张振刚.AS5643总线优化传输方法研究[J].计算机测量与控制，2015（2）：571?573.
[3] GWALTNEY D A， BRISCOE J M. Comparison of communication architectures for safety critical embedded systems [R]. Stanford： SRI International， 2001.
[4] Avionic Subsystems Committee. IEEE?1394b interface requirements for military and aerospace vehicle applications： AS5643 [S]. US： SAE， 2004.
[5] WANG Ming， ZHANG Chunxi， YI Xiaosu. Performance evaluation of IEEE 1394b serial bus with deterministic and stochastic Petri Nets [J]. China communications， 2013， 10 （2）： 121?133.
[6] BAI Haowei. Analysis of a SAE AS5643 Mil?1394b based high?speed avionics network architecture for space and defense applications [C]// Proceedings of 2007 IEEE Aerospace Conference. Glendale： IEEE， 2007： 1?9.
关键词： AS5643网络； 航空电子； 自动化测试； 通信节点
中图分类号： TN711?34； TP336 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）07?0005?03
Research on automatic test technology of AS5643 network
ZHANG Zhengang
（Southwest China Institute of Electronic Technology， Chengdu 610036， China）
Abstract： According to the application characteristics of AS5643 network in avionics， a communication function automatic testing scheme of the AS5643 network′s communication node is proposed. The software framework， technological process and hardware architecture are given. The network testing process including multiple CC nodes and RN nodes was constructed. The technology can provide a reference method for the on?line function test of the system using the AS5643 network， and a help for the later production and maintenance.
Keywords： AS5643 network； avionics； automatic test； communication node
0 引 言
IEEE1394是由美国一家消费产品公司制定的一种高速串行总线通信标准，具有速度高、成本低、即插即用等特点，美军在F35的研制过程中选取该技术作为飞控平台的主总线，并对该标准进行了裁剪、定制、增强，形成了AS5643总线标准。AS5643网络作为一种基于IEEE1394接口的通信标准[1]，在飞机航电系统等平台中的安全关键任务系统中应用越来越广泛[2?3]。
AS5643网络在采用AS5643技术作为系统的通信系统的研制和生产过程中，网络上的每一个通信节点都要进行验证[4]。由于AS5643网络上具有单CC节点，通信端口冗余备份和底层自组网等特点[5?6]，如何解决一个多CC节点、RN节点的网络节点功能测试和通信端口全覆盖测试的问题需要进行深入研究和解决。
本文通过分析AS5643网络的特点，通过软件控制链路层使能实现CC/RN节点自动切换和软件控制物理端口關闭去冗余等技术，实现了网络节点通信功能的一种自动化测试方法。
1 AS5643网络特点
（1） AS5643具有环路冗余特性
AS5643网络总线采用1394B总线接口，通过环路冗余可以在某个节点端口失效后，通过环路上其他路径完成通信功能。1394B总线初始化过程中底层进行自动组网，并将环路打破形成树形网络进行通信。由于这个特征，在网络中如果有多个环路物理连接存在，正常工作期间，节点间通信采用的端口是不确定的，如图1所示。因此自动化测试应该解决确定的端口问题。
（2） CC节点统一配置时隙
AS5643网络总线采用1394B总线中的异步流数据报文进行传输，具有匿名消息传输、静态分配通信带宽、时分多址等特点。总线网络中所有节点按照CC节点发送的STOF报文确定一次通信周期的时间基点，并依照CC节点下发的时间偏移或者预置的时间偏移发送数据和接收数据。由总线的特点可以得出，一个网络中只能存在一个时间基点，不能存在两个或者多个具备CC功能的节点。在安全关键系统中，为了避免单点故障带来灾难性的风险，通常会设计CC节点的备份硬件。自动化测试应该解决CC节点和备份节点功能切换的问题。
2 自动化测试方案
2.1 硬件架构
图2为一个多CC和多RN节点组成的一个AS5643网络应用方案的测试硬件架构。节点1为一个CC节点，节点2为另外一个CC节点。本文根据该例阐述AS5643网络的自动化测试技术。
CC节点和RN节点完成AS5643协议层的功能，通过主机接口接入应用CPU。应用运行在嵌入式CPU上完成通信功能。为了完成通信功能的自动测试，所有嵌入式CPU和AS5643通信功能测试仪通过管理以太网、USB接口接入主控计算机，接受主控计算机的控制，上板信息，协同完成自动测试。为了实现软件的自动化测试，所有节点通过独特的MARK地址标识身份，软件根据地址标识进入不同的分支。
2.2 嵌入式CPU软件架构
嵌入式CPU作为节点板卡的主机，运行节点的驱动程序，并具有由管理程序接受主控计算机的控制管理功能，调用API接口函数实现节点板卡的对应配置。嵌入式CPU的软件组成如图3所示。
管理软件：管理软件位于嵌入式CPU软件结构中的顶层，完成主控软件的命令解析，并上报当前节点的运行阶段和状态。流程控制组件依据发送给当前节点的控制命令控制软件的工作阶段，负责调度其他组件。同时，管理软件需要根据接收指令使能/禁用链路层芯片、使能/禁用主控软件指定的端口号。
AS5643通信组件：AS5643通信组件接受管理软件的调度，按照管理软件下发的指令设置通信参数以及节点的工作类型，完成测试报文的组包和解包。
节点子卡驱动：完成总线节点初始化配置等，完成应用层报文和链路层发送数据的转换和适配。
链路层使能接口：接受管理软件的控制，实现链路层芯片的使能和禁用功能。
物理层使能接口：设置管理软件的控制，实现物理层端口的使能和禁用功能，接口参数包含节点每个物理端口的使能/禁用状态。
身份识别组件：根据MARK地址信息上报管理软件当前节点的编号。
2.3 测试策略
为了减少测试时间，利用1394B总线上端口禁用的功能可以实现所有端口的测试覆盖，测试策略应该尽快找到覆盖全部物理端口的方案。
测试策略1：
关闭所有节点的B端口，以及节点2的C端口，打开其他所有节点的物理端口。如图4所示为策略1去除端口冗余后实际使用端口的情况。所有节点依次和通信功能测试仪进行通信，测速过程中节点1测试时关闭节点2的链路层芯片，反之关闭节点1的。该测试策略完成后，覆盖了所有节点通信功能的验证，以及节点2的A端口、其他所有节点的A、C端口的通信测试。
测试策略2：
关闭节点1，3，5的A、C端口，打开其他所有节点的物理端口。如图5所示为策略2去除端口冗余后实际使用端口的情况。节点依次和通信功能测试仪进行通信，节点1测试时关闭节点2的链路层芯片，反之关闭节点1的。测试策略完成后，节点2的C端口、其他所有节点的B端口得到了验证。
2.4 自动测试流程
主控软件根据策略的定义实现测试用例的组合和调度。通过以太网、USB接口和嵌入式CPU进行指令交互。在测试流程中，主控软件集中控制通信节点和AS5643功能测试仪的工作流程，并收集处理它们上报的信息，自动得出测试结果。自动化测试软件流程图见图6。
3 测试验证分析
该AS5643网络通信功能自动化测试技术已经应用在某型ICNI设备研制过程上，各个节点的测试结果如表1所示。该测试技术能够充分验证节点的通信功能以及端口的有效性。
4 结 论
现有的AS5643总线多用于线缆环境，在机箱内的AS5643总线通过印制线互联，本文通过软件手段和策略的选取实现了通信功能验证和端口验证的全覆盖。该技术可构建于系统在线测试过程中，实现系统通信网络的自检等功能，已经成功应用于某型航电设备的研制过程中，节省了大量的测试时间，大大降低了研制时工程人员花费在试验过程的时间和精力。
参考文献
[1] IEEE Computer Society. IEEE standard for a high?performance serial bus?amendment 2： IEEE Std 1394b [S]. New York： American National Standards Institute， 2000.
[2] 詹鹏，张振刚.AS5643总线优化传输方法研究[J].计算机测量与控制，2015（2）：571?573.
[3] GWALTNEY D A， BRISCOE J M. Comparison of communication architectures for safety critical embedded systems [R]. Stanford： SRI International， 2001.
[4] Avionic Subsystems Committee. IEEE?1394b interface requirements for military and aerospace vehicle applications： AS5643 [S]. US： SAE， 2004.
[5] WANG Ming， ZHANG Chunxi， YI Xiaosu. Performance evaluation of IEEE 1394b serial bus with deterministic and stochastic Petri Nets [J]. China communications， 2013， 10 （2）： 121?133.
[6] BAI Haowei. Analysis of a SAE AS5643 Mil?1394b based high?speed avionics network architecture for space and defense applications [C]// Proceedings of 2007 IEEE Aerospace Conference. Glendale： IEEE， 2007： 1?9.
