基于AFDX总线的端系统测试技术

摘要：AFDX总线技术是目前航空机载设备交换式网络的代表，也是近年来大型飞机航空机载设备首选的总线通信网络。为了实现某设备AFDX总线主要功能和性能检测，简要介绍了AFDX总线技术的基本原理与通信特点，通过使用VC++6．0软件技术在工控机上集成了AFDX端系统测试功能，并给出了该技术在AFDX端系统上的测试结果。
关键词：AFDX；端系统；测试技术；VC++6．0

    AFDX全称为航空电子全双工交换式以太网(Avionics Full Duplex Switched Ethernet)，它是为在航空电子系统之间进行数据交换而定义的一种协议标准，是基于ARINC 429和1553B基础之上的一种总线通信协议规范(ARINC664 Part7)。随着大飞机项目引入国内，各种基于AFDX总线技术的设备研制正加速展开，虽然国外对AFDX总线技术有着较为成熟和系统的测试技术，但仅限于物理层和网络层，如何实现机载设备的功能和性能测试成为国内目前AFDX研究的主要领域。

1 AFDX主要特点
    现代电子技术和信息技术的发展，对飞机的机载数据总线技术提出了更高的要求。AFDX网络通过对传统的以太网技术进行改进，凭着其可虚链路技术，双冗余管理，通信网络延迟的可确定性等优越的网络通信性能，已成为新一代航空电子系统数据传输网络。AFDX网络源于以交换机为核心的交换式以太网，它与典型的以太网有着类似的组成和通信模式，但是由于其诞生之时起就面向航空电子设备，所以AFDX总线有着高安全性、确定性和可靠性，并形成了ARINC 664系列的相关标准。
1．1 虚链路技术
    在航电系统，AFDX终端一定需要通过一个VL进行数据帧的交换，可以说VL是AFDX的通信基础。Virtual Link(虚拟链路)是一个概念上的通信通道，每个VL都定义了一个逻辑上单向的连接，即从一个源端系统到一个或多个目的端系统。每一个VL在逻辑上是互相隔离的，而且每个VL都有专门的带宽保证，多个VL的数据传输在有效的带宽内相互不影响，AFDX虚链路示意图如图1所示。

    由于航空机载设备要求通信的即时性和可靠性，为了避免在同一物理连接上不同虚链路之间的碰撞与干扰，AFDX总线技术引入了一种限制机制，从通信协议上控制了数据流，即通过限制每个虚链路上AFDX数据帧的传输速率和每个AFDX数据帧的大小。
1．2 冗余容错技术
    一个典型的AFDX端系统之间，必定有两条独立的物理路径即ESA和ESB，这两个ES终端组成了AFDX总线的数据传输途径，如图2所示，每帧数据都会从源ES终端同时通过两路物理路径传输到目的ES终端，目的ES终端接收到第一个有效的帧后，立刻会上传给应用程序处理；当目的ES终端一旦接收到一个有效数据帧后，后面相同顺序号的帧就会被丢弃。

1．3 流速／流量控制技术
    在ES终端的数据帧传输过程中，每个VL的数据帧传输速率和数据帧长度是受到AFDX系统应用者的规划AFDX网络配置表静态控制的。VL的流速／流量与BAG(Bandwidth Allocation Gap)、JITTER以及数据帧的最大长度(Lmax)相关。
1．4 区分数据服务
    由于航空网络中对不同种类的数据服务的实时性和确定性有着不同的要求，一种是航空网络中事件性质数据，此类数据必须保证每条传输到达，一种是航空网络中周期性数据，此类数据只需保存最新状态即可。针对此要求，AFDX网络将数据服务区分为采样和队列。前者数据帧长度小于或等于VL的最大长度，支持组播或单播，旧的信息将随时被新的信息覆盖；后者数据帧长度最大为8 KB，在发送和接收过程中采用FIFO方式管理信息。

2 AFDX测试系统组成
    本次试验的核心目的是实现在VC++6．0图形界面下，通过商用的AFDX仿真板卡和AFDX网络交换机，实现远程对某型带AFDX总线端系统设备的功能测试与性能测试。这次试验使用的硬件资源主要包括AFDX网络交换机、某型带AFDX总线ES端系统设备、带AFDX仿真卡的工控计算机，网线若干根，软件包括VC++6．0软件、AFDX仿真板卡驱动和API函数，AFDX网络配置表。试验的连接方式如图3所示。

3 AFDX测试过程
    由于AFDX网络具有静态配置的特点，所以该AFDX总线测试系统硬件连接到位后，需要进行以下步骤进行AFDX终端收发测试：
    (1)设置AFDX终端发送方式，即为单一方式或冗余方式；
    (2)AFDX终端发送速率设置；
    (3)设置AFDX终端发送端口目的IP地址和源IP地址；
    (4)设置发送VL号和子VL号；
    (5)定义UDP源端口号和目的端口号；
    (6)定义AFDX终端的PORT ID号。
    通过以上方式来配置AFDX终端的网络配置表，这样就可以确定并配置好整个AFDX终端的发送网络。在控制计算机的接收端，通过VC++ 6．0软件编制的AFDX网络收发测试程序，也需要通过与以上过程类似的网络表配置。
    经过上述的方法将AFDX终端测试系统搭建完成后，可以通过运行相关程序，实现测试数据的收发测试，其中按照ARINC 664 Part7标准对AFDX端系统进行多项的内容测试，具体测试内容如表1所示。

4 测试结果
    最终经过运行VC++6．0软件编制的AFDX网络收发测试程序，对AFDX端系统的各项指标进行了测试，测试结果如图4和图5所示，此AFDX端系统的功能和性能指标都经过了严格的测试。

5 结语
    通过本文介绍基于AFDX仿真卡的AFDX总线端系统测试技术，不仅能够成功地测试AFDX网络端系统，而且可以进一步对航空设备的通信功能和性能进行针对性测试，能够更方便和准确地服务于航空设备的各级检测。