基於io信號故障仿真的航電自檢測驗證設備及其驗證方法
2023-07-23 14:48:26
基於io信號故障仿真的航電自檢測驗證設備及其驗證方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於IO信號故障仿真的航電自檢測驗證設備，包含位於航電設備外部的驗證主機和位於航電設備內部的故障仿真模塊，驗證主機模仿外部IO故障，故障仿真模塊模仿內部IO故障，由航電設備的自檢測對故障模式進行診斷隔離，輸出結果，經比較確認輸出結果是否準確以判斷航電設備的BIT設計是否達到預定的要求。本發明可以提高IO信號故障模式的自動化仿真注入設計水平和能力，從而擴大IO信號故障模式仿真的範圍和航電設備自檢測驗證的覆蓋範圍，提高自檢測驗證效率。
【專利說明】基於IO信號故障仿真的航電自檢測驗證設備及其驗證方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及航空電子產品測試性設計驗證【技術領域】，尤其涉及IO故障信號的自檢測驗證。
【背景技術】
[0002]在航空電子產品的測試性設計驗證【技術領域】，對於電源信號、數字IO信號、總線通信信號等故障模式的仿真和注入，多採用簡單的通斷和人工加入幹擾信號的方式，注入故障模式單一且可能對電路造成損傷，尚無較為完整全面的自動故障注入方法。本技術專利即描述了實現IO信號多種故障模式可設置且自動化注入的設計方法，來驗證航電設備測試性自檢測設計達到的水平。
[0003]發明目的
[0004]本發明的發明目的在於提供一種基於IO信號故障仿真的航電自檢測驗證設備，對數字10、電源、總線等信號的多種故障模式進行自動化注入到被測設備內部，來驗證航電設備的測試性自檢測設計水平。
[0005]本發明的發明目的通過以下技術方案來實現:
[0006]—種基於IO信號故障仿真的航電自檢測驗證設備,包含位於航電設備外部的驗證主機和位於航電設備內部的故障仿真模塊:
[0007]所述驗證主機用於外部IO故障仿真，包含控制計算機、自檢測監測接口、仿真故障資源板卡、驗證測試接口以及輸入輸出設備；
[0008]所述控制計算機運行驗證程序，通過自檢測監測接口獲取航電設備的自檢測信息，驗證航電設備自檢測結果是否準確；
[0009]所述仿真故障資源板卡根據控制計算機的指令將航電設備運行環境和外部故障仿真資源分配到驗證測試接口上，通過測試驗證電纜與航電設備的外部接口連接；
[0010]所述自檢測監測接口通過驗證測試接口、測試驗證電纜獲取航電設備輸出的各項自檢測數據信息；
[0011]所述故障仿真模塊用於內部IO故障仿真，嵌入在航電設備內部被仿模塊與設備母板間的升板上，包含SOC和FPGA，FPGA中包含控制寄存器、信號轉換陣列，SOC通過串行通信口與驗證主機通信，按控制計算機的命令，寫入控制寄存器的控制字，控制FPGA中的信號轉換陣列，並在被仿模塊斷開條件下，插入預定的故障信號，實現板間IO信號故障仿真。
[0012]優選地，所述驗證主機的平臺選用PXI總線平臺。
[0013]優選地，所述仿真故障資源板卡包含:
[0014]GJB289A總線接口模塊:仿真GJB289A總線信號故障，包含通信錯誤:非法的命令或數據，協議錯誤；
[0015]ARINC429總線接口模塊:仿真ARINC429總線信號故障，包含通信錯誤:非法的命令或數據，協議錯誤；
[0016]HDLC通信接口模塊:仿真HDLC信號故障，包含通信錯誤:非法的命令或數據，協議錯誤;
[0017]RS422/485總線接口模塊:仿真RS422/485總線信號故障，包含通信錯誤:非法的命令或數據，協議錯誤；
[0018]模擬信號輸出模塊:仿真模擬信號故障，包含信號電平超限；
[0019]開關量輸出模塊:仿真開關量信號故障，包括斷開/短路；
[0020]多功能數據採集模塊、視頻信號輸出模塊、模擬視頻採集模塊、數字視頻採集模塊:仿真視頻信號故障。
[0021 ] 優選地，所述自檢測監測接口包含16位的數字離散量輸入接口和2通道的異步串行通信接口。
[0022]優選地，所述故障仿真模塊通過2個邊緣連接器搭載在被仿模塊與航電設備母板間的升板上。
[0023]優選地，所述信號轉換陣列有4種輸入根據控制寄存器的控制字選通I路作為輸出，實現模塊間IO信號故障仿真；
[0024]所述4種輸入為I) NORM:接通原始信號，此時為正常信號狀態；
[0025]4) VCC:接通VCC，仿真該信號線死鎖在邏輯「 I 」的故障狀態；
[0026]5)GND:接通GND，仿真該信號線死鎖在邏輯「O」的故障狀態；
[0027]6)ARB:接通片內信號發生器或外部擴展信號，仿真該信號線錯誤狀態。
[0028]優選地，所述FPGA中還包含信號發生器，所述信號發生器根據控制寄存器的控制字提供以下兩種形式的故障信號:
[0029]I)錯誤序列:根據SOC寫入信號發生器的錯誤序列以及控制寄存器中的設定參數，按設定的時鐘頻率和間隔循環發送；
[0030]3)噪聲:採用偽隨機序列電路產生白噪聲。
[0031]優選地所述故障仿真模塊還包含繼電器，使向模塊供電的主電源電壓可在正常與欠壓兩種情況間切換，輔電源可在正常與斷開兩種情況間切換，仿真電源故障。
[0032]本發明的另一目的在於提供一種航電自檢測驗證設備的驗證方法，包含以下步驟:
[0033]a)啟動IO信號故障防真器與航電設備；
[0034]b )控制航電設備進入工作模式；
[0035]c)驗證主機提供航電設備正常運行的所需的外部信號環境；
[0036]d)驗證主機仿真航電設備外部信號及交連狀態的故障，實現外部故障注入；
[0037]e)故障防真模塊仿真航電設備內部模塊間信號及交連狀態的故障，實現內部故障注入；
[0038]f)自檢測監測接口讀取航電設備的自檢測信息；
[0039]g)控制計算機實時監測航電設備輸出的自檢測數據或自檢測標識變化，經比較確認輸出結果是否準確以判斷航電設備的自檢測設計是否達到預定的要求。
【專利附圖】
【附圖說明】[0040]圖1為本發明IO信號故障仿真器的結構示意圖；
[0041]圖2為故障仿真模塊工作連接方式示意圖；
[0042]圖3為故障仿真模塊工作原理示意圖；
[0043]圖4為FPGA片內輸入與輸出信號間的基本轉換邏輯圖
[0044]圖5為驗證主機軟體組成圖；
[0045]圖6為故障仿真模塊軟體組成圖。
【具體實施方式】
[0046]下面結合附圖對本發明作一步的詳細描述。
[0047]基於IO信號故障仿真的航電BIT驗證方法的應用實例為基於IO信號故障仿真的航電自檢測驗證設備，包括驗證主機和故障仿真模塊兩部分，以及各自的軟體程序，詳細設計說明如下。
[0048]圖1為驗證設備的組成示意圖，驗證主機中各資源模塊通過PXI總線在PXI嵌入式控制計算機的控制下，運行驗證程序，實現整個驗證測試過程的自動化。
[0049]1、驗證主機的配置與構成
[0050]驗證主機在軟體程序設定的時間間隔內在航電設備與外部接口處引入信號錯誤，使信號間的交互處於故障狀態，從而影響接受自檢測驗證的航電設備的運行。航電設備的自檢測將此類故障與自身故障相鑑別，把故障定位在與故障相關的外部設備。
[0051]驗證主機由PXI機箱(含PXI嵌入式控制計算機)、自檢測監測接口、仿真故障資源板卡、驗證測試接口以及輸入輸出設備(鍵盤、滑鼠、顯示器等)組成。仿真故障資源板卡將航電設備運行環境&外部故障仿真資源分配到驗證測試接口上，包括工作電源等，通過測試驗證電纜與航電設備連接。自檢測監測接口通過驗證測試接口、測試電纜獲取航電設備輸出的各項BIT數據信息。詳細配置如下:
[0052]1.1驗證主機平臺
[0053]驗證主機平臺選用PXI總線平臺。
[0054]1.2嵌入式計算機模塊
[0055]嵌入式計算機作為驗證主機的測控計算機，其基本配置與技術指標如下:
[0056].CPU:1ntel Pentium Μ,主頻 2.0GHz,或以上；
[0057].內存:2GB ;
[0058]?硬碟:80GB，或以上；
[0059].網口: IOM/1OOM/1000M 自適應，2 路；
[0060].USB 接口:4 路；
[0061 ] ?串口:2 路；
[0062]?顯示器口:DVI 口。
[0063]1.3航電設備運行環境與外部故障仿真
[0064]驗證主機中用於支持航電設備運行及外部IO信號故障仿真的仿真故障資源板卡包括如下模塊:
[0065]a)GJB289A總線接口模塊(仿真GJB289A總線信號故障，如通信錯誤:非法的命令或數據，協議錯誤等)；[0066]b)ARINC429總線接口模塊(仿真ARINC429總線信號故障，如通信錯誤:非法的命令或數據，協議錯誤等)；
[0067]c)HDLC通信接口模塊(仿真HDLC信號故障，如通信錯誤:非法的命令或數據，協議錯誤等)、
[0068]d) RS422/485總線接口模塊(仿真RS422/485總線信號故障，如通信錯誤:非法的命令或數據，協議錯誤等)；
[0069]e)模擬信號輸出模塊(仿真模擬信號故障，如信號電平超限等)；
[0070]f)開關量輸出模塊(仿真開關量信號故障，如斷開/短路等)、
[0071]g)多功能數據採集模塊、h)視頻信號輸出模塊、i)模擬視頻採集模塊、j)數字視頻採集模塊(仿真視頻信號故障)。
[0072]1.4自檢測監測接口
[0073]自檢測監測接口包括以下的讀取自檢測數據與標識的信號接口:
[0074]a)數字尚散量輸入接口:16位；
[0075]b)異步串行通信接口:2通道。
[0076]2、故障仿真模塊(FSM)
[0077]故障仿真模塊的工作連接示意圖見圖2，工作原理見圖3。
[0078]故障仿真模塊通過2個邊緣連接器搭載在被仿模塊與航電設備母板間的升板上，由驗證主機的驗證試驗程序控制FSM的內部電路，進而控制原板間信號交連關係的通斷，並在斷開條件下，插入預定的故障信號，改變模塊間IO信號交連的狀態，實現板間IO信號故障仿真，從而影響航電設備的運行。航電設備的自檢測將此類故障確定為自身故障，而與外部設備故障相區別。
[0079]FSM的基本工作原理如下:
[0080]a)故障仿真控制
[0081]FSM上的SOC通過串行通信口與驗證主機通信，按驗證主機命令，控制FPGA中的轉換電路陣列，生成不同的故障條件。
[0082]b) IO信號故障仿真
[0083]FSM模塊上FPGA片內輸入與輸出信號間的基本轉換邏輯如圖4所示，根據SOC按照驗證主機命令寫入控制寄存器的控制字，從4種不同的輸入中選通I路作為輸出，實現模塊間IO信號故障仿真。
[0084]DNORM:接通原始信號，此時為正常信號狀態；
[0085]2) VCC:接通VCC，仿真該信號線死鎖在邏輯「 I 」的故障狀態；
[0086]3)GND:接通GND，仿真該信號線死鎖在邏輯「O」的故障狀態；
[0087]4)ARB:接通片內信號發生器(或外部擴展信號)，仿真該信號線錯誤狀態。
[0088]c)電源控制
[0089]SOC控制FSM上的繼電器，使向模塊供電的主電源電壓可在正常與欠壓兩種情況間切換，輔電源可在正常與斷開兩種情況間切換，仿真電源故障。
[0090]d)信號發生器
[0091]FPGA片內的信號發生器提供以下兩種形式的故障信號:
[0092]I)錯誤序列:根據SOC寫入信號發生器的錯誤序列以及控制寄存器中的設定參數，按設定的時鐘頻率和間隔循環發送，按設定的時鐘頻率和間隔循環。
[0093]2)噪聲:採用偽隨機序列電路產生白噪聲。
[0094]3、驗證軟體開發
[0095]驗證軟體分驗證主機軟體和故障仿真模塊軟體兩部分。軟體組成見圖5、6所示。
[0096]驗證軟體開發採用VISUAL C++6.0和WINDOWS XP的運行環境。
[0097]4、驗證過程
[0098]驗證過程包含以下步驟:
[0099]a)啟動IO信號故障防真器與航電設備；
[0100]b )控制航電設備進入工作模式；
[0101]c)驗證主機提供航電設備正常運行的所需的外部信號環境；
[0102]d)驗證主機仿真航電設備外部信號及交連狀態的故障，實現外部故障注入；
[0103]e)故障防真模塊仿真航電設備內部模塊間信號及交連狀態的故障，實現內部故障注入；
[0104]f)自檢測監測接口讀取航電設備的自檢測信息；
[0105]g)控制計算機實時監測航電設備輸出的自檢測數據或自檢測標識變化，經比較確認輸出結果是否準確以判斷航電設備的自檢測設計是否達到預定的要求。
【權利要求】
1.一種基於IO信號故障仿真的航電自檢測驗證設備，包含位於航電設備外部的驗證主機和位於航電設備內部的故障仿真模塊，其特徵在於: 所述驗證主機用於外部IO故障仿真，包含控制計算機、自檢測監測接口、仿真故障資源板卡、驗證測試接口以及輸入輸出設備； 所述控制計算機運行驗證程序，通過自檢測監測接口獲取航電設備的自檢測信息，驗證航電設備自檢測結果是否準確； 所述仿真故障資源板卡根據控制計算機的指令將航電設備運行環境和外部故障仿真資源分配到驗證測試接口上，通過測試驗證電纜與航電設備的外部接口連接； 所述自檢測監測接口通過驗證測試接口、測試驗證電纜獲取航電設備輸出的各項自檢測數據信息； 所述故障仿真模塊用於內部IO故障仿真，嵌入在航電設備內部被仿模塊與設備母板間的升板上，包含SOC和FPGA，FPGA中包含控制寄存器、信號轉換陣列，SOC通過串行通信口與驗證主機通信，按控制計算機的命令，寫入控制寄存器的控制字，控制FPGA中的信號轉換陣列，並在被仿模塊斷開條件下，插入預定的故障信號，實現板間IO信號故障仿真。
2.根據權利要求1所述的航電自檢測驗證設備，其特徵在於所述驗證主機的平臺選用PXI總線平臺。
3.根據權利要求1所述的航電自檢測驗證設備，其特徵在於所述仿真故障資源板卡包含: GJB289A總線接口模塊:仿真GJB289A總線信號故障，包含通信錯誤:非法的命令或數據，協議錯誤； ARINC429總線接口模塊:仿真ARINC429總線信號故障，包含通信錯誤:非法的命令或數據，協議錯誤； HDLC通信接口模塊:仿真HDLC信號故障，包含通信錯誤:非法的命令或數據，協議錯誤； RS422/485總線接口模塊:仿真RS422/485總線信號故障，包含通信錯誤:非法的命令或數據，協議錯誤； 模擬信號輸出模塊:仿真模擬信號故障，包含信號電平超限； 開關量輸出模塊:仿真開關量信號故障，包括斷開/短路； 多功能數據採集模塊、視頻信號輸出模塊、模擬視頻採集模塊、數字視頻採集模塊:仿真視頻信號故障。
4.根據權利要求1所述的航電自檢測驗證設備，其特徵在於所述自檢測監測接口包含16位的數字離散量輸入接口和2通道的異步串行通信接口。
5.根據權利要求1所述的航電自檢測驗證設備，其特徵在於所述故障仿真模塊通過2個邊緣連接器搭載在被仿模塊與航電設備母板間的升板上。
6.根據權利要求1所述的航電自檢測驗證設備，所述信號轉換陣列有4種輸入根據控制寄存器的控制字選通I路作為輸出，實現模塊間IO信號故障仿真； 所述4種輸入為I) NORM:接通原始信號，此時為正常信號狀態； 1)VCC:接通VCC，仿真該信號線死鎖在邏輯「 I 」的故障狀態； 2)GND:接通GND，仿真該信號線死鎖在邏輯「O」的故障狀態；3)ARB:接通片內信號發生器或外部擴展信號，仿真該信號線錯誤狀態。
7.根據權利要求1所述的航電自檢測驗證設備，其特徵在於所述FPGA中還包含信號發生器，所述信號發生器根據控制寄存器的控制字提供以下兩種形式的故障信號: 1)錯誤序列:根據SOC寫入信號發生器的錯誤序列以及控制寄存器中的設定參數，按設定的時鐘頻率和間隔循環發送； 2)噪聲:採用偽隨機序列電路產生白噪聲。
8.根據權利要求1所述的航電自檢測驗證設備，其特徵在於所述故障仿真模塊還包含繼電器，使向模塊供電的主電源電壓可在正常與欠壓兩種情況間切換，輔電源可在正常與斷開兩種情況間切換，仿真電源故障。
9.根據權利要求1-8所述的航電自檢測驗證設備的驗證方法，包含以下步驟: a)啟動IO信號故障防真器與航電設備； b)控制航電設備進入工作模式； c)驗證主機提供航電設備正常運行的所需的外部信號環境； d)驗證主機仿真航電設備外部信號及交連狀態的故障，實現外部故障注入； e)故障防真模塊仿真航電設備內部模塊間信號及交連狀態的故障，實現內部故障注A ； f)自檢測監測接口讀取航電設備的自檢測信息； g)控制計算機實時監測航電設備輸出的自檢測數據或自檢測標識變化，經比較確認輸出結果是否準確以判斷航電設備的自檢測設計是否達到預定的要求。
【文檔編號】G05B23/02GK103699112SQ201310628749
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】周心舟, 韓國泰 申請人:中國航空無線電電子研究所