武健 武堅(jiān) 張楠

摘要：FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)是機(jī)載FC網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，針對(duì)故障檢測(cè)率低的問題，本文根據(jù)產(chǎn)品組成、交聯(lián)關(guān)系、故障模式和測(cè)試之間的相關(guān)性關(guān)系，建立了FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)多信號(hào)流測(cè)試性模型，進(jìn)行了測(cè)試性定性定量分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中的測(cè)試性設(shè)計(jì)薄弱點(diǎn)，并進(jìn)行了設(shè)計(jì)改進(jìn);該文通過測(cè)試建模和設(shè)計(jì)改進(jìn)，提高了FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)的故障檢測(cè)率，也間接為機(jī)載FC網(wǎng)絡(luò)維修效率、任務(wù)可靠性、安全性的提高提供了重要基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：FC網(wǎng)絡(luò);節(jié)點(diǎn)機(jī);測(cè)試性建模;測(cè)試性改進(jìn)

中圖分類號(hào)：TP393? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）35-0039-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 引言

FC網(wǎng)絡(luò)具有速率快、抗干擾能力強(qiáng)、使用靈活等多種優(yōu)點(diǎn)使得其在飛行器中得到了廣泛的應(yīng)用[1]，F(xiàn)C節(jié)點(diǎn)機(jī)是機(jī)載FC網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分，經(jīng)過多年的發(fā)展，F(xiàn)C節(jié)點(diǎn)機(jī)的功能性能已經(jīng)得到了很大的提高，但是當(dāng)前其測(cè)試性水平還比較低，給實(shí)際使用帶來了很大的困難。第一，F(xiàn)C網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在飛行器上分布十分廣泛，故障定位不準(zhǔn)確嚴(yán)重影響了維修的效率;第二，F(xiàn)C節(jié)點(diǎn)機(jī)承載了飛行器重要數(shù)據(jù)的傳輸，未檢測(cè)出的隱蔽故障可能會(huì)影響任務(wù)的完成甚至是飛行的安全。為提高FC節(jié)點(diǎn)的測(cè)試性水平，本文基于多信號(hào)流測(cè)試性建模方法，建立了FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)的測(cè)試性水平，也間接為維修效率、任務(wù)可靠性、安全性的提高提供了重要支撐。

2 FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)測(cè)試性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析

2.1 產(chǎn)品架構(gòu)

FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)負(fù)責(zé)FC協(xié)議處理，提供高速FC接口和PCIe主機(jī)接口;FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)為單模塊產(chǎn)品，以FPGA為核心，外部電路包括電源電路，時(shí)鐘電路、存儲(chǔ)電路等。FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2.2 產(chǎn)品和故障模式層次劃分

FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)產(chǎn)品和故障模式層次劃分結(jié)果如圖2所示。FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)劃分為四個(gè)功能電路：01-電源電路、02-時(shí)鐘電路、03-調(diào)試電路、04-FC節(jié)點(diǎn)電路，最低一級(jí)為各個(gè)功能電路的故障模式。功能電路按照順序，編號(hào)m為01～04，fm+n標(biāo)示第m個(gè)功能電路的第n個(gè)故障模式。圖2中僅列出部分故障模式，其余省略。

FC節(jié)點(diǎn)機(jī)各個(gè)功能電路輸入輸出端口信號(hào)、每個(gè)功能電路對(duì)應(yīng)一組端口信號(hào)集，如表1所示，僅列出部分端口信號(hào)，其余省略。

2.3 測(cè)試集分析

根據(jù)FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試內(nèi)容，確定FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)的測(cè)試點(diǎn)和測(cè)試集，如表2所示。

3 測(cè)試性建模與改進(jìn)

3.1 測(cè)試性建模流程

FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)測(cè)試性建模流程如圖3所示，流程說明如下所示：

（1）通過FMECA獲取FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)的故障模式以及每個(gè)故障模式的故障率，F(xiàn)MECA采用GJB/Z 1391[2]中規(guī)定的填表的方法;

（2）通過FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)的設(shè)計(jì)資料分析FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)當(dāng)前部署的軟件和硬件實(shí)現(xiàn)的測(cè)試點(diǎn);

（3）分析各個(gè)測(cè)試點(diǎn)中的可用的測(cè)試信息，包括測(cè)試針對(duì)的具體信息、故障判斷、運(yùn)行的時(shí)機(jī)（上電、周期、維護(hù)等）;

（4）采用測(cè)試性建模軟件建立產(chǎn)品的多信號(hào)流測(cè)試性模型;

基于測(cè)試性模型完成測(cè)試性定性分析（可檢測(cè)故障、不可檢測(cè)故障等）、定量分析（故障檢測(cè)率、故障隔離率等）;

（5）將測(cè)試性定性定量分析結(jié)果與指標(biāo)進(jìn)行滿足情況檢查，如不滿足測(cè)試性指標(biāo)要求，根據(jù)分析出來的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行測(cè)試性設(shè)計(jì)改進(jìn)，在改進(jìn)后對(duì)多信號(hào)流模型進(jìn)行迭代和定性定量分析，直到測(cè)試性指標(biāo)滿足要求。

3.2 FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)多信號(hào)流模型

基于所分析的測(cè)試性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用TADS軟件[3]建立多信號(hào)測(cè)試性模型，多信號(hào)流模型[4]利用分層有向圖描述產(chǎn)品組成、交聯(lián)關(guān)系、故障模式、測(cè)試點(diǎn)之間的相關(guān)性關(guān)系，十分適合機(jī)載FC網(wǎng)絡(luò)這類復(fù)雜系統(tǒng)的測(cè)試性分析和設(shè)計(jì)。在基于TADS軟件建模的過程中，需要根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)建立SRU層次和功能電路層次的輸入端口、輸出端口，并按實(shí)際的內(nèi)外交聯(lián)關(guān)系完成測(cè)試性模型的互聯(lián)。

在功能電路內(nèi)部，根據(jù)FMEA分析的結(jié)果定義功能電路內(nèi)部的故障模式，并將故障模式的輸入輸出與相應(yīng)的端口進(jìn)行互聯(lián)，在故障模式定義完成后，將信號(hào)與故障模式進(jìn)行綁定，并根據(jù)產(chǎn)品電路設(shè)計(jì)的具體情況對(duì)阻隔信號(hào)、轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行描述。

將測(cè)試點(diǎn)和故障模式或端口進(jìn)行連接，并在測(cè)試點(diǎn)中增加測(cè)試信息，指定測(cè)試的類型（加電BIT、在線BIT、啟動(dòng)BIT、內(nèi)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備檢測(cè)、內(nèi)場(chǎng)人工檢查等）、測(cè)試支持的信號(hào)和測(cè)試通過置信度等。

3.3 FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)測(cè)試性分析

對(duì)建立的FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)進(jìn)行定量分析，故障檢測(cè)率為69.47%，而典型FC節(jié)點(diǎn)機(jī)故障檢測(cè)率要求不低于95%，當(dāng)前的故障檢測(cè)率不能滿足要求。通過對(duì)測(cè)試性模型的定性分析，明確未檢測(cè)的故障模式共8個(gè)，具體如表3所示。

通過對(duì)未檢測(cè)的故障模式進(jìn)行分析，F(xiàn)C網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)未檢測(cè)的故障模式主要由節(jié)點(diǎn)機(jī)工作電源、時(shí)鐘和FPGA故障導(dǎo)致。

在工作電源、FPGA邏輯工作時(shí)鐘、FPGA故障時(shí)，F(xiàn)PGA的功能不能正常運(yùn)行，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)機(jī)的BIT能力喪失，無法上報(bào)故障，需針對(duì)以上不能檢測(cè)的故障進(jìn)行測(cè)試性設(shè)計(jì)改進(jìn)。

3.4 FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)測(cè)試性設(shè)計(jì)改進(jìn)

由于機(jī)載FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)面臨嚴(yán)格的功耗、體積重量的約束，難以增加大量的專用BIT電路，因此本文利用現(xiàn)有的FPGA空置邏輯資源和IO管腳，設(shè)計(jì)了專用的硬件FAIL指示信號(hào)，該信號(hào)采用低電平指示故障，高電平指示正常。在FPGA正常工作時(shí)，由FPGA將該信號(hào)驅(qū)動(dòng)為高電平，而在FPGA不能正常工作時(shí)，通過下拉提供默認(rèn)的故障指示輸出。

對(duì)改進(jìn)后的FC節(jié)點(diǎn)機(jī)測(cè)試性建模模型進(jìn)行定量分析，故障檢測(cè)率為98.9%，滿足了典型FC節(jié)點(diǎn)機(jī)故障檢測(cè)率要求不低于95%的要求。

4 結(jié)束語

FC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)是機(jī)載FC網(wǎng)絡(luò)中的重要組成，本文通過建立多信號(hào)流測(cè)試性模型，明確了測(cè)試性設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)并進(jìn)行改進(jìn)，使故障檢測(cè)率滿足了典型指標(biāo)要求。

參考文獻(xiàn)：

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