基于AFDX總線的終端系統測試技術

AFDX全稱為航空電子全雙工交換式以太網(Avionics Full Duplex Switched Ethernet)，它是為在航空電子系統之間進行數據交換而定義的一種協議標準，是基于ARINC 429和1553B基礎之上的一種總線通信協議規范(ARINC664 Part7)。隨著大飛機項目引入國內，各種基于AFDX總線技術的設備研制正加速展開，雖然國外對AFDX總線技術有著較為成熟和系統的測試技術，但僅限于物理層和網絡層，如何實現機載設備的功能和性能測試成為國內目前AFDX研究的主要領域。

1 AFDX主要特點
現代電子技術和信息技術的發展，對飛機的機載數據總線技術提出了更高的要求。AFDX網絡通過對傳統的以太網技術進行改進，憑著其可虛鏈路技術，雙冗余管理，通信網絡延遲的可確定性等優越的網絡通信性能，已成為新一代航空電子系統數據傳輸網絡。AFDX網絡源于以交換機為核心的交換式以太網，它與典型的以太網有著類似的組成和通信模式，但是由于其誕生之時起就面向航空電子設備，所以AFDX總線有著高安全性、確定性和可靠性，并形成了ARINC 664系列的相關標準。
1．1 虛鏈路技術
在航電系統，AFDX終端一定需要通過一個VL進行數據幀的交換，可以說VL是AFDX的通信基礎。Virtual Link(虛擬鏈路)是一個概念上的通信通道，每個VL都定義了一個邏輯上單向的連接，即從一個源端系統到一個或多個目的端系統。每一個VL在邏輯上是互相隔離的，而且每個VL都有專門的帶寬保證，多個VL的數據傳輸在有效的帶寬內相互不影響，AFDX虛鏈路示意圖如圖1所示。

由于航空機載設備要求通信的即時性和可靠性，為了避免在同一物理連接上不同虛鏈路之間的碰撞與干擾，AFDX總線技術引入了一種限制機制，從通信協議上控制了數據流，即通過限制每個虛鏈路上AFDX數據幀的傳輸速率和每個AFDX數據幀的大小。
1．2 冗余容錯技術
一個典型的AFDX端系統之間，必定有兩條獨立的物理路徑即ESA和ESB，這兩個ES終端組成了AFDX總線的數據傳輸途徑，如圖2所示，每幀數據都會從源ES終端同時通過兩路物理路徑傳輸到目的ES終端，目的ES終端接收到第一個有效的幀后，立刻會上傳給應用程序處理；當目的ES終端一旦接收到一個有效數據幀后，后面相同順序號的幀就會被丟棄。

1．3 流速／流量控制技術
在ES終端的數據幀傳輸過程中，每個VL的數據幀傳輸速率和數據幀長度是受到AFDX系統應用者的規劃AFDX網絡配置表靜態控制的。VL的流速／流量與BAG(Bandwidth Allocation Gap)、JITTER以及數據幀的最大長度(Lmax)相關。
1．4 區分數據服務
由于航空網絡中對不同種類的數據服務的實時性和確定性有著不同的要求，一種是航空網絡中事件性質數據，此類數據必須保證每條傳輸到達，一種是航空網絡中周期性數據，此類數據只需保存最新狀態即可。針對此要求，AFDX網絡將數據服務區分為采樣和隊列。前者數據幀長度小于或等于VL的最大長度，支持組播或單播，舊的信息將隨時被新的信息覆蓋；后者數據幀長度最大為8 KB，在發送和接收過程中采用FIFO方式管理信息。

2 AFDX測試系統組成
本次試驗的核心目的是實現在VC++6．0圖形界面下，通過商用的AFDX仿真板卡和AFDX網絡交換機，實現遠程對某型帶AFDX總線端系統設備的功能測試與性能測試。這次試驗使用的硬件資源主要包括AFDX網絡交換機、某型帶AFDX總線ES端系統設備、帶AFDX仿真卡的工控計算機，網線若干根，軟件包括VC++6．0軟件、AFDX仿真板卡驅動和API函數，AFDX網絡配置表。試驗的連接方式如圖3所示。

3 AFDX測試過程
由于AFDX網絡具有靜態配置的特點，所以該AFDX總線測試系統硬件連接到位后，需要進行以下步驟進行AFDX終端收發測試：
(1)設置AFDX終端發送方式，即為單一方式或冗余方式；
(2)AFDX終端發送速率設置；
(3)設置AFDX終端發送端口目的IP地址和源IP地址；
(4)設置發送VL號和子VL號；
(5)定義UDP源端口號和目的端口號；
(6)定義AFDX終端的PORT ID號。