孔维刚 白 杨 雷 红

(中航工业西安航空计算技术研究所，陕西 西安 710065)

AFDX网络传输介质转换器测试设备的设计

孔维刚 白 杨 雷 红

(中航工业西安航空计算技术研究所，陕西 西安 710065)

通过分析AFDX网络传输介质转换器的测试需求，文章给出了一种AFDX网络传输介质转换器的测试设备的设计方法。经过验证，结果显示该设计可以很好的满足测试要求，能显著提高测试效率。

AFDX网络；传输介质转换器；测试设备

航空电子全双工交换式以太网(AFDX)是一种确定、实时的全双工交换式以太网，是当前公认的主流机载网络之一[2]。传统的AFDX网络传输介质是同轴电缆，缺点是重量大，传输距离较近。为了克服同轴电缆的这些缺点，一些AFDX网络使用了光纤作为传输介质，但并未完全替代同轴电缆，因此需要AFDX网络传输介质转换器为同轴电缆和光纤提供信号转换。为了保证AFDX通信的确定性和实时性，对AFDX网络传输介质转换器的数据转换正确性、数据帧顺序、转换延迟提出了严格的要求。

针对AFDX网络传输介质转换器的功能性能特点，文中提出了一种 AFDX网络传输介质转换器测试设备的设计方法，用于AFDX网络传输介质转换器的功能性能测试。经验证，该测试设计操作简单，工作稳定可靠，能显著提高测试效率。

1 概述

1.1测试需求分析

通过分析被测单元（AFDX网络传输介质转换器）的功能性能，得到测试设备设计的需求如下：

（1）能双向收发100Mbps的AFDX数据帧；

（2）能进行AFDX数据帧转换正确性测试；

（3）能进行AFDX数据帧顺序测试；

（4）能测量转换延迟，精度不低于50ns。

1.2总体设计思路

根据测试需求分析，测试设备可以通过提供激励 AFDX数据给被测单元，并接收被测单元返回的AFDX数据，实现各项测试。具体思路如下：

针对测试需求（1），根据AFDX网络ARINC664 part7规范，AFDX网络物理层每个端口的速率应该配置为 10Mbps或100Mbps，全双工操作，速率不能自适应[1]。在测试设备中，通过定义 AFDX网络配置表中的端口速率来满足收发速率100Mbps和全双工要求。此外，为了充分验证被测单元的处理能力，测试设备的发送端口可以进行大数据量的线速（能够得到的最大的帧速率）发送帧，接收端口可以进行大数据量的线速接收帧。

针对测试需求（2），测试设备发出的数据帧经被测单元，返回测试设备，通过比较测试设备接收端口接收到的 AFDX数据帧与发送端口发送的AFDX数据帧内容，来实现正确性测试，当收发数据帧内容不一致（错误）时，测试停止，并打印测试结果。

针对测试需求（3），测试设备发出的数据帧具有一定的规律性，连续的一定数量的帧（这些帧的内容不重复）周期性发出，经过被测单元后，测试设备在接收端重新接收这些帧，通过对比这些帧的顺序是否和发送的帧顺序一致，来实现数据帧顺序测试。

针对测试需求（4），AFDX网络物理层处理芯片的发送数据和发送使能信号之间的延迟是固定的，接收数据和接收有效信号之间的延迟是固定的，因此测试AFDX数据帧的转换延迟，可以转换为测试发送使能信号和接收有效信号之间的延迟时间。为了使得测试精度满足测试要求，且易于观测，可以将物理层处理芯片的发送使能信号和接收有效信号引出，通过示波器测量得到。

为了使测试更加实用，设计中还进行了如下考虑：

（1）体积小，便于搬运；

（2）操作简单，具有友好的界面；

（3）在设计中，测试设备界面接口为通用的RJ45电缆接口和SC光缆接口。测试设备与PC机通过串口通信，在PC机上选择测试项目，并打印测试结果。

AFDX网络传输介质转换器通过调试线缆，将电缆和光缆接口转换为通用的RJ45电缆接口和SC光缆接口，实现与测试设备的连接。

2 硬件设计

AFDX网络传输介质转换器测试设备功能框图如图1所示，硬件由AFDX通信卡、母板、电源模块、机箱组成。

图1　测试设备功能框图

2.1AFDX通信卡

在设计中，AFDX通信卡是核心单元，负责AFDX数据帧的发送和接收。将AFDX通信卡物理层处理芯片的接收有效信号RX和发送使能信号TX通过连接器引出到母板，同AFDX通信卡的两路电缆接口（A路和B路）和串口一起，经过母板和内部线缆引出到机箱面板。

2.2母板设计

母板负责提供AFDX通信卡的安装槽位，给AFDX通信卡供电，并将AFDX通信卡各相关信号引出。

2.3电源设计

为了便于使用，测试设备供电为交流 220V/50Hz。在测试设备内部设计了交流220V/50Hz转直流的电源模块，电源模块输出的直流电源VDUT经内部电缆输出到面板，给被测单元供电。电源模块输出的直流电源5V给母板供电。

2.4机箱面板设计

为了便于测试操作，机箱面板进行了如下具体设计：

（1）防差错设计：输出给AFDX网络传输介质转换器的供电接口采用防差错设计，避免了正负极接错，配备了开关和加电指示灯；

（2）标准化设计：测试设备的串口通过标准 DB9连接器引出；两路电缆接口（A路和B路）通过标准RJ45插座引出；两路光缆接口（A路和B路）通过标准SC连接器引出；

（3）测试点设计：转换延迟测试用的发送使能信号测试点（TX）和接收有效信号测试点（RX），含对应的地参考点，通过适合示波器探头测量的测试端子引出。

3 测试软件设计

测试软件主要完成AFDX网络传输介质转换器的AFDX数据转换正确性测试和数据帧顺序测试，并配合完成转换延迟测试。为了充分验证AFDX网络传输介质转换器的功能、性能，在测试软件中主要考虑了以下几点：

（1）设计了长、中、短三种长度类型的AFDX数据帧；

AFDX有效载荷帧的长度为46字节～1500字节，测试软件中设计了有效载荷帧长度分别为1500字节、800字节、46字节三种长度的AFDX数据帧。

（2）每种长度类型的数帧据进行内容覆盖；

以有效载荷46字节的短帧内容设计为例，如表1所示，每个字节从0（0000 0000）逐渐递增至255（1111 1111），循环发送，保证了数据帧的内容覆盖。

表1　AFDX数据帧的短帧（46字节）内容设计

（3）三种长度类型的AFDX数据帧交替发送和接收，全双工处理；

（4）大数据量100000个数据帧线速转发测试；

（5）软件自动判断数据转换的正确性和帧顺序的正确性；

（6）对数据的转换正确性和帧顺序进行统计分析，并打印结果。

4 测试验证

为了验证测试设备的使用效果，对AFDX网络传输介质转换器进行了功能性能测试。测试验证环境如图2所示。

AFDX数据转换正确性和帧顺序测试：首先，运行测试设备中的测试软件，100Mbps的AFDX数据从测试设备电缆口A发出，经同轴电缆发送给被测单元；接着，被测单元将电缆信号转换为光缆信号，经光纤回送给测试设备光缆接口A，经测试设备回环后通过光接口B，将数据经光纤发给被测单元；最后，被测单元将光缆信号转换为电缆信号，经同轴电缆再次回到测试设备，测试设备对比分析AFDX数据的正确性和帧顺序，并将统计分析的结果通过串口发给PC机。

转换延迟测试：首先使用交叉网线将测试通道的电缆口A和B回环。示波器两路探头分别接测试点TX和RX，PC机运行测试程序，在示波器中读取TX和RX两路波形上升沿之间的时间差Δt1；其次，拆除交叉网线，按图2搭建测试环境，运行测试程序，在示波器中读取测试点TX和RX两路波形上升沿之间的时间差Δt2；最后，计算Δt2-Δt1，得到 AFDX网络传输介质转换器的转换延迟。

图2　测试环境

测试验证的结果如下：

（1）测试设备支持100Mbps线速下满负荷AFDX数据的全双工收发测试；

（2）可以进行AFDX数据帧转换正确性和帧顺序测试，并将测试结果通过串口打印出来；

（3）转换延迟通过示波器测试，精度为10ns，满足延迟测试精度要求。

经过测试验证，该测试设备设计完全满足AFDX网络传输介质转换器的测试需求。

5 结束语

文章介绍了一种AFDX网络传输介质转换器测试设备的设计方法，对测试需求、硬件设计和测试软件设计进行了阐述。通过实际测试验证，该测试设备满足测试要求，运行稳定可靠，对提高测试效率，降低生产成本有显著作用。

[1] ARINC664P7.Aircraft data network part7:Avionics full duplex switched Ethernet(AFDX) network[S].Annapolis, Maryland,USA:Aeronautical Radio Inc,2005.

[2] 赵永库,唐来胜.AFDX网络延迟计算方法[J].测控技术. 2013,32(5):85-88.

[3] 赵永库,王红春,唐来胜. AFDX网络端到端时延分析方法[J].电光与控制,2013,(4):81-83.

[4] 武华,邓发俊,杨媛媛.基于PCIE的多FC子卡测试设备的设计与实现[J].电子技术,2015,(6):67-70.

Design of AFDX transmission medium translator test equipment

According to the analysis of test demand for AFDX transmission medium translator,this paper presents a design of test equipment for AFDX transmission medium translator. By verification, the result shows that the design meets test requirements and improves test efficiency greatly.

AFDX; transmission medium translator; test equipment

TP399

A

1008-1151(2015)11-0003-02

2015-10-12

孔维刚，中航工业西安航空计算技术研究所工程师，研究方向为机载网络通信。