PCI总线故障注入器的研究与设计
Linux平台上软件实现的PCIE总线故障注入系统
ｆｕｔｈｓ ｐ ｐ ｒ ｄ ｓ ｒ ｅ ｈ ｉｅ ｆｓ ｆ ｒ — ａ ｅ ｔｓ ｎ ｉ ｌ ｎｅ ｓ ｆ ｒ— ａ ｅ ａ ｌ ｎｅ ｔ ｎ ｓ ｓｅ Ｔ ｅ ｅ ・ ａ ｌｔｉ ａ ｅ ｅ ｃｉ ｓ ｔｅ ｄ ａ ｏ ０ｔ ｅ ｂ ｓ ｄ ｅ ｔａ ｄ ｍｐｅ ． ｂ ｗａ ｍｅ ｔｄ ｏｔ ｅ ｂ ｓ ｄ ｆｕ ｉ ｃｉ ｙ ｔｍ．ｈ ｘ ｗａ ｔ ｊ ｏ ｐ ｒ ｎａ ｒｓ ｌ ｅｉｅ ｈ ｆ ｃｉ ｎ ｓ ｆｔｅ ｆｕ ｎｅ ｔ ｎ ｓ ｓｅ ａ ｄ ａ ａｉｓ ｔｅ ｆｕｔ ｔｌｒｎ ｃ ａ ｉ ｏ ｘ ｅｉ ｅｉ ｔｌ ｅ ｕｔ ｖ ｒｉｓ ｔｅ ｅ ｅ ｔ ｅ ｅ ｓ ｏ ｈ ａ ｌ ｉｊｃｉ ｙ ｔｍ ｎ ｎ ｌ ｈ ａ ｌ ｏｅａ ｔｍｅ ｈ ｎｓ ｍｅ ｓ ｆ ｖ ｔ ｏ ｅ － ｍ ｆｅ ｐ ｒ —
《 业 控 制 计算 机｝ ０ ２年 第 ２ 工 ２１ ５卷 第 ８期
Ｌ ｕ 平台上软件实现的 Ｐ Ｉ ｉｘ ｎ ＣＥ总线故障注入系统
Ｓ ｆ ｒ ｍｐ ｍｅ ｔｔ ｎ ｏ Ｐ Ｉ ｕ ａ ｌ Ｉ ｅ ｔ ｎ Ｓ ｓ ｍ ｎ Ｌ ｕ Ｉ ｆｒ ｏｔ ｅ Ｉ ｌ ｎ ｉ ｆ Ｃ Ｅ Ｂ ｓ Ｆ ｕ ｎ ｃｉ ｙ ｔ Ｏ ｉ ｘ Ｐａ ｏｍ ｗａ ｅ ａｏ ｔ ｊ ｏ ｅ ｎ ｔ
件 层 可靠 性 的影 响 。
一种通用串行总线的故障注入系统设计
一种通用串行总线的故障注入系统设计作者：岳晓东来源：《电子技术与软件工程》2016年第09期【关键词】串行总线故障注入测试分析1 引言目前，串行总线在工业控制及导弹武器系统中应用极为广泛，针对系统级总线的挂接设备多，总线长度长，使用环境复杂、恶劣，故障检测、定位复杂的特点，本文提出了一种通过故障注入的方法测试、分析总线上各种问题的系统设计思路。
故障注入是一种可靠性验证技术，通过受控实验向系统中刻意引入故障，并观察系统中存在故障时的行为。
故障类型分为三个层次：物理层故障、电气层故障以及协议层故障。
物理层故障模式包括通断控制、短路控制、串行阻抗控制、并行阻抗控制，用以模拟总线上会出现的各种线路问题；电气层故障模式包括输出幅度调节、占空比调节、上升下降沿调节、信号延迟等项来模拟测试设备输出异常信号的情况；协议层故障模式根据不同的总线主要有校验错、数据长度错等。
2 系统规划本文提出的测试系统采用模块化设计思想，主要由软件协议生成单元、输出控制单元及总线接口匹配单元三个部分组成。
软件协议生产单元完成所测试总线协议生产及故障注入需求，由软件实现，系统使用更加灵活。
主机通过软件下发测试命令并下传到输出控制单元，控制单元解析命令，执行故障注入或数据采集。
输出控制单元用于故障注入数据的输出控制及数据的回采工作，输出控制单元采用FPGA 实现，确保实时完成数据输出控制和采集，同时因采用FPGA设计使输出控制也具备一定的灵活性。
总线接口匹配单元用于不同的总线接口匹配，使得系统可以灵活的匹配不同的串行总线及总线负载。
3 故障注入实现思路及实现实例3.1 故障注入实现思路故障注入系统使用高速DA转换器输出总线信号；同时使用高速AD对总线信号进行采样；通过控制接口单元中继电器通断状态，改变接口连接以匹配不同的阻容网络，完成总线电气测试。
使用该模式可以通过软件控制完成不同的继电器动作，组成不同的测试结构，完成各项测试，总线接口单元中设计有电阻和电容网络，可以完成总线负载测试。
硬件测试中的故障注入与修复技术
硬件测试中的故障注入与修复技术硬件测试是现代科技发展中不可或缺的环节，通过对硬件的全面测试可以保证产品的质量和可靠性。
然而，在真实的使用环境中，硬件产品可能会遇到各种故障，因此，为了提升产品的可靠性和稳定性，硬件测试中的故障注入与修复技术应运而生。
一、故障注入技术故障注入技术是一种通过有意诱发故障的手段，来评估硬件产品对故障的适应能力，并进一步改进产品的方法。
常见的故障注入技术包括电压注入、时钟抖动、温度变化和电磁干扰等。
1. 电压注入电压注入是通过对硬件产品施加过高或过低的电压来引发故障。
这种方法可以模拟工作电压波动或异常供电情况，从而测试产品在不稳定电压环境下的可靠性和稳定性。
2. 时钟抖动时钟抖动是通过对硬件产品的时钟信号施加突发、间歇性的波动，模拟时钟信号异常情况。
这种方法可以测试产品对时钟信号异常的适应能力，例如时钟信号频率的变化或时钟信号丢失等。
3. 温度变化温度变化是一种常用的故障注入技术，通过改变环境温度，包括高温和低温，来模拟不同的工作环境。
这种方法可以测试产品在极端温度下的性能表现，例如在高温环境下的稳定性和冷却后的恢复能力等。
4. 电磁干扰电磁干扰是通过引入电磁噪声来模拟产品在现实环境中可能遭遇的电磁干扰情况。
这种方法可以测试产品对电磁干扰的抗干扰能力，从而保证产品在真实环境中的正常工作。
二、修复技术在硬件测试中，一旦发现故障，及时的修复是至关重要的。
但是，由于硬件产品的复杂性，修复过程可能会面临一些困难。
因此，修复技术在硬件测试中也扮演着重要的角色。
1. 硬件替换硬件替换是一种常用的修复技术，通过将故障组件或器件替换为可靠的新件，从而修复硬件产品的故障。
这种方法适用于故障与特定组件或器件相关联的情况，如芯片故障或电路板损坏等。
2. 固件更新固件更新是一种通过升级或更换硬件产品的固件来修复故障的方法。
通过更新固件，可以修复软件或配置错误导致的故障，也可以增加新功能或改善产品性能。
基于DSP的PCI接口设计与实现
Ｄ Ｓ Ｐ芯 片不支 持 Ｐ Ｃ Ｉ 总线 接 口 ， 无 法 与其他 Ｐ Ｃ Ｉ 总线 设备 通信 。 因此 文 中以 Ｄ Ｓ Ｐ芯 片外 部存 储 器 总线 为接 口设 计 实现 了
一
数据管理的 Ｄ Ｐ Ｒ Ａ Ｍ， 使Ｄ Ｓ Ｐ 芯片可直接通过 Ｐ Ｃ Ｉ 总线访问外部设备并响应其他 Ｐ Ｃ Ｉ 设备发来的操作 ， 实现通过 Ｐ Ｃ Ｉ 总线
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３ — ６ ２ ９ Ｘ． ２ ０ １ ３ ． ０ ８ ． ０ ２ ９
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎｄ Ｒｅ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ＰＣＩ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＤＳ Ｐ
第２ ３卷
第 ８期
计 算 机 技 术 与 发 展 源自Ｃ０ＭＰ ＵＴ ＥＲ Ｔ ＥＣＨＮＯＬ ０ＧＹ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬ ＯＰ ＭＥＮＴ
２ ０ １ ３年 ８月
Ｖｏ ｌ ＿ ２ ３ Ｎｏ ． ８ Ａｕｇ ． ２ ０１ ３
基 于 ＤＳ Ｐ的 Ｐ Ｃ Ｉ 接 口设 计 与 实 现
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｐ ＣＩ ｈ ａ ｄ ｂ ｅ ｅ ｎ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ｅ ｄ ａ ｓ ｏ ｎ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｓ ｔ ｗｉ ｄ ｅ ｌ ｙ ｕ ｓ ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ｌ ｂ ｕ ｓ ｅ ｓ ． ＤＳ Ｐ ｃ ｈ ｉ ｐ ｓ ａ ｌ ｓ ｏ ｈ ａ ｄ ｅ ｘ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ａ ｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｄ ｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ ｓ ｉ ｇ — ｎ ｌ ａ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｉｅ ｆ ｌ ｄ． Ｈｏ ｗｅ ｖ ｅ ｒ ． ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｌ ｙ ｍｏ ｓ ｔ ＤＳ Ｐ ｃ ｉｐ ｈ ｓ ｄ ｉ （ ｈ ｌ ’ ｔ ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｒ ｔ ｔ ｈ ｅ Ｐ ＣＩ ｉ ｎ ｔ ｅ ｆａ ｒ ｃ ｅ ｎ ｏ ｔ ｔ Ｏ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｏ ｈｅ ｔ ｒ ＰＣＩ ． ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｄ ｅ
故障注入原理
故障注入原理故障注入（Fault Injection）是一种测试方法，通过人为地引入各种故障来模拟系统在异常情况下的反应。
故障注入技术可以帮助工程师在系统设计和开发的不同阶段发现系统中的潜在问题，评估系统的可靠性和容错能力。
故障注入原理基于故障模型，通过在系统中插入故障，观察系统的反应和处理故障的能力，从而分析系统的可靠性和容错能力。
故障注入原理主要包括以下几个方面：1. 故障模型：故障模型是故障注入的基础，它描述了可能发生的故障类型和故障发生的机制。
常见的故障模型包括崩溃故障（Crash Fault）、储存器错误（Memory Error）、时钟误差（Clock Skew）等。
2. 故障注入技术：故障注入技术是实现故障模型的方法和工具。
常用的故障注入技术包括进程注入（Process Injection）、代码注入（Code Injection）、数据注入（Data Injection）等。
3. 故障注入实验设计：故障注入实验设计是故障注入的实验方法和过程。
故障注入实验设计应考虑系统的复杂性、测试的完备性和准确性。
实验设计应包括故障注入位置的选择、故障注入的时间和频率、故障注入的类型和范围等。
4. 故障注入分析和评估：故障注入分析和评估是通过观察系统在故障注入后的反应和处理，分析故障的影响和系统的容错能力。
故障注入分析和评估可以帮助工程师识别系统中的弱点和潜在故障，并采取相应的措施进行改进。
故障注入技术在软件开发和系统测试中具有重要的意义。
它可以帮助开发人员评估系统的可靠性和容错能力，提高系统的稳定性和可维护性。
在故障注入过程中，需要注意以下问题：1. 故障模型的选择应与系统的特性相匹配，以确保故障注入的有效性和可信度。
2. 故障注入实验应尽可能复杂和全面，覆盖系统中可能出现的各种故障情况。
3. 故障注入实验的时间和频率应合理，避免对系统性能和正常运行造成过大的干扰。
4. 故障注入分析和评估应综合考虑系统的整体性能和容错能力，而不只是局部的反应和处理能力。
自动控制故障注入设备的设计与实现解析
自动控制故障注入设备的设计与实现解析摘要：随着我国市场经济的不断发展，科学技术也得到很大发展。
自动控制故障注入设备已经成为当前测试产品性能的一种重要手段。
自动控制故障注入设备除了可以诊断产品故障，还能够准确评价系统的容错能力，具有非常显著的实用意义。
本文主要分析了自动控制故障注入设备的设计，并详细介绍了自动控制故障注入设备实现的主要途径，以期能够给予业内外人士提供帮助。
关键词：自动控制故障注入设备设计实现1.前言故障注入即对被测部件实施故障注入，以此方式使被测部件的功能较快的失去其功效。
再通过研究被测部件验证的准确时间，并对自动控制故障注入设备进行不断的调试，使其不断的优化，进而从中获取到被测部件可信性的评价信息。
同时，自动控制故障注入设备不仅能够有效验证被测部件机内测试诊断的能力，还可以准确的验证被测部件诊断外部测试时候的能力。
2.自动控制故障注入设备的设计自动控制故障注入设备的设计主要包括两个方面的内容，即结构设计与模块设计，每种设计又包含了许多结构和环节。
这些结构和环节之间具有相互联系和相互作用的功能，彼此之间缺一不可，将其合理组合之后，并能达到自动控制故障注入设备的设计目标。
2.1结构设计自动控制故障注入设备从结构上说是一个系统，且具备复杂性特征，这一系统又包含了许多部分，每一个部分都具有其无法取代的功能，将这些功能结合在一起之后，则可形成设备总体，承担着评价容错系统的整体能力以及检测的工作任务。
同时，自动控制故障注入设备结构还具备显著的特征，不仅通用性非常的强，操作性也非常高，而且还具备无破坏性能与可拓展性能，对于走动控制故障注入而言，具有关键性作用。
自动控制故障注入设备又由许多的框架结构组成，主要包括以下几种模块。
①控制软件。
承担着控制与设定参数的任务。
②放大器驱动模块。
使信号放大之后，与信息进行接口与切换，故障注入了模块后则可进行驱动。
③数字电源控制模块。
数字电源控制模块接收到控制软件中的传出来的信息之后，对于故障注入就会形成一种控制信息。
基于故障注入的PCIE2.0协议测试软件设计与实现
多 方 而 的优 化 。这 使 得 Ｐ Ｃ Ｉ Ｅ 系 统 和 设 备 设 计 人 员 面 临 大 的， 力， 他们需 要开 发可靠 稳定 的系 统 ， 并 确 保 这 些
Ｐ Ｃ Ｉ Ｅ采 用 了数 据 包 方 式 在 系 统 内 传 输 数 据 ， 并 用 于
数 据接 口与 Ｐ ＣＩ Ｅ 设 备 的 各 层 之 间 。Ｐ ＣＩ Ｅ包 含 应 用 层 、
传输 层 、 数据链 路层 、 物 理 层 ４层 ， Ｐ Ｃ Ｉ Ｅ分层 结构 如 图 １ 所 示 。传 输 层 用 于 将 应 用 程 序 的 请 求 转 换 成 Ｐ Ｃ Ｉ Ｅ事 务
的实 现不 够 方便 。 其 高 昂 的 价 格 ， 也 让 一 些 小 规 模 公 司 无
０ 引 言
Ｐ Ｃ Ｉ Ｅ是 一 种基于数 据包 的 串行连接 协议 ， 它 的 复 杂 度在 Ｐ ＣＩ 并行总线的 １ ０倍 以 上 。其 复 杂 性 主 要 体 现 在 两 个方面 ， 首先 这 是 数 据 包 以千 兆 级 的 速 度进 行 并 行 至 串行 的数据转换 的需 要 ， 其次 Ｐ ＣＩ Ｅ拥有 多 种组 件类 型 ， 每 种 类 均 乐 川 ｒ复 杂 的 系 统 级 折 衷 方 案 ， 以满 足严 格 的 目 标， 包插 ： 性能 、 可靠性 、 可 用 性 以及 可 服 务性 （ ＲＡＳ ） 、 服 务 质 （ Ｑｃ ， ｓ ） 等， 而 达 到 这 些 目标 需 要 对 诸 如 吞 吐 量 、 缓 冲 大小 、 流量控制 、 信 用 度 管 理 以 及 排 序 规 则 等 参 数 进 行
中任 一 层 的 干 扰 ， 能 够 帮 助 系统 设 计 人 员在 更接 近 真 实 环 境 的 条 件 下 完成 测 试 ， 并缩短测试周期 。
故障注入及故障状态实时观测的多总线测试系统
故障注入及故障状态实时观测的多总线测试系统张智慧,王志超,林岩(北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京100191)摘要:武器系统对可靠性要求较高,这就意味着系统本身要对各种突发故障具有一定的容错能力㊂为了检测并提升系统容错能力,需要在总线测试过程中加速系统故障生成,因此故障注入系统的设计尤为关键㊂本文旨在设计这样一套系统,该系统将武器领域中使用较为广泛的1553B总线以及R S422总线进行集成,具备更广泛的适用性㊂系统包含上位机软件以及故障注入模块,两者间利用以太网通信能够实现人工设定的故障注入以及故障状态的实时观测㊂最后,故障注入系统的有效性得到了验证㊂关键词:容错;故障注入;多类型总线;以太网通信中图分类号:T P29文献标识码:AD e s i g n o f M u l t i-t y p e B u s T e s t i n g S y s t e m B a s e d o n F a u l t I n j e c t i o na n d R e a l-t i m e M o n i t o r i n g o f F a u l t S t a t u sZ h a n g Z h i h u i,W a n g Z h i c h a o,L i n Y a n(S c h o o l o f A u t o m a t i o n,B e i h a n g U n i v e r s i t y,B e i j i n g100191,C h i n a)A b s t r a c t:T h e w e a p o n s y s t e m r e q u i r e s h i g h r e l i a b i l i t y,w h i c h m e a n s t h a t t h e s y s t e m i t s e l f s h o u l d h a v e c e r t a i n f a u l t t o l e r a n c e a b i l i t y f o r a l l k i n d s o f s u d d e n f a u l t.I n o r d e r t o d e t e c t a n d i m p r o v e t h e f a u l t t o l e r a n c e a b i l i t y o f t h e s y s t e m,w e h a v e t o a c c e l e r a t e t h e g e n e r a t i o n o f s y s t e m f a u l t d u r i n g t h e s y s t e m t e s t,s o t h e d e s i g n o f f a u l t i n j e c t i o n s y s t e m i s p a r t i c u l a r l y c r i t i c a l.T h e p u r p o s e o f t h i s p a p e r i s t o d e s i g n a s y s t e m,w h i c h i n t e g r a t e s t h e1553B b u s a n d R S422b u s w h i c h a r e w i d e l y u s e d i n t h e w e a p o n f i e l d.T h i s k i n d o f f a u l t i n j e c t i o n s y s t e m h a s a w i d e r a p p l i c a b i l i t y.T h e s y s t e m c o n s i s t s o f h o s t c o m p u t e s o f t w a r e a n d f a u l t i n j e c t i o n m o d u l e.T h e t w o m o d u l e s c o mm u n i c a t e w i t h e a c h o t h e r t h r o u g h E t h e r n e t,w h i c h c a n r e a l i z e f a u l t i n j e c t i o n a n d r e a l-t i m e o b s e r v a t i o n o f f a u l t s t a t e.F i n a l l y,t h e a u t h e n t i c i t y o f f a u l t i n j e c t i o n s y s t e m i s v e r i f i e d.K e y w o r d s:f a u l t t o l e r a n t;f a u l t i n j e c t i o n;m u l t i-t y p e b u s;E t h e r n e t c o mm u n i c a t i o n0引言武器系统对可靠性要求较高,因此必须在测试过程中尽可能真实地模拟实际工作中发生的各种故障㊂之前研究中的故障注入工具大多是针对1553B或R S422两种总线中的一种类型,联盟在文章中提出了对1553总线的故障注入测试方法[1],荆广等人提出了多总线故障注入设计思路,但不包含1553总线[2]㊂杨森斌提出了多总线故障注入测试方法,但系统实现功能较少,无法满足多层次㊁多模式的故障注入[3]㊂本文在前人的基础上设计了基于故障注入的多总线测试系统,能够实现对1553B总线和R S422总线标准的物理层㊁电气层和协议层三个层级的故障模拟,具体包括物理断路㊁噪声干扰和数据替换取反等多种故障㊂本系统由软件和硬件混合实现,既能够实现软件层级的人工操控,也可以实现硬件层级的真实故障模拟㊂整套系统易于操作,更能满足操作人员在实际测试中的要求㊂1原理简介1.11553B总线简介1553B总线全称为飞机内部十分制指令响应式多路传输数据总线㊂1553B通信系统通常由4部分构成:传输媒介㊁总线控制器(B u s C o n t r o l l e r,B C)㊁远端(R e m o t e T e r m i n a l,R T)㊁总线监视器(B u s M o n i t o r,B M)[4]㊂1553B总线消息传输机制:①首先B C向R T下发命令指令,指令内容为使R T保持接收或传输状态㊂②为表示应答,R T向B C返回一个状态字并执行B C发送的命令指令㊂③B C通过判断R T返回的状态字来判断消息是否传输成功㊂如图1所示,当B C下发接收数据指令到R T 时,给予应答向返回状态字并执行接收命令㊂如图2所示,当B C 下发传输数据指令到R T 时,R T 给予应答向B C 返回状态字并执行数据传输指令㊂图1 R T接收数据过程图2 R T 传输数据过程1.2 R S 422总线简介R S 422是一种串行总线接口标准,全称是 平衡电压数字接口电路的电气特性 ,由美国电子工业协会(E A )发布㊂该标准在R S 232上发展而来,弥补了R S 232通信距离短㊁传输速率低的缺陷㊂该标准只对接口的电气特性做出规定,而在协议层上无明确约束,因此用户可建立自己的通信协议[5]㊂1.3 故障注入原理介绍故障注入一词最早于20世纪70年代被提出,通常用来对一个容错系统所采用的容错方法进行有效性验证,进而提高容错系统的故障处理效率㊂本文的设计方法建立在硬件故障注入基础上,且故障注入单元采用的是对系统结构损伤较小的嵌入式方式㊂其中上位机软件实现故障注入命令的发布和故障状态的监视,下位机(故障注入单元)实现对上位机的命令解析与执行㊂2 总体设计本文设计的多总线故障注入系统集合了1553B 及R S 422总线,实现了物理层㊁电气层㊁协议层的故障注入㊂设计的核心在于软件层级,具体包含上位机软件(即故障注入控制注入软件)设计和核心板卡中的以太网通信逻辑设计㊂总体流程为上位机软件将人为设定的故障模式经由以太网下发至核心板卡,核心板卡中的A R M 接收指令后将其解析后下发至F P G A ,在此过程中A R M 一直对F P G A 实行端口状态监测,将信息返回至上位机,实现下位机状态显示㊂F P -G A 执行A R M 解析后的指令,使得目标故障在板卡中发生,在此过程中F P G A 持续读取寄存器状态并返回给A R M ㊂图3所示为故障注入系统总体设计流程㊂3 上位机软件设计3.1 软件架构本文设计了这样一套上位机软件,它界面清晰明了且图3 总体设计流程图内容丰富,能够实现多总线多故障模式的故障注入任务,易于操作和监视㊂软件使用Q T 与V i s u a l S t u d i o 2015联合编写,编程语言为C ++㊂软件中主要包含4个区域:菜单栏区㊁故障选择区㊁状态显示区和故障操作区㊂软件框架如图4所示,各区域功能如下:①菜单栏区:主要包括文件㊁测试㊁视图㊁网络配置功能㊂具体包含软件退出㊁文件保存㊁故障参数配置㊁故障注入等功能㊂②故障选择区:在该软件中故障模式采用树状结构,使菜单分级㊂一级菜单的设立主要为了区分板卡类型:1553B 和R S 422两类㊂以1553B 为例,将故障层级分为物理层㊁电气层和协议层,将此三类故障层级设置为二级菜单㊂第三层级为具体故障类型,如物理层下的断路㊁短路等,电气层下的噪声叠加㊁斜率调节等,以及协议层下的数据替换取反等㊂以及协议R S 422具有与协议1553B 相同的故障层级㊂③状态显示区:本区域主要用来进行信息(状态)显示,即显示当前连接板卡类型㊁板卡I P 以及当前故障状态,使得操作者能够更容易实现对故障注入的控制及监控㊂④故障操作区:这个区域是为了实现故障流程的设置以及故障参数的设置㊂图4 软件框架3.2 接口(逻辑)设计表1中的5类实现了软件整体框架的搭建㊂T r e e -w i d ge t 类实现对故障模式的整理,按照多级菜单的设计使故障分层,并使得故障按照树状图在软件界面中呈现㊂N o d e I c o n 类用以实现界面中(故障选择区以及操作区)的图标显示㊂A r r o w I c o n 类在软件界面中以箭头形式出现,用以实现故障流程的设计,使故障按照流程图的先后顺序依次执行㊂D e v i c e 类不呈现在界面中,但界面中的1553B以及R S 422全都是D e v i c e 的子类,用以对板卡任务进行集中管理㊂G r a p h i c s V i e w 类负责主显示区域的显示任务,显示人为设置的故障流程㊂表1 软件框架接口设计序 号类 名描 述1T r e e W i d g e t 管理设备类型及其故障类型2N o d e I c o n管理界面中的图标类型3A r r o w I c o n 表示故障流程先后关系4D e v i c e 所有板卡设备的父类5G r a ph i c s V i e w 主显示区显示故障连接流程表2中的6类实现了软件层级上故障注入任务的实现,由表1中的类派生而成㊂D e v i c e R S 422类与D e -v i c e 1553B 类是表1中D e v i c e 类的子类,具体负责1553B 板卡与R S 422板卡故障注入相关事务㊂N e t W o r k 类实现对板卡以及本地的网络I P 设置,以实现上位机与板卡通信㊂U d p N e t W o r k 主要负责整体通信进程,包括协议报文的收发㊁监听等,考虑到测试系统对信息实时性要求较高,在此处选择通信速度快的U D P 通信协议㊂B u g I t e m 类用来实现对多种故障的集中控制,在该控制下每种故障实现对B u g I t e m 类的继承,以实现自己的报文协议㊂P a r a m e t e r D l g类用来实现对多种故障参数设置的集中控制,在该控制下每种故障实现对P a r a m e t e r D l g 类的继承,以实现对自己的故障参数设置㊂B u g I t e m 与P a r a m e t e r D l g 两者共同实现故障参数的设置与存放㊂表2 故障注入任务接口设计序 号类 名描 述1D e v i c e R S 422R S 422板卡类处理板卡事务2D e v i c e 1553B 1553B 板卡类处理板卡事务3N e t W o r k 载入网络配置4U d p N e t W o r k 处理网络通信任务5B u gI t e m 用于管理故障信息6P a r a m e t e r D l g故障参数设置4 通信设计本文主要设计思想在于,上位机针对不同的待注入故障将对应的协议报文以U D P 传输模式发送至下位机(F P G A ),对指定I P 和端口始终保持监听状态的下位机接收协议报文并对其进行解析与执行㊂协议报文有两种,分别为请求帧(上位机下发至下位机的报文)和响应帧(下位机下发至上位机的报文)㊂4.1 请求帧设计上位机下发指令报文(即请求帧)到下位机(F P G A ),在此处设计请求帧格式为:帧头㊁帧长度㊁帧计数㊁设备信息㊁数据㊁累加和校验,共计6部分㊂各字段含义如下:①帧头:依照通信原理,采用固定网络传输帧头格式,即0x 55和0x A A 两个字节㊂②帧长度是指设备类型位和数据位两部分所占字节数总和,不包含帧头㊁帧长度㊁帧计数㊁累加校验和字节㊂③帧计数是一个帧的轮询计数,提供给上位机使用,F P G A 应答时需要返回此字节㊂④设备信息是设备的类型码,用于判断命令信息是否为发送给当前设备㊂这里将1553B 板卡设备设定为01㊂⑤数据位包含故障码和故障参数值㊂由于需要考虑故障注入分物理层㊁电气层㊁协议层,且每层中又有若干故障,因此这里对每一种故障用一个故障码表示,以便所有设备统一㊂故障参数值是针对具体的某种故障,长度依据注入故障类型的变化而变化㊂⑥累加和校验:除本身外所有字段的字节累加㊂4.2 响应帧设计下位机(F P G A )发送指令报文(即响应帧)到上位机,在此处设计响应帧格式为:帧头㊁帧计数㊁设备信息㊁故障码㊁状态,共计5部分㊂各字段含义同请求帧相同㊂5 测试结果5.1 上位机通信测试利用串口网络数据调试器验证上位机发送数据报文㊂图5所示为上位机故障参数配置界面,在状态显示区中可以看出,1553B 设备板卡以及R S 422设备板卡已与上位机建立连接,此外还可获知当前待注入故障设备信息和注入故障类型㊂连接设置电气层斜率调节故障,设置边沿斜率为4(下降沿),故障持续时间为10s㊂图5 1553B 设备电气层斜率调节故障参数设置图图6所示为上位机注入故障后下位机接收到的报文协议,协议共两条,第一条为故障插入命令,第二条为超出设定的故障注入持续时间后上位机下发清零协议,使得下位机清除故障,恢复至正常模态㊂其中第一条 55A A 000400012410043C 中 55A A 为帧头, 0004为帧长度, 00 为帧计数,即第一条报文, 01241004是数据段, 01 对应设备为1553B 板卡, 24 为斜率调节对应的故障码, 10 为模式码, 04 对应斜度4, 3C 为数据校验位㊂第二条指令是 55A A 00030101F F 1013,与之前不同的是清零报文中数据段为 F F 10,即全部层级无故障命令㊂两条数据报文与待注入故障目标的报文协议一致,由此可见通信部分设计的有效性㊂图6 1553B 设备注入电气层斜率调节故障数据接收图5.2 故障注入测试上位机下发故障注入指令,在下位机端连接示波器观察㊂如图7所示,I 区域为故障注入之前示波器波形输出效果,I I 区域为电气层注入4级斜率故障之后示波器波形输出效果,对比效果明显,完成既定目标㊂6 结 语本文设计的多总线故障注入系统包含1553B 及R S 422两种总线标准,解决了传统设计方式中总线模式单图7 斜率调节故障注入前后示波器波形对照图一㊁故障类型少的问题㊂文中通过对总体设计方法㊁软件层级的设计方法㊁通信逻辑的实现多方面进行阐述,验证了此种方法的正确性与可行性㊂此外,由于设计中采用了故障分层的方式,使得系统可模拟的故障模式在实际应用中易于扩展,对实际需求的适应性更强㊂该平台系统已通过测试验证,稳定可靠,已成功应用于工程项目中㊂参考文献[1]连盟,李学锋.1553B 总线故障注入测试方法研究[J ].航天控制,2012(2):8488.[2]荆广,徐宏伟,黎玉刚,等.一种多类型总线故障注入系统设计[J ].弹箭与制导学报,2018,38(2):129132,136.[3]杨森彬.航天总线容错性能测试平台的研究与实现[D ].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2013.[4]戴虹.1553b 数据总线协议分析[J ].科学技术与工程,2008(13):35363538.[5]郑国灿.R S 232㊁R S 422与R S 485标准及应用技术[C]//中国电影电视技术学会影视科技论文集,2002:8287.张智慧(硕士),主要研究方向为控制工程;王志超(博士),主要研究方向为控制理论与控制工程;林岩(教授),主要研究方向为自适应控制㊁容错控制理论及应用㊂(责任编辑:薛士然 收修改稿日期:2020-11-16)莱迪思F P G A 助力玩视科技实现S D I 转H D M I 解决方案莱迪思半导体有限公司宣布:深圳玩视科技有限公司(H D C V T )采用莱迪思F P G A 器件提供的丰富高速S E R D E S 资源和灵活的I /O 接口,实现双通道3G S D I 转H D M I /V G A /R G B 桥接,适用于专业音视频传输㊁处理及控制类设备㊂莱迪思中国销售副总裁王诚先生表示: 玩视科技有限公司作为本地领军企业,专注音频和视频设备的设计㊁制造和销售㊂我们很高兴看到他们的产品选用我们的F P G A 器件,莱迪思F P G A 可实现各类灵活的桥接解决方案,并且通过我们资深的研发和应用工程方面的经验,满足他们的各类需求,帮助他们缩短产品上市时间㊂L a t t i c e F P G A 系列具备高性能特性,如增强的D S P 架构㊁高速S E R D E S 和高速源同步接口㊂该器件的查找表(L U T )高达149K 逻辑单元,支持最多486个用户I /O ,提供高达320个18ˑ18乘法器和各种并行I /O 标准支持,完美契合了要求低功耗㊁高容量㊁高速度和小尺寸的解决方案㊂。
芯片设计中的故障注入与诊断技术研究
芯片设计中的故障注入与诊断技术研究芯片技术是我们现代社会中不可或缺的一部分，它广泛应用于电子设备、医疗设备、汽车、飞机等各个领域。
随着芯片设计技术的发展以及对可靠性和安全性要求的不断提高，芯片的故障注入和诊断技术也越来越重要。
本文将介绍芯片设计中的故障注入和诊断技术研究现状及未来发展方向。
一、故障注入技术故障注入技术是一种通过向芯片中注入故障来测试芯片的可靠性和安全性的方法。
通过故障注入可以模拟芯片在实际使用过程中可能会遇到的各种异常情况，从而测试芯片的鲁棒性和容错能力。
常用的故障注入方法包括电磁辐射、电磁脉冲、温度、电压、时钟等。
其中，电磁场注入和电压注入是应用最为广泛的故障注入方法。
电磁场注入是指通过辐射电磁波的方式向芯片中注入故障。
由于芯片中的电路都是基于电磁相互作用的，因此电磁场注入可以模拟芯片在实际使用过程中可能会遇到的电磁干扰，从而实现对芯片的测试。
电磁场注入技术的优点是可以模拟现实中的电磁干扰，适用于测试芯片的安全性和可靠性。
但是，电磁场注入技术的缺点是需要依靠昂贵的测试设备，并且测试结果受测试环境的影响比较大。
电压注入是指通过改变芯片供电电压的方式向芯片中注入故障。
通过改变芯片的供电电压可以模拟芯片在实际使用过程中可能会遇到的电压波动等异常情况，从而测试芯片的鲁棒性和容错能力。
电压注入技术的优点是简单易用，测试设备价格低廉，但是测试结果受芯片结构和设计的影响比较大。
二、故障注入技术的优化针对故障注入技术的缺点，研究人员提出了一系列优化方法，以提高故障注入技术的有效性和可靠性。
以下为一些优化方法:1. 设计随机故障注入算法：通过引入随机因素，可以使测试结果更具代表性，从而提高测试的有效性和可靠性。
2. 应用多重注入：通过对同一芯片多次注入故障，可以排除注入结果的偶然性，从而提高测试的准确性。
3. 应用恢复技术：在注入故障后，通过特定算法或硬件设计将系统恢复到正常状态，从而增加故障注入的复杂度，提高测试的可靠性和安全性。
故障注入方法
故障注入方法嘿，朋友们！今天咱来聊聊故障注入方法，这可真是个有意思的玩意儿呢！你想想看，就好像我们在玩一个超级复杂的游戏，而故障注入就是我们手中的秘密武器。
它能让我们故意在系统里制造点小麻烦，看看这个系统能不能经得起考验。
这就好比给一辆汽车故意设置点故障，看看它还能不能跑得稳当。
比如说，我们可以模拟网络延迟，就好像给信息的传输道路上放了些小石子，让信息得慢慢吞吞地走。
或者我们可以模拟硬件故障，就像是给机器的某个零件使点小性子，看看系统会有啥反应。
这多有趣呀！故障注入可不是瞎捣乱哦，它可是有大用处的。
通过它，我们能提前发现系统的薄弱环节，就像医生给病人做全面检查一样，找到那些可能会出问题的地方，然后赶紧想办法修好。
不然等真正遇到问题了，那不就傻眼啦！咱再打个比方，这就好像建房子，在房子盖好之前，我们得先试试它能不能经得住风吹雨打。
要是不提前测试，等刮大风下大雨了，房子塌了可咋办？故障注入就是这样一个提前测试的好办法。
而且哦，它还能帮我们优化系统呢！发现问题后，我们就可以针对性地改进，让系统变得更强大，就像给一个运动员不断训练，让他变得更强更快。
你说这好不好？还有啊，我们在进行故障注入的时候，可不能太狠啦，别一下子把系统给搞崩溃了，那就得不偿失了。
得像个有经验的大厨一样，掌握好火候，恰到好处地给系统加点“调料”。
想象一下，如果没有故障注入，我们可能会一直活在一个看似完美但其实隐藏着很多问题的世界里。
等到问题真正爆发的时候，那可就来不及啦！所以说呀，故障注入真的是很重要呢！总之，故障注入就像是我们的秘密武器，能让我们的系统变得更强大、更可靠。
它不是捣乱，而是为了让一切变得更好。
让我们大胆地去尝试，去发现系统的不足之处，让我们的系统像钢铁侠一样坚不可摧！这就是我对故障注入方法的理解啦，你们觉得呢？。
硬件测试中的故障注入与模拟技术
硬件测试中的故障注入与模拟技术硬件测试是确保计算机硬件正常运行的重要环节。
在硬件测试过程中，故障注入与模拟技术被广泛应用，旨在模拟真实环境下的各种故障和异常情况，以验证硬件的可靠性和稳定性。
本文将探讨硬件测试中的故障注入与模拟技术的原理、应用和挑战。
一、故障注入技术故障注入技术是一种通过人为的方式向系统注入故障，以测试系统的容错能力和可靠性。
它可以模拟常见的硬件故障，如电压波动、过热、电磁干扰等，也可以模拟罕见而严重的故障，如电路短路、元件损坏等。
故障注入技术通常通过以下几种方式实现：1. 电压调节：通过调节电源电压，模拟不同电压条件下的硬件工作情况。
这可以检测硬件在电压波动或电源故障时的稳定性和恢复能力。
2. 时钟干扰：通过改变时钟频率或引入噪声，模拟时钟干扰对硬件的影响。
这有助于验证硬件在时钟频率波动或时钟信号受损时的正常运行能力。
3. 电磁干扰：通过引入电磁干扰源，模拟不同的工作环境下的电磁干扰。
这可以测试硬件在电磁干扰中的工作性能和稳定性。
4. 数据注入：通过向硬件输入异常数据，测试硬件的处理能力和容错能力。
这可以模拟硬件在异常数据情况下的运行情况，从而评估其鲁棒性和可靠性。
故障注入技术可以帮助硬件开发人员发现潜在的故障点和弱点，并优化硬件系统的设计。
然而，故障注入技术也面临一些挑战，如准确模拟真实故障、控制测试环境的稳定性等问题。
二、模拟技术模拟技术是指通过模拟器或仿真器等工具，模拟真实环境下的各种故障和异常情况，以评估硬件的性能和可靠性。
模拟技术通常包括以下步骤：1. 建立模型：根据待测硬件的特性和工作环境，建立相应的模型。
模型可以包括硬件组件、电气特性、环境参数等。
2. 设定测试场景：根据测试需求，设定合适的测试场景。
通过模拟器或仿真器，模拟不同工作条件下的硬件运行情况，包括正常工作、异常情况等。
3. 运行模拟：将建立好的模型和测试场景输入模拟器或仿真器，运行模拟程序。
模拟器将模拟硬件的运行过程，并输出相应的结果。
故障注入与失效模式分析
故障注入与失效模式分析在当今复杂的技术系统中，确保其可靠性和稳定性至关重要。
故障注入与失效模式分析作为评估和改进系统性能的重要手段，正发挥着越来越关键的作用。
首先，让我们来理解一下什么是故障注入。
简单来说，故障注入就是人为地将故障引入到一个正常运行的系统中，以观察和研究系统在面对这些故障时的反应和行为。
这就好像给一个健康的人故意制造一些“小毛病”，然后看看他的身体会如何应对。
故障注入的方法多种多样。
可以通过硬件手段，比如改变电路的电压、电流或者破坏某个组件，来模拟硬件故障。
也可以在软件层面进行，比如修改代码中的数据、中断程序的执行或者引入错误的指令。
通过这些方式，我们能够更真实地了解系统在各种异常情况下的表现。
那么，为什么要进行故障注入呢？一个重要的原因是，在实际运行中，系统难免会遇到各种各样的故障。
通过提前模拟这些故障，我们可以发现系统潜在的弱点和不足，从而有针对性地进行改进和优化。
比如说，如果在故障注入测试中发现某个关键模块在特定故障下容易崩溃，那么就可以对这个模块进行加固，增加其容错能力。
与故障注入密切相关的是失效模式分析。
失效模式分析就是对系统可能出现的各种失效模式进行全面的梳理和评估。
想象一下，一个复杂的机器就像一个庞大的交响乐团，每个零部件都像是乐队中的一员。
如果其中某个“乐手”出了问题，整个“演出”就可能受到影响。
失效模式分析就是要找出所有可能出问题的“乐手”，以及他们出问题的方式和可能带来的后果。
在进行失效模式分析时，需要对系统的各个组成部分进行详细的研究。
了解每个部件的功能、工作环境、使用频率等因素，从而推测出可能的失效模式。
比如，一个经常处于高温环境下工作的电子元件，可能会因为过热而失效；一个承受高强度机械应力的零件，可能会因为疲劳而断裂。
通过失效模式分析，我们可以建立一个全面的失效模式清单。
这个清单不仅包括了可能的失效模式，还会评估每种失效模式发生的可能性、严重程度以及可检测性。
一种带故障注入功能的通用型电路故障仿真系统[发明专利]
![一种带故障注入功能的通用型电路故障仿真系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/3f5514040975f46526d3e1ac.png)
专利名称：一种带故障注入功能的通用型电路故障仿真系统专利类型：发明专利
发明人：杨智明,乔立岩,庞文青,刘思廷,付宁,彭喜元
申请号：CN201310455614.4
申请日：20130929
公开号：CN103472385A
公开日：
20131225
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种带故障注入功能的通用型电路故障仿真系统，属于电学领域，本发明为了解决现有的故障仿真系统由于缺乏有效的故障注入手段，而导致的无法准确、高效的获取故障数据，难以满足现有故障诊断方法时效性验证需求的问题。
本发明所述故障注入模块与上位计算机通过LAN网络连接，通过解析上位计算机发出的控制命令，实现故障设置信号的传输和控制；故障注入模块的M路驱动信号输出端连接具有故障仿真功能的电路模块的M路驱动信号输入端，所述具有故障仿真功能的电路模块的电路故障仿真信号输出端连接数据采集模块的电路故障仿真信号输入端，其中，M为正整数；数据采集模块与上位计算机通过LAN网络实现连接，完成数据的交互。
用于对各种电路板进行故障样本的采集。
申请人：哈尔滨工业大学
地址：150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
国籍：CN
代理机构：哈尔滨市松花江专利商标事务所
代理人：岳泉清
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故障注入试验系统校准方法探讨
故障注入试验系统校准方法探讨梁琼崇;丁翔;李升春【摘要】1553B数据总线故障注入试验系统是验证总线设备的可靠性的重要设备.提出一种能对试验系统的各种类型的故障参数进行校准的校准方法,阐述了校准原理、步骤和框图,并给出了校准实例的数据.此外,还对作者研制的校准转换器和总线信号产生与分析系统作了简单的说明.【期刊名称】《电子产品可靠性与环境试验》【年(卷),期】2017(035)003【总页数】7页(P17-23)【关键词】数据总线;故障注入试验系统;校准;总线信号产生与分析系统【作者】梁琼崇;丁翔;李升春【作者单位】工业和信息化部电子第五研究所,广东广州 510610;工业和信息化部电子第五研究所,广东广州 510610;工业和信息化部电子第五研究所,广东广州510610【正文语种】中文【中图分类】TP3361553B总线抗干扰能力强尧可靠性高，是飞机上使用的最重要的总线[1]遥为了考核数据总线在恶劣环境中的工作能力，近年来相关研究人员开始了对总线可靠性试验方法的研究，主要有两个方向:工作环境仿真和模拟故障注入测试[2]遥仿真法效率高，可在前期对系统设计进行初步的评估曰故障注入试验的可信度高，可对样机或产品的可靠性进行考核，其可以产生各种总线故障，通过观察总线设备对所注入故障的反应，得到确切尧可靠的总线抗干扰能力的试验结果遥本文的目的是研究故障注入系统的校准方法，尝试解决量值溯源问题遥1553B总线是美国军方专为飞机上的设备而制定的一种信息传输总线标准，另有多个国家及其企业也规定了自己的总线标准，我国的飞机也使用1553B（GJB 289A）总线进行数据传输，其是航空工业最重要的总线标准之一[3-5]遥1553B 采用时分协议，有A尧B两个通道遥总线电缆采用带屏蔽的3轴同轴线，采用差分信号传输，总线拓扑结构如图1所示遥1553B总线故障注入试验系统由3个模块组成，分别是物理层处理模块尧电气层处理模块和协议层处理模块，其原理框图如图2所示遥a）物理层处理模块模拟总线物理连接的开路尧短路故障遥b）电气层处理模块模拟总线所发送的信号波形受干扰引起的波形畸变故障遥这时总线信号从输入端馈入，试验系统对信号的波形进行故障模拟后，从输出端的数据总线中输出遥模拟的故障有:串联电阻改变尧并联电阻改变尧脉冲信号幅度改变尧占空比改变尧上升/下降沿改变尧毛刺叠加和总线延时改变等遥c）协议层处理模块模拟总线所传输的数据在放大尧处理和传输中受干扰引起的比特位（同步尧命令或消息）改变故障遥故障类型如表3所示遥3.1 并联/串联电阻设定值的校准具体的操作步骤如下所述遥a）仪器的连接如图3-4所示遥数字多用表通过1553B总线校准转换器与被校故障注入系统相连遥按不同的并联/串联电阻模式，把数字多用表的表笔H和表笔L接到总线的正尧负或地线上，如表1-2所示遥b）在被校故障注入系统上，按需求设置并联/串联电阻值，启动电阻测量功能进行测量遥3.2 脉冲电压幅度设定值的校准具体的操作步骤如下所述遥a）仪器的连接方式如图5所示遥被校故障注入系统输入端与总线信号产生与分析系统（发端）通过变压耦合器相连，输出端通过总线校准转换器与示波器相连遥b）在总线信号产生与分析系统上建立RT1到RT2的通信，传输数据为5555H （波形为方波）遥因为1553B采用曼彻斯特II型双相电平码，传输数据为5555H 可得到方波信号，方便测量遥c）在被校故障注入系统上，按需求设置脉冲幅度值曰在示波器上，激活通道A尧通道B和算法通道M，并且M=A-B，然后测量此量差分信号M的值遥3.3 占空比设定值的校准具体的操作步骤如下所述遥a）仪器的连接方式如图5所示遥b）按3.2节操作，获得M通道波形，用示波器占空比测量功能测量总线波形的占空比遥3.4 上升沿斜率设定值的校准具体的操作步骤如下所述遥a）仪器的连接方式如图5所示遥b）按3.2节操作，然后分别测量脉冲电压幅度和上升时间，按下式计算斜率:式（1）中:SP要要要脉冲信号斜率，V/滋s曰Vpp要要要脉冲信号电压幅度，V曰tr要要要脉冲信号上升时间，滋s遥3.5 信号延时设定值的校准具体的操作步骤如下所述遥a）仪器的连接方式如图6所示遥b）在总线信号产生与分析系统上建立RT1到RT2的通信，传输数据为5555H遥c）在被校故障注入系统上，按需求设置总线的延时值遥d）在示波器上，激活通道A和通道B，触发设为正常，同步到通道A，然后测量两通道的延时时间遥3.6 毛刺宽度设定值的校准由于同步信号对总线来说非常重要，所以毛刺模拟信号通常叠加到同步头的上升沿上，这使得毛刺模拟信号的校准测量变得非常困难遥作者采用求叠加后信号减去叠加前信号之差的方法，恢复毛刺波形，然后测量其宽度遥具体的操作步骤如下所述遥a）仪器的连接方式如图5所示遥b）按3.3操作，在被校故障注入系统上，按需求设置毛刺宽度值遥c）用示波器分别记录未加毛刺的波形和加毛刺后的波形，得到2个波形文件（后缀为.csv）遥波形文件记录了所有采样点的电平值，采样序号乘以采样时间等于时间轴的值遥波形文件可以用Excel或Matlab软件打开遥用Excel软件打开后，用加毛刺波形数据减去未加毛刺波形数据可以得到毛刺信号曰然后，用折线图绘制成曲线图，所得的结果如图7-9所示，图中的横坐标为示波器的采用点序号遥示波器显示一个完整的信号周期，包括命令字尧数据字和消息字遥为了测量位于上升沿的毛刺信号，有必要把上升沿中的部分数据截取出来遥截取的原则是应包含上升沿前后至少1个振铃遥图中截取的就是这个部分的数据遥由于例子中的毛刺预冲较大，振铃时间较长，给确定半幅度点带来了困难，为此作者尝试采用以下两种方法予以解决:1）不理会基线位置，以上峰值的一半作为半幅度点来确定毛刺的宽度曰2）截取波形上半部分的数据（近似sinX/X），用Matlab软件进行最小二乘法拟合，并计算其半宽度曰实验结果表明，两者之间的差异在2%以内，可以满足实用需求遥表3的实例数据为方法2的结果遥3.7 协议层故障模拟功能检查协议层故障模拟是故障注入试验系统重要的功能，它能有效地评估1553B总线设备对故障协议的响应能力，校准步骤如下所述遥a）仪器的连接方式如图10所示遥被校故障注入系统通过耦合器与总线信号产生与分析系统的RT1（发）相连遥b）在总线信号产生与分析系统上建立RT1到RT2的通信，并进行数据传输遥c）在被校故障注入系统上，设置协议层故障遥对于故障系统的每个故障功能，总线信号产生与分析系统总线应能检测到相应的故障，否则判断被校故障注入系统功能不正常遥在校准设备中用到的总线校准转换器和总线信号产生与分析系统，都由作者研制遥在校准电器层故障时，需要给被测故障注入系统加入总线信号曰在检查协议层故障功能时，不但要馈入总线信号，还要对协议故障进行分析遥根据此需求，作者研制了一套1553B总线信号产生与分析系统遥总线信号产生与分析系统的硬件包括NI公司的1062Q型PCI-e虚拟仪器控制器尧ATI公司的1553B型板卡和个人计算机曰软件则由作者使用Labview软件编写，用于实现总线信号产生尧总线信号分析和故障注入功能遥总线信号产生与分析系统分为4个功能模块，分别是:消息发送模块尧故障注入模块尧RT接收信息模块和BM检测信息模块，其操作界面如图11所示遥使用时按以下操作步骤发送消息并监控总线故障:a）在文件路径输入驱动控件中输入配置好的文件，图中是野D:\1553B Insert Cal 冶曰b）选择控制通道（BC Channel），图中选择通道1作为控制通道曰c）在发送数据中设置RT通道和需要发送的数据，图中选择了0通道发送，发送数据为5555H尧FFFFH尧ABCDH尧1234H和A1B2H曰d）在发送字长中设定要发送的字数，图中选择了3，也就是只发送5555H尧FFFFH和ABCDH曰e）点击野单次发送冶或野循环发送，野单次发送冶只发一次即停止，野循环发送冶则不停止曰f）最后，按野开始冶，程序即开始执行，发送数据的同时，监测总线故障，即时告警显示遥各种模块的工作界面如图12-15所示遥表3中的数据是用本项目建立的系统对1553B总线故障注入试验系统进行校准的数据遥1串行阻抗（指标:依（5%*设定值+2赘））2并行阻抗（指标:依（5%*设定值+2赘））3脉冲电压幅度（指标:依（5%*设定值+0.1））4脉冲占空比（指标:依（10%*设定值+2%））5上升沿斜率（指标:依（30%*设定值+0.1））6叠加的毛刺宽度（指标:依（10%*设定值+5 ns））7总线信号延迟（指标:依（1.0滋s））8协议层故障经试验验证，本文提出的1553B总线故障注入试验系统校准方法可行，测量不确定度可以满足要求，有效地解决了故障注入试验系统的量值溯源问题遥对其他总线故障注入系统，如ARINC429尧RS-232/422/ 485等总线故障注入系统的校准有启示作用遥【相关文献】[1]陈伟，蒋范明.基于1553B总线接口的星载机构驱动器设计[J].电子产品可靠性与环境试验，2016，34（5）:34-41.[2]王青麾，王魁.基于Pspice的电路故障注入仿真分析方法研究[J].电子产品可靠性与环境试验，2011，29（2）:57-59.[3]连盟，李学锋.1553B总线故障注入测试方法研究[J].航天控制，2012，30（2）:88-92.[4]赵加凤.1553B总线故障模拟装置研制[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学，2012.[5]张世兵，苗克坚.基于1553B总线的BU-61580芯片测试系统的设计与实现[J].电子设计工程，2013，21（3）:85-89.。
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摘 要 ：为了评测计 算机 系统及 其外设的可靠性 ，研究 了 Ｐ Ｉ Ｃ 总线的拓扑结构和 电气规 范 ，分析 了传 统硬 件嵌入 式故 障注
入方 法在 Ｐ Ｉ Ｃ 总线上 的局 限性 ，提 出了一种新的基 于 Ｐ Ｉｔ－Ｃ 桥 接 Ｉ （ ｔｌ ｃｕｌ ｒｐ ｒｙ Ｃ－ Ｐ Ｉ ｏ Ｐ ｉ ｅ ｅｔａ ｐｏ ｅｔ ，知识产权 ）核 和 Ｆ Ｇ ｎ ｌ Ｐ Ａ技 术的嵌入 式故 障注入 方案 ，解决 了 Ｐ Ｉ Ｃ 总线故 障注入 中的 时延难题 ，可 以向 总线上 的主设备 和从设 备 注入 多种 类型 的故 障 。设计 了故 障注入 器的硬件 结构和 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ逻辑 ，分析 了开发 Ｐ Ｉ 障注入 器时需要 注意的问题 。针对一 个典型的 Ｐ Ｉ Ｃ故 Ｃ 外
ｍ ｅｎｔ ｓ．
Ｋ ｙｗ ｒｓ ａ ｌ ｉ ｅｔ ｎ Ｃ ； ａｄ ｒ－ｍｂ ｄ ｅ ； Ｐ ｃｒ；Ｆ ＧＡ ｅ ｏｄ：ｆｕｔｎ ｃｉ ；Ｐ Ｉ ｈ ｒｗａｅ ｊ ｏ ｅ ｅｄ ｄ Ｉ 作为 一种灵 活 、方便 、有效 的手 段在 容 错机 制的验证 中占有重 要 的地 位 。故 障注入 的原 理是 通过 实验 手段 ，按 照事 先选 定 的故 障模 型 ，人为 地 向系统 中引 入故 障 ，从 而加速 故障 的发生 和系 统 的失效 ，为 实验者 提 供定性或 定量的评 价结果 。 目前 国 内外 普遍 采用 的故 障注 入方 法大致可分 为两类 ［ ：基于模 拟 的故 障注入 和基 于物 １ ］ 理 的故 障注入 。基于模 拟 的故 障注入方 法采 用某 种方式 构 造 目标 系统的解析模 型 ，然 后在这 个模 型上 运行故 障注入
臣
目
由于 Ｐ Ｉ 有高 带宽 、高性 能、即插 即用 、支持 热插 Ｃ具 拔等诸多优 点 ，已经成 为近 几年 来发 展最 为迅 速 的 总线 ， 并 已延伸发展出多种总线标 准 ，如 Ｃ Ｃ Ｃ ｍｐ ｃ Ｃ ，紧 Ｐ Ｉ（ ｏ ａｔ Ｉ Ｐ
凑型 Ｐ Ｉ、Ｐ Ｉ Ｃ ） Ｘ 、ＭｉｉＣ 和 Ｐ Ｉ ｘ ｒｓ 等 。其 中，Ｐ Ｆ ｎＰ Ｉ Ｃ － ｐｅｓ Ｅ Ｃ
ｏ ｙ ｉａ ＣＩｐ ｒ ｈ ｒ １ Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｉ ｔ ｏ ｓ ｆ ａ ｉ ｌ ，ａ ｄ ｉ ｕ ｃｉ ｎ ｅ ｈ ｅ ｉｎ ｒ ｑ ｉ － ｎ ａｔｐｃ ｌ Ｐ ｅ ｉ ｅ ａ． ｐ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌｒ ｓ ｌｓ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｓ ｍｅ ｈ ｄ ｉ ｅ ｓｂ ｅ ｎ ｔ ｆ ｎ ｔｏ ｓ ｍｅ ｔ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｅ ｕ ｒ ｓ ｅ
会员 ，研究方 向为计算机系统结构 、容错计 算技术 、 障注入技术 、移动计算技术 。Ｅ ｍ ｉ ｔ ｇｈｍ ｎ ｆ １ ｉ ｅｕ ｃ 故 － ａ ： ａ ｚ ｉ ｉ ｔ ． ｔ ｄ ．ｎ ｌ ｎ ＠ ｃ ｈ ．
・
１４ ・ ７
计 算机 工程与设 计
２１ 正 ０２
线数据传输 的媒介 ，彻底解 决 了 Ｐ Ｉ Ｃ 总线故 障注入 中的时
准第 一次 建 立 了连 接器 与 主板 插 槽 间 的标 准 ，也标 志 着
ＰＩ Ｃ 的成 型 。
Ｐ１ Ｃ 支持 ３ ｂｔ ６ ｂｔ ２ ｉ和 ４ ｉ两种数据宽度 ，最早提 出的 Ｐ Ｉ Ｃ
图 １ Ｐ Ｉ系统框 架 Ｃ
总线 的 时 钟 频 率 为 ３ ＭＨｚ ３ ，最 大数 据 传 输 带 宽 达 到 了
固 回
囤 囤 囤 囤
图 ２ Ｐ Ｆ ｏＰ Ｉ 的 典 型 应 用 Ｃ ｔ－ Ｃ 桥
Ｅ ｐｅｓ ｘ ｒｓ 是一种革命性的高速串行 总线 技术 ，将 Ｐ Ｉ Ｃ 由原来 的并行传 输 方 式改 为 串行传 输 方式 ，最 大数 据 带 宽 已 达
８ Ｂ ｓ Ｃ－ ｘ ｒｓ 发展迅速 ，已经开 始逐步 取代 Ｐ Ｉ Ｇ ／ 。Ｐ ＩＥ ｐｅｓ Ｃ 和
实验 。这 种方 法可在不 同层次［ ］ ２ 上进行 。但是 这种方 式需
收 稿 日期 ：２ １—４２ ；修 订 日期 ：２ １一６３ ０ １０ —９ ０ １Ｏ —０
要精确 的模 型设 计细节 和输 人参数 ，建立详 细的解 析模 型 难度太 大 ，因此 使用范 围较 窄 ，一般用 于原 型系统设 计之 前 的仿真 。基于物理 的故 障注入 方法 向运行 工作负 载 的真 实 的原 型机 中注入故 障。这种 方法可分为硬件 注入＿ ６ 明、软
件注入 ¨ 、辐射干扰＿］ ｇ １ 和激光注入［－３ １ １３ ２ 等几种 。 １
ＰＩ Ｃ 总线是 现代 计算 机系统 中使 用最广 泛的总线之 一 ， 它有着严格统一 的协议 标准 和大量 的厂商 支持 ，许 多常见
的外设接 口协议 ，如 以太 网、ＵＳ Ｂ、１９ 、ＵＡＩ 等 都可 ３４ 以从 Ｐ Ｉ Ｃ 总线扩展 出来 。 目前 国内外几乎 没有针 对 Ｐ Ｉ Ｃ 总
ｎ ｃ） ９ １ ｅｔ，１ ９ 年前 后 由英特 尔公 司牵 头 开发 。１ ９ ９２年 ６月 ２ ２日，英特 尔发表 Ｐ Ｉ１０标 准 ，该标 准仅 限于组件级 规 Ｃ ． 范。１ ９ ９ ３年 ４ 月 ３ 日，Ｐ Ｉ Ｉ （ Ｃ－ ｐｃ ｌＩｔｒｓ ０ Ｃ － Ｇ Ｐ Ｉ ｅｉ ｎｅｅｔ Ｓ Ｓ ａ Ｇ ｏ ｐ Ｃ 特别兴趣小 组）发表 了 Ｐ Ｉ ． ｒｕ ，Ｐ Ｉ Ｃ ０标准 ，这个 标 ２
（ Ｔ ＨＩ ＱＮＪ ￣ ０ ９ ０ ３ Ｓ２０．５）
作者简介 ：唐志敏 （９ ６ ） 男 ，云南弥渡人 ，硕士研究生 ，研究 方 向为 故障 注入技术 ；董剑 （ ９ ８ ） １８ 一 ， １ ７ 一 ，男 ，山东 章丘人 ，博 士，副教
授 ，硕士生导师 ，Ｃ Ｆ会员 ，研究 方向为故 障注入技术 、容错计算技术 ；吴智博 （９４ ） 男 ，黑龙江哈尔滨人 ，博 士，教 授，博 士生导 Ｃ １５ 一 ， 师 ，Ｃ Ｆ高级会 员 ， 究方向为容错计算技 术、移动计算技术 ；杨孝宗 （９９ ） Ｃ 研 １３ 一 ，男，辽宁鞍 山人 ，博士 ，教授 ，博士生导师 ，Ｃ Ｆ高级 Ｃ
延难题 ，大大降低 了开发周期和开发难度 。
以支持更多 的设备或 Ｐ Ｉ Ｃ 扩展 连接器 ，如 图 ２所示 。
１ ＰＩ Ｃ 总线 介绍
１１ Ｐ Ｉ 线 简 介 ． Ｃ 总
ＰＩ Ｃ 即外 部 设备 互 联 （ｅｉｈｒｌ ｏ ｏ ｅｔｉｔｒｏ — ｐ ｒ ｅａ ｃｍｐ ｎ ｎ ｅｃｎ ｐ ｎ
１ ３ ／ ３ ＭＨｚ ２ ｉ ｓｌ ３ ＭＢ ｓ（３ ＊３ ｂｔ ）１ ／ ＿ 。后来 随着 性 能要 求 的提
高 ，又把 时钟 频 率 提升 至 ６ＭＨｚ ６ ，带 宽 翻 了一 番 。１ ９ ９３
年 ，Ｐ Ｉ Ｉ 出了 ６ ｂ ／ ３ ＭＨｚ Ｐ Ｉ Ｃ － Ｇ提 Ｓ ４ｉ １３ ｔ 的 Ｃ 总线 ，称为 Ｐ Ｉ Ｃ－ Ｘ，将数据传输带宽提升至 １ ６ ＭＢ ｓ 目前广泛采 用的是 ０６ ／。 ３ ｂｔ３ ＭＨｚ ２ｉ ３ ／ 或者 ３ ｂｔ６ ＭＨｚ Ｐ Ｉ ２ｉ ６ ／ 的 Ｃ 总线 ，而 Ｐ Ｉ Ｃ－ Ｘ更 多应用于服务器平台。
线故障注入 的相关研 究 ，因此 本文 提 出了 Ｐ Ｉ Ｃ 总线硬 件嵌 入式故 障注入方法 ，使用 Ｐ Ｉ ｏＰ Ｉ 明桥接 Ｉ Ｃ－ －Ｃ 透 ｔ Ｐ核作为总
基金项 目：国 家 ８ ３高 技 术 研 究 发 展 计 划 基 金 项 目 （ ０ ８ Ａ １ ２ １ ；哈 尔 滨 工 业 大 学 优 秀 青 年 教 师 培 养 计 划 基 金 项 目 ６ ２０ Ａ ０ Ａ ０ ）
ｓｕ ｉ ．Ｔ ｅｌ ｔｔ ｎｏ ｅｔ ｄｔ ｎ ｌ ａｄ ａ ｅｅ ｅ ｄ ｄｆｕｔ ｎｅ ｔ ｎｍｅｈ ｄｉ ａ ａｙ ｅ ， ｎ ｎ ｗ ｍｅｈ ｄｂ ｓｄｏ Ｃ － ｔｄｅ ｄ ｈ ｍｉ ｉ ｆ ｈ ｒ ｉｏ ａ ｈ ｒ ｗ ｒ－ ｉ ａｏ ｔ ａ ｉ ｍｂ ｄ ｅ ｌ ｉ ｃｉ ｔ ｏ ｎ ｌｚ ｄ ａ ｄａ ｅ ｔ ｏ ａ ｅ ｎ Ｉ ａ ｊ ｏ ｓ Ｐ ｔ－ Ｃ ｒ ｇ （ ｔｌ ｃｕ ｌ ｒ ｐ ｒｙ ｏ ｅ ｎ Ｐ Ａ ｃ ｎ ｌｇ ｒｓ ｎｅ ．Ｔ ｉ ｍｅｈ ｄ ｗｈｃ ａ ｊｃ ｖ ｒ ｕ ｐ ｓ ｆ ｏＰ Ｉ ｉ ｅＩ ｉ ｅ ｅｔ ａ ｐ ｏ ｅ ｔ）ｃ ｒ ｄＦ Ｇ ｔ ｈ ｏｏ ｙ ｉ ｐ ｅ ｅ ｔ Ｂ ｄ Ｐ ｎ ｌ ａ ｅ ｓ ｄ ｈｓ ｔｏ ， ｉ ｃｎ ｉ ｅｔ ａｉ ｓ ｙ ｅ ｈ ｎ ｏ ｔ ｏ ｆｉ ｒ ｓｉｔ ｔ ｅｂ ｓ ｓｅ ｎ ａ ｅ ｓ ｌｅ ｅ ｅａ ｒ ｂｅ ｉ ｆｕｔ ｎｅ ｔ ｎｏ Ｃ ．Ｈａｄ ａ ｅ ｆ Ｎｅｔ ｒ ｎ ｇ Ｐ Ａ ａ ｕ ｅ ｏ ｈ ｕ ｔｒ ｄｓ ｖ ， ｏ ｄｔ ｌｙｐ ｏ ｌ ｎ ａ ｌ ｉ ｃｉ ｆ Ｉ ｌ ｎ ｍａ ａ ｌ ｖ ｈ ｄ ｍ ｊ ｏ Ｐ ｒ ｗ ｒ ｃ ｄｌ ｉ ｉ Ｆ Ｇ ｏ ｉ ｏ ａ ｏ ｃｎ
Ｒｅ ｅｒｈ ａ ｄｄ ｓｇ ｆ ａ ｌ ｉｊｃｏ ｏ Ｃ ｕ ｓａｃ ｎ ｅｉｎｏ ｕｔ ｎｅ ｔｒｆｒＰ Ｉｂ ｓ ｆ
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（ ｐ ｒｍｅ ｔｏ ｍ ｐ ｔｒＳ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ，Ｈ ａｂｎ Ｉ ｓｉ ｔ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ，Ｈ ａｂｎ １ ０ ０ ，Ｃ ｉａ Ｄｅ ａｔ ｎ ｆＣｏ ｕ ｅ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｒ ｉ ｎ ｔ ｕ ｅｏ ｃ ｎ ｌｇ ｔ ｒ ｉ ５ ０ １ ｈｎ ）
ｉｄ ｓ ｎ ｄａ ｄｓｍｅａｎ ｕ ｃｍｅ ｔ ｉ ｅ ｅｅ ｐ ｎ ｆ Ｃ ｕｔｎｅｔｒ ｒ ｒｓｎｅ Ａｔ ａｔ ｅ ｐｒ ｎｓ ｒ ａｒ ｄＯ ｔ ｓ ｅｉ ｅ ｎ ｏ ｎ ｏ ｎｅ ｎｓｎｔ ｖｌ ｍｅ ｔ Ｉａ ｌｉｊ ｏ ｅｐｅｅ ｔｄ ｇ ｈｄ ｏ ｏＰ ｆ ｃ ａ ． ｓ， ｘ ｅｉ ｔ ｅｃｒｉ ｕ ｌ ｍｅ ａ ｅ