基于UM-BUS系统的总线测试方案研究

【摘要】嵌入式系统作为一种专用的计算机系统,已经广泛应用于军事、航空航天、交通运输和工业控制等领域。针对这些应用场合的嵌入式系统要求其具有较高的可靠性和安全性,可以对故障做出快速反应,使系统恢复到可用状态。目前解决方案普遍采用冗余、容错等措施来实现,然而嵌入式冗余容错系统内部通信数据的可靠性问题同样亟待提高和完善。作为系统内部的信息交换和资源共享通道的总线系统,需要一个完整、有效的测试方案记录和分析总线的工作状态。尤其是当系统或设备出现故障时,亟需获取总线中的数据提供高效、准确地分析依据。本文依托于国家自然科学基金面上项目“可动态重构的高可靠嵌入式系统总线(UM-BUS)研究”,该项目提出了一种具有故障自愈能力的高速嵌入式计算机内部总线。本文以UM-BUS系统为测试对象,旨在研究一种针对复杂电子系统总线的高效测试方案。为了让测试环境能够充分体现UM-BUS总线在数据传输和故障恢复方面的性能,本文基于该总线的拓扑结构设计了UM-BUS综合电子仿真平台。该平台包含六个总线节点仿真应用场景中的不同终端设备,可以实现数字、模拟和视频数据的实时传输；其主控节点采用SPARC-V8CPU运行VxWorks操作系统控制平台数据的采集和显示。为了能够高效、准确的记录总线的工作数据,本方案采用将总线监听节点(MT)串接到UM-BUS总线系统中,无过滤监听总线中的通信数据。MT节点可以采集到总线中M-LVDS信号进行解析；由FPGA内的数据处理模块将采集到的数据进行协议分析和数据封装；为了能够适应UM-BUS的不同测试环境需求,经由片内RAM和SDRAM的多级数据缓冲,高速数据可以由PCI-Express或USB3.0接口实时传输到PC,由软件完成数据存储和进一步分析。本方案将MT连接到UM-BUS综合电子仿真平台中监听总线在仿真环境的实时通信。综合电子仿真平台节点之间的总线采用16条线路并发传输,其单通道传输速率可达到100Mbps,通过注入故障激励可以测试UM-BUS在线路故障状态下的动态重构过程。通过测试当总线上有一条或者多条线路发生故障时,UM-BUS能对总线通路进行重构保障数据在有效线路上进行传输,其有效带宽在16通道时能够达到140.3MB/S,当剩余8条有效通道时,速度可保持74.7MB/S：MT节点能够实时获取总线的工作数据,且该节点接口带宽可以满足测试需求。
【作者】王春亮；
【导师】张伟功；
【作者基本信息】首都师范大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】总线测试；嵌入式系统；UM-BUS；FPGA；PCI-Express；USB3.0；

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