MIL-STD-1553B总线系统在总线故障定位及系统集成测试.doc

MIL-STD-1553B总线系统在线故障定位及系统集成测试MIL-STD-1553B总线系统在线故障定位及系统集成测试珠海矽微电子科技有限公司目 录前 言31.测试规范概述41.1测试规范简介41.2终端测试规范41.3系统测试规范42. AT15060简介53.集成系统测试63.1上电噪声测试63.2首次总线通信有效性测试73.3 RT BIT测试73.4 BC错误处理测试83.5集成系统的电气特性测试及故障定位93.6总线系统的电磁兼容测试114.总线系统在线故障诊断12前 言MIL-STD-1553A/B作为军用串行总线标准于1973年由美国国防部发布。此标准定义了总线的机械特性、电气特性和协议。它作为命令/应答方式的半双工串行总线，采用双冗余平衡传输线（屏蔽双绞线），通过时分复用的方式，最多可以连接31个终端(RT)设备。由于采用了曼彻斯特编码，MIL-STD-1553总线数据可以在采用变压器隔离的传输线路中传输，从而可以将设备节点从总线系统中隔离出来，确保了总线系统的可靠性。 从诞生到现在，MIL-STD-1553A/B总线被广泛运用在军用，甚至民用领域。从空军、陆军甚至海军，随处都可以看到1553B总线的应用。MIL-STD-1553B总线以其高可靠性和高实时性，深受广大军工产品设计人员的喜爱。据报道，法国空客公司在其A350型民用客机上也使用了MIL-STD-1553A/B总线，由此可见MIL-STD-1553A/B总线所受的欢迎程度。为了适应当今技术的不断升级换代的要求，使用MIL-STD-1553A/B总线的广大工程技术人员也在悄悄地革新着1553B总线。美国DDC公司近期推出了TURBO1553总线，这个标准在不改变MIL-STD-1553A/B总线其它协议的前提下，将总线的通信速率提高到了5Mbps。我国很多单位也已经将4M的1553B总线应用在产品型号中，并获得了很大成功。适应1553B总线技术革新的趋势，珠海矽微电子科技有限公司先后推出了系列的MIL-STD-1553B总线测试仪/分析仪AT15000、AT15030、AT15060、AT15800和AT15820等，可应用于标准1553总线和4/5/6M速率的TURBO1553总线的测试和分析领域。1.测试规范概述1.1测试规范简介为了提高产品型号的研发/生产质量，原航空一集团组织六三一所和航空综合技术研究所等单位根据美军标测试规范AS411X编译了GJB5186.X测试规范。这个测试规范涵盖了1553B总线终端、电缆、电缆组件和系统集成测试规范。GJB5186.1/2/3/4/6为终端设备（如BC/RT/MT）的有效性和生产测试规范。其中生产测试规范为有效性测试规范的子集。GJB5186.5为系统测试规范，包括电缆网络测试和系统集成测试两个部分。GJB5186.7为电缆组件测试规范，主要用来规定耦合器、线缆和端接器的测试。1.2终端测试规范综合GJB5186.1/3/6三个测试规范，涵盖了电气测试、协议测试和电磁兼容测试。电气测试包括输入和输出电气性能，如峰峰值、过零点偏差以及对称性等参数的测试；协议测试包括容错测试和普通协议测试；电磁兼容包括共模噪声和差模白噪声测试。同以往的测试方法相比，采用覆盖本测试规范的测试，不仅可以完成对产品型号的功能测试，更可以利用本测试规范来分析产品型号的电气性能和电磁兼容方面的测试，实现了从定性测试到定量测试的一个飞跃，不仅为产品型号的质量提供了保障，更可以大大提高产品的可靠性。1.3系统测试规范GJB5186.5中定义了两个部分的测试，分别为电缆网络测试和系统集成测试。电缆网络测试部分定义了电缆网络的测试方法和通过标准；系统集成测试定义了由电缆网络、总线控制器、远程终端和构成的总线系统的测试方法和通过标准。电缆网络测试包括连续性测试、特性阻抗测试、动态故障影响、衰减、余度总线间的隔离、共模抑制、波形畸变和数据通路完整性等8个方面的测试。系统集成测试主要涵盖以下几个方面：1） 上电测试作为RT，在系统上电的时候，不应有通信产生（测试RT是否会将系统的上电噪声当做有效的命令字），总线上的上电噪声不应超过系统限定的噪声范围。在系统稳定后，BT作为BC与系统中的RT逐个通信验证各个RT通信的正确性。作为BC，在系统上电后，应满足以下要求：l 总线的上下电噪声不应超过系统限定的范围；l 首次检测出的总线通信应为有效的总线通信（避免由于总线上的噪声引起的误通信），BT需要逐字对第一个总线消息进行确认。2） 正常操作a) 正常操作序列的监控在系统总线正常运行后，需要根据以下几个要求来监测总线：1） 是否按照系统规定的定时要求完成消息的通信传输；2） 是否按照系统要求完成与总线上所有RT的通信；3） 检测总线流量是否超过系统限定的负荷。b) 操作方式系统的大部分任务的操作都包含不同的操作方式，因此应对所有的操作方式进行全面测试。并且在测试的过程中要监控总线上的信号波形。3） 错误监控在总线系统的运行过程中，要实时记录总线上出现的通信错误，如不应答、总线重试等。4） 错误处理a) RT-RT的传输要求BC能识别在RT-RT传输中，RT在所应答的状态字/数据字中注入的错误。b) 禁止响应测试BC能否正确处理RT的响应和不响应。c) 上下电测试测试当总线系统中出现一个或者多个RT上电或者下电，引起总线流量变化时，测试BC操作的正确性。d) 总线重试当在RT应答的状态字/数据字中注入错误时，测试BC是否有错误重试的能力。e) 总线切换当在主总线上产生故障时，测试BC是否能识别主总线的故障，并切换到余度总线上通信。f) 非法指令BC向各个RT发送非法指令，测试系统处理非法指令的能力。2. AT15060简介AT15060为便携式MIL-STD-1553B总线分析仪，用以测试/分析1553B总线系统和定位总线系统故障。AT15060由以下几个部分构成：l 主机一台主机内置了一个总线控制器（BC）和一个总线监视器（MT），可用来发送测试命令和监视总线消息。另外，主机还内置了一个双通道虚拟示波器（采样率为240MSPS）和一个64MSPS的任意波形信号发生器（用以产生高斯白噪声和共模噪声，用以测试总线系统的电磁兼容性能）。为了方便分析终端设备的输入阻抗，AT15060还内置了一路阻抗测试接口，可用来测试电缆网络主总线和短截线的特性阻抗。图2.1 AT15060主机l 两个远程单元远程单元内置了一个多功能RT，可同时模拟31个RT，其中一个远程单元还内置了一个MT。用户可通过上位机软件在数据字/状态字中注入GJB5186规定的所有差错注入功能，并编辑RT的应答时间及应答地址，同时还可以利用内置的MT来监视总线消息。3.集成系统测试在对总线系统做GJB5186.5中规定的集成测试的时候，AT15060主机和远程单元通过以太网同上位机通信。上位机软件通过以太网来控制主机的各项测试操作，并设定远程单元的工作参数和编辑远程单元的数据发送缓冲。AT15060的上位机软件中实现了总线分析功能和GJB5186.1中规定的RT电气特性测试功能。总线分析功能通过实时分析总线上的波形参数来判断电缆网络和终端设备是否存在故障。当某个终端设备的波形参数处于临界值时，上位机软件会在界面上将故障节点用红色高亮显示。用户可利用电气特性测试功能，来在线测试包括总线电缆网络在内的远程单元（RT）的电气特性，这样就可以对包括电缆网络在内的远程单元的电气性能做一个整体评价。3.1上电噪声测试AT15060中提供了上/下电噪声测试功能，通过内置的常闭非保持继电器来控制被测设备的电源，继电器的额定电压为40VDC，额定电流为10A。如果由于总线上总的设备功率较大的话，用户可利用此继电器来控制接触器，从而实现被测系统的电源控制，如图3.1所示。AT15060的内置常闭结点接触器线圈电源接触器被测系统电源接入点被测系统电源输出点图 3.1集成系统上电噪声测试的电源控制电路AT15060在给被测系统上电/下电的过程中，会自动测量被测终端/系统输出到总线上噪声的最大值。在测试总线系统上电噪声的时候，需将主总线的一段接到AT15060的1553接口的B通道上，如图3.2所示。BCRT1RT2RT3RT4RT5RT6RTnAT15060电源线以太网线图3.2 系统上电噪声测试连接图另外，用户可在测试系统上电噪声的过程中，打开AT15060的总线监视器，通过上位机软件界面来观察在上电的过程中有无错误的总线通信出现。3.2首次总线通信有效性测试通信有效性测试连接图如图3.2所示，用户可通过查看上位机软件中的总线监视器界面上显示的总线消息，来判定系统上电后的首次通信是否有效。3.3 RT BIT测试用户可利用AT15060中的BC仿真功能来分别从系统的不同RT中获取BIT字，并检验BIT字是否同系统设计相一致，测试连接图如图3.4所示。3.4 BC错误处理测试标准远程单元1（RT）BC标准远程单元2（RT）以太网交换机图3.3 BC错误处理测试连接图BC错误处理测试连接图如图3.3所示，用两个标准远程单元来模拟总线系统中的RT。在开始错误处理测试前，先通过上位机软件来配置这两个标准远程单元，保证这两个标准远程单元能够正确模拟总线上的所有RT。在系统上电，总线系统正常工作后（BC依照设计要求发送总线消息，并能够正确收到各个RT应答的状态字/数据字），用户再通过上位机软件中的远程单元配置对话框，根据系统集成测试的要求来配置两个远程单元，从而实现对BC错误处理能力的测试。RT的配置界面和差错注入界面如图3.4所示。图3.4 RT配置对话框图3.5 RT差错注入对话框RT1RT2RT3RT4RT5RT6RTnAT15060（BC）以太网线3.5集成系统的电气特性测试及故障定位图3.6 集成系统电气特性测试及故障定位连接图AT15060中集成了总线分析功能，可通过实时分析总线上的波形数据，来获取以下波形参数，测试连接图如图3.6所示，上位机主界面如图3.7所示。a) 同步位的上升下降时间b) 波形的过冲c) 过零点偏差d) 峰峰值e) 幅值畸变在测试集成系统电气性能的时候，建议将AT15060挂接在BC所在的子线上，利用AT15060的上位机软件中的BC仿真功能来发送测试消息，进而获取RT的数据波形参数。图3.7 总线分析主对话框如上图所示，在总线分析界面上采用卡片的格式，列出了32个RT和一个BC。在每个卡片上分别显示了总线终端设备输出波形的上升/下降时间、过零点偏差、峰峰值和波形的过冲/扰动。如果某个终端设备的波形参数超过了预设的范围，总线分析软件则会将相应设备所对应的卡片用红色高亮显示，同时也将相应的总线参数用红色标识出来。用户不仅可以观测总线上设备输出波形的最大/最小值，还可以通过下面界面查看波形参数的历史记录。图3.8 总线分析的历史记录对话框如上图所示，用户可通过对话框底部的下拉列表框，来选择查看哪一个RT的历史记录，以及相应RT在哪个时间段之间的历史记录。为了方便用户给总线终端设备的故障定性，我们还特别设计了故障统计图，如下图所示。图 3.9 总线分析的波形参数失效率统计图上图显示的为RT3的故障统计图，红色标识的为故障的总线消息所占的比例。从上图我们可以得出，这些故障消息所占的总消息个数的比例相当高，从而可以推断出，这些故障应该为所对应终端设备，或者其总线节点的器质性故障。3.6总线系统的电磁兼容测试AT15060主机中内置的任意波形信号发生器，可产生标准中规定的高斯白噪声和共模噪声。用户可根据测试规范的要求将此噪声注入到总线系统中，来测试总线系统对噪声的抑制能力。电磁兼容测试的测试连接图如图3.10所示。在测试高斯白噪声抑制的时候，将AT15060的主机的1553接口的A、B通道分别连接到A、B总线的终端电阻上，并去掉此终端电阻。在测试共模噪声抑制的时候，去掉A、B总线终端电阻的同时，用共模噪声适配头将AT15060和总线终端连接起来。RT1RT2RT3RT4RT5RT6RT7AT15060（作为噪声发生器）BC图 3.10 电磁兼容测试连接图在AT15060连接到主总线上之后，用户即可通过AT15060面板来控制高斯白噪声和共模噪声的注入，并启动总线通信，来测试总线系统对噪声的抑制能力。高斯白噪声和共模噪声测试的通过标准，建议采用GJB5186.1中5.1.1.3和5.3中的判据。4.总线系统在线故障诊断当总线系统出现通信故障时，先用AT15060的阻抗测试接口来测试故障节点的特性阻抗，正确的特性阻抗应该为75OHM左右（偏差为10%）。如果特性阻抗偏大或者偏小，则说明此节点的耦合器或者短截线的线缆故障。如果特性阻抗正常，则需要进一步分析总线波形。在分析总线故障节点的总线波形参数时，需要将AT15060连接到总线上的控制器（BC）节点上，并将标准远程单元（RT）连接到故障节点上。打开上位机软件的总线分析功能，并获取故障节点的波形参数。参考如下波形参数分析，即可定位总线系统故障。l VppVpp为BC所接收到的故障节点发出的总线波形的峰峰值，忽略线缆的衰减，Vpp应为4.2V左右。如果此值偏小，并超出线缆衰减的范围时，则说明主总线的特性阻抗偏小，电缆网络中可能存在短路节点。l VminVmin为畸变后的总线波形的最小幅值，此值应不小于0.66V。如果此值偏小，则说明故障