AFDX端系統是AFDX網絡與航空電子系統之間的接口部件，為各類航電設備提供高實時性和高可靠性的通信服務。為了有效驗證端系統功能性能，設計了一種AFDX端系統測試平臺。經測試驗證，該測試設備能有效地對AFDX端系統進行測試和評估。

　　關鍵詞：AFDX端系統；PCES仿真卡；測試

　　1概述

　　AFDX(AvionicsFullDuplexSwitchedEthernet)網絡是一種高實時性、高可靠性、低延時性和確定性的航空總線[1]。AFDX網絡通過控制虛鏈路的傳輸速率提高網絡的實時性；通過完整性校驗和冗余管理實現網絡傳輸的高可靠性，通過采用全雙工交換機和異步傳輸方式，來減少數據幀的延時，通過采用固定拓撲結構實現網絡配置的確定性。以上技術使得AFDX網絡具有極好的通信性能，并在航電系統中得到了廣泛應用。AFDX網絡采用星型雙余度拓撲結構，主要由端系統、交換機和虛鏈路3部分組成。其中AFDX端系統能夠發送和接收AFDX數據，完成虛鏈路VL（VirtualLink）隔離、發送端流量整形、接收端冗余數據管理、接收端VL標號識別、完整性檢測等操作[2]。為了測試端系統的功能性能，設計出了一種滿足多種測試需求的AFDX端系統測試平臺，并在實驗室環境下，對AFDX端系統模塊的各項性能指標進行了測試。

　　2AFDX端系統

　　AFDX網絡協議可以分為物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層。其中，物理層基于AFDX端系統的兩路PHY芯片實現，每個PHY芯片能提供一路通信接口；數據鏈路層協議通過FPGA邏輯實現，完成AFDX端系統的VL調度功能和冗余管理；網絡層和傳輸層協議由運行在處理器上的驅動軟件實現，完成對數據的封裝、分片、重組等功能。AFDX端系統通過硬件和軟件的配合使用能夠實現以上4層協議的功能。應用層功能主要包含基于ARINC664通信的主機應用功能、SNMP網絡管理功能及文件加卸載功能，這部分應用軟件通常運行在主機端模塊上。AFDX端系統需要保障數據在傳輸中的安全性和可靠性。其主要功能包括：（1）配置加載。通信配置是AFDX網絡通信的基礎，AFDX端系統的通信配置應該包括：端系統基本配置、通信端口配置、虛鏈路配置、ICMP配置信息。（2）端口通信。通過AFDX端口完成數據的發送與接收。AFDX網絡提供3種通信端口，其中采樣端口和隊列端口為通信端口，SAP端口為上層服務端口。采樣端口只有一個緩沖區，當有新消息時，緩沖區內已有的消息將被覆蓋。而隊列端口設置有多個緩沖區，采用先進先出的機制緩沖數據。SAP端口主要用于文件傳輸和網絡管理等功能。（3）虛鏈路調節。虛鏈路VL之間實現邏輯獨立是通過限制虛鏈路的帶寬分配間隙BAG(BandwidthAllo-cationGap)和AFDX數據幀的最大長度Lmax實現的。為了確保每條虛鏈路的帶寬分配間隙，調整器在發送前會對消息幀流進行調整。（4）多路調度。當端系統有多個發送任務時，調度器會根據BAG通過流量控制實現多路數據流的信道復用，防止信息幀發送沖突。（5）完整性檢查。為了保證每條虛鏈路上數據傳輸的可靠性，端系統會對接收到的數據進行完整性檢查。當沒有故障時，完整性檢查會直接將接收到的數據幀傳遞給冗余管理。當發生故障時，完整性檢查將去除無效幀。完整性檢查功能對順序號在[PSN+1,PSN+2]的區間中進行幀檢查，PSN為該VL接收到前一個有效幀的順序號[5]。（6）冗余管理。為了能夠保證數據能安全發送，避免數據在傳輸過程中丟失，AFDX網絡采用兩個獨立的冗余網絡進行數據傳輸。冗余管理會比較兩個通過完整性檢查幀的序列號，按照先到有效的策略對兩個數據幀進行處理，并將有效的數據幀傳遞到UDP/IP協議棧進行處理。

　　3測試平臺環境

　　所使用的測試平臺主要由配備PCES仿真卡的PC機、AFDX驅動程序和AFDX測試程序組成。PCES仿真卡作為測試臺的核心部件采用純硬件實現，不包含軟件部分，與其配合使用的仿真卡驅動軟件與測試程序均在PC機上運行。PCES測試程序主要分為3部分，通信測試軟件、SNMP功能測試軟件和文件加卸載功能測試軟件，其中在SNMP功能測試軟件和文件加卸載功能測試軟件中分別實現了SNMP網絡管理端功能和ARINC615A加載端功能。被測端系統由具有AFDX設備、AFDX驅動程序和測試應用程序的組成，驅動程序和應用程序駐留在被測端系統中。測試環境結構如圖1所示。PCES仿真卡是單PMC結構，使用時安裝在PMC-PCI載板上，插入PC機的PCI插槽中使用[3]。PCES仿真卡具有一個PCI橋片，用于PCI總線和板上局部總線的橋接。該橋片符合PCIv2.2規范，支持33MHz、3.3V/5V、32位的PCI總線，具有2個獨立的DMA通道。FPGA作為PCES仿真卡的核心，主要實現AFDX協議棧中數據鏈路層功能，邏輯主要包含：局部總線接口、發送緩沖區、接收緩沖區、控制寄存器、發送控制、接收控制、網絡MAC等部分。PCES仿真卡提供兩路AFDX端口，通過網線和被測試端系統線連接。當測試程序需要發送數據時，PC機通過PCI總線將數據寫入PCES仿真卡的緩沖區，并執行發送操作；接收時，仿真卡將收到的數據幀放入緩沖區，采用中斷或者查詢的方式，主機從緩沖區取數據。

　　4測試內容

　　AFDX端系統測試包括8個測試類別，測試類別主要分為自檢測功能測試、通信功能測試、網絡管理功能測試和數據加/卸載功能測試。具體測試項如下：（1）自檢測功能測試：測試上電自檢測、周期自檢測和維護自檢測功能是否正常。（2）端系統基礎通信測試：測試不同數據內容發送和接收的正確性。（3）虛擬鏈路測試：測試端系統能否在不同虛擬鏈路配置下通信的正確性。（4）包間隔測試：測試端系統以不同BAG進行通信時能否滿足要求。（5）隊列/采樣/SAP端口測試：測試端系統的采樣端口、隊列端口和服務訪問點端口通信能否實現。（6）冗余管理測試：測試接收和發送端系統能否對幀進行順序號的識別，以及完整性檢測和冗余管理。（7）SNMP功能測試：測試端系統的網絡管理功能。（8）文件加卸載功能測試：測試終端系統能否按照ARINC615A和ARINC665標準進行文件加載[4]。

　　5測試方法

　　根據測試內容的不同，測試用例執行前PCES測試臺和被測端系統都需要進行初始化并加載相應的配置，配置內容包括發送VL、接收VL、發送端口（采樣、列隊、SAP）、接收端口等信息，此外，還需要確定測試性用力的負載長度和數據內容等信息。端系統采用命令/響應的測試策略，運行在PC機上的測試程序根據不同的測試用例，向被測試設備發送測試請求，請求的內容包含命令字段和數據字段[6]。被測端系統收到請求數據后，解析命令并返回確認消息接受測試請求。當請求階段成功后，測試平臺和被測設備會執行請求對應的測試用例。在執行相應操作時，被測試端系統需要將設備運行狀態和測試運行結果反饋給測試平臺。當測試用例執行結束后測試平臺依據被測設備的反饋結果和合格判據，給出該測試用例的測試結果。

　　6結語

　　AFDX網絡已經在航空電子系統中得到廣泛應用，如何有效地對AFDX端系統的功能性能進行測試和檢驗變得非常重要。在論述AFDX端系統特性的基礎上設計了一種用于AFDX端系統測試的解決方案。通過不同的測試用例，實現了對AFDX端系統的全面測試。并以此設計基于PCES仿真卡的測試平臺，完成了測試方案的論證。為AFDX端系統的測試驗證基礎提供了很好的保障。

　　作者：袁萬騰 王晨博 劉洋