民用飞机简单电子硬件论文.doc

民用飞机简单电子硬件论文 引言 在民用飞机领域广泛应用的机载应用电子硬件是指客户化编码器件如ASIC、PLD或FPGA等RTCA/DO254中将其具体分为简单电子硬件(SimpleElectronicHardware以下简称SEH)和复杂电子硬件对于复杂电子硬件的开发已有具体的标准和指南;而对于SEH的符合性验证要求FAA仅仅在其Order8110.105CHG1中提出了概要性的要求并未给出具体的验证策略和指南从而给实际工程应用带来了一定的困惑针对该问题本文提出一种具体的SEH符合性验证策略以满足SEH(特别是A、B级别SEH)的合格审定要求 1SEH的定义和合格审定要求 1.1SEH的定义 RTCA/DO254在第1.6章节给出了SEH的定义：对于一个硬件项目如果用适合于该硬件对应的设计保证等级的确定性测试和分析的完整组合即可确保其在所有可预见的运行条件下执行正确功能且无异常行为则其可被定义为SEH 1.2SEH的合格审定要求 虽然RTCA/DO254给出了SEH的定义但是并未对什么是“适合于硬件对应设计保证的确定性测试和分析”给出进一步说明因此FAA在其Order8110.105CHG1中对该问题进行了明确提出了如下SEH合格审定要求 a)对于A、B级别SEH其验证需要进行确定性测试和分析的全面结合要验证该SEH的所有输入、内部元素、节点、寄存器、锁存器、逻辑单元和逻辑门在所有可能的排列组合下都能够正确运行没有异常行为即要在门电路层级要进行完整的验证和分析 b)对于C级别SEH其验证需要进行确定性测试和分析的全面结合验证该SEH在其管脚输入条件的所有可能的排列组合下都能够正确运行即要在管脚层级要进行完整的验证和分析 c)对于D级别SEH不需要器件层级的测试只需要在板卡、设备、或单元级证明其满足器件级需求即可即完整的功能验证和分析 2SEH的符合性验证策略 虽然FAA针对SEH提出了合格审定要求但是并未对如何满足该要求给出建议的解决方法或策略基于先前项目上的经验及相关研究提出了如下针对不同设计保证等级SEH的符合性验证策略并给出具体的实例进行说明 2.1不同级别SEH的符合性验证策略 2.1.1A/B级别SEH的符合性验证策略 FAA对于A/B级别的SEH的要求包含了以下两个方面的要求 a)全面的确定性测试和分析; b)门电路层级的元素的全覆盖 对于a)要求可以通过对SEH的外部接口进行穷尽测试来满足对如何完成穷尽测试本文提出以下公式来计算当前SEH需要的测试案例的数量 测试案例数=2输入接口数2状态配置数=2(输入接口数+状态配置数)(1) 对于b)要求其本质是要求在验证过程中测试到门电路层级每个元素的所有状态由于外部接口的穷尽测试不保证能满足该要求因此需要使用附加的测试和分析方法具体步骤如下 首先需要分析在管脚级(即外部接口)的穷尽测试中每个内部逻辑元素的所有状态是否都已经得到覆盖若能够得到全覆盖则b)要求可直接满足;若不能够得到全覆盖则需增加额外的测试以保证每个内部逻辑元素的所有状态都能够得到覆盖由于对外部输入已经进行了完整的验证在进行额外测试的过程中仅需要考虑增加额外的测试激励和设备等从而保证内部逻辑元素的所有状态都能被激活且被观测 2.1.2C级别SEH的符合性验证策略 对于C级别SEHFAA在本质上要求管脚层级的完整验证因此仅需验证其在各输入引脚的所有排列组合下能否正常工作即可 2.1.3D级别SEH的符合性验证策略 对于D级别的SEHFAA要求在本质上是一种功能性的验证因此要保证验证活动对该SEH需求的全覆盖 2.2实例说明 如图1所示的逻辑电路该逻辑电路中包含3个逻辑输入1个输出4个逻辑门由于本电路中不存在触发器(FlipFlop)所以公式(1)中的状态配置数目为0 图1逻辑电路 若该电路设计被定义为A或B级别SEH依据2.1.1节中提出的验证策略应进行的计算和分析步骤如下： a)对本电路外部接口进行全面的确定性测试根据公式(1)需要的测试案例个数为2(3+0)=8个; b)分析得出图中X节点在外部接口穷尽测试的基础上其值恒定为1门电路层级的元素未能全覆盖不满足2.1.1节对A、B级别的要求b); c)需要通过外部设备对该节点进行专门的测试验证该节点值为0时其后面“与”门是否能执行正确的功能因此需要再增加2个测试案例 d)因此若该电路设计被定义为A或B级别的SEH则至少需要2(3+0)+2=10个案例 若该电路为被定义为C级别SEH不用考虑是否全面覆盖其内部所有逻辑门因此只需考虑其A、B、C三个输入的所有组合情况即需要23=8个案例 若该电路为被定义为D级别SEH只需要依据该SEH需求编制测试用例并最终满足对其需求的全覆盖即可 3SEH符合性验证的附加考虑 针对提出的上述符合性验证策略在实际的工程实践中还需要另外考虑以下两方面问题 3.1SEH的符合性数据编制问题 RTCA/DO254针对复杂电子硬件定义了一系列的生命周期过程和符合性数据但是对于SEH并未给出明确的要求在SEH的符合性验证过程中一定的符合性数据是必须的参考RTCA/DO254第十章建议的要求如下：硬件合格审定计划、硬件验证计划、硬件构型管理计划、硬件需求、硬件构型索引、硬件软件接口数据、硬件可追溯性数据、硬件评审和分析结果、硬件测试程序、硬件测试结果、问题报告、硬件构型管理记录、硬件完成综述 3.2SEH完整性测试的可行性问题 理论上所有的机载电子硬件都可以按照SEH的合格审定要求进行完整的验证和分析但是在实际的工程实践中由于受到测试设备、测试技术以及硬件设计的复杂度等各方面的影响大部分的机载电子硬件很难满足该要求因此在明确为简单还是复杂电子硬件之前必须要