基于FC-AE-ASM协议的两种通讯板卡对比及应用

(1.中国人民解放军第5720工厂,安徽 芜湖 241007；2.安徽省航空设备测控与逆向工程实验室,安徽 芜湖 241007)

0 引言

国内外飞机航空电子系统采用了多种总线来实现系统之间、模块之间的互联，据JSF开放式系统结构综合产品小组(OSAIIYF)对9种UAN高速总线分析和评审后，认为航空电子环境光纤通道(FC-AE)最优[1]。FC技术也是我国航空数据总线的研究和关注焦点[2]。航空维修系统开展了FC-AE-ASM协议的仿真测试网络搭建，FC-AE通讯板卡的选定与应用是重要内容。本文以国外某型通讯板(板卡1)和国内某型通讯板(板卡2)为研究对象，简要对比了各自的功能和特点，重点分析了其应用软件、配置及实例应用。

1 仿真测试平台

文献[3-8]主要研究FC网络仿真及基于1553B的协议应用，文献[9-12]主要针对FC-AE-ASM协议进行研究，但均未涉及FC-AE-ASM协议通信仿真测试系统及通讯板卡应用研究。本文FC-AE-ASM协议仿真测试平台主要由1台FC-AE交换机，4个FC-AE-ASM节点、1台FC-AE-ASM协议分析仪、1台配置管理工作站和若干分光器、传输电缆等组成。其中，台式FC-AE交换机是整个系统的核心，支持FC-AE-ASM全网数据交换，提供外部数据监控和存储接口；FC-AE-ASM节点(通讯板卡+工作站)是系统的基础，提供多路收发仿真功能；台式FC-AE-ASM协议分析仪是系统分析的重要工具，主要监控分析FC网络数据；分光器实现通讯链路的交联；配置管理机实现对交换机配置管理。测试系统的架构框图如图1所示。

图1 FC-AE-ASM协议仿真测试平台

2 通讯板卡对比

2.1 通讯板卡简介

板卡1是国外公司生产用于FC-AE的主要产品，采用PCIe标准接口，支持双路光纤模块。主要功能和特点有：1)完全遵循FC-AE-ASM光纤通信协议规范；2)提供2个FC端口，采用光纤SFP接口形式，可以作为2个独立端口使用，也可以作为1对冗余端口使用；3)支持1 G、2 G通信速率；4)支持XMC接口的4×PCIe总线接口；5)支持Windows操作系统；6)支持点对点、仲裁环和交换式通信方式；7)配备有专门的仿真分析软件等。

板卡2是一款国内公司研发的高性能仿真测试FC-AE终端网卡，主要功能和特点有：一是支持XMC接口的4 Lanes PCIe总线接口；二是支持双路SFP光学模块，三是支持1 G可扩展至2 G通信速率；四是支持FC-AE-ASM协议；五是支持点到点和交换式通信方式；六是支持4级优先级，至少128个非数据块和8条数据块；七是支持隐式登陆；八是支持FC协议Class3类服务；九是运行Windows操作系统，提供有相应的应用软件等。

2.2 通讯板卡对比

两款板卡对比情况见表1。两款板卡相同项有：1)采用支持XMC接口的4×PCIe总线接口；2)完全遵循FC-AE-ASM协议规范；3)提供2个FC端口，采用光纤SFP接口形式(2独立/1对冗余端口)；4)支持1 G、2 G通信速率；主要差异的主要有：1)仿真分析软件不同；2)支持的操作系统不同，前者支持32位和64位Windows7，而后者只支持32位；3)通信方式不同，前者支持点对点、仲裁环和交换式三种，而后者只是支持点对点和交换式两种。

表1 两款通讯板卡对比情况

3 应用软件

3.1 板卡1

板卡1对应的仿真分析软件能够为接口卡提供直观的图形化交至界面，主要功能有：一是提供数据采集、分析、时间戳解析显示；二是采集时戳分辨率可达到10 ns；三是提供统计信息功能；四是可以全面控制发送内容，包括帧头、帧负载、顺序、帧间隙等；五是支持实时访问捕获数据等功能。

仿真分析软件运行后主界面提供了仿真、分析数据流的状态显示，IRIG-B时间和每个端口的触发状态，并可同步开始或暂停每个端口的数据传输。软件支持板卡设置、接收设置、发送设置和数据修改设置功能。

板卡设置界面包括有资源信息和板卡模式/端口控制两个区。资源信息区主要显示已经安装的板卡模块(R_ID、端口数量、类型等)、端口(名称、R_ID和触发模式等)和客户端(服务器、用户端、应用软件等)的信息。板卡模式/端口控制区可对各板卡进行操作，模块设置主要有端口链路、工作方式、灯标、IRIG-B模式等。

其中，端口链路和工作方式设置尤其至关重要，其两者可以组合成多种应用策略，适用于不同的仿真测试环境要求。在模块使用过程中，首先需要对模块端口链路进行设置，其工作模式主要有以下四种：1)内循环模式，不通过端口发送和接收数据，只用于自发自收，可检查模块自身的收发功能；2)串联模式，主要通过端口0输入串联至端口1输出，或者通过端口1输入串联至端口0输出，用于对已明确连接节点进行仿真或分析功能；3)点到点模式，用于接收相同端口和响应外部节点接口；4)高级模式，主要用于特定功能测试。模块工作方式总体来说，有单功能(分析或仿真)、多功能(分析和仿真)、故障注入等方式，其与板卡的模块型号和软件模块的选取有关，针对不同的板卡和软件功能模块，所能够选定的工作方式也有所不同。灯标和IRIG-B模式设置主要根据操作者的具体环境来定，其设置比较简便。端口设置主要是对模块各端口进行控制，主要有使能、传输速率、接收和发送存储器缓存等。

当模块工作模式和方式确定，选定工作端口后，针对不同的功能，还需要进行具体的接收和发送数据的设置。接收设置主要是对接收触发条件、接收数据过滤和外部触发进行设置，主要用于分析方式；发送设置主要是对发送数据、发送优先级、端口拓扑结构、流控制进行设置，主要用于仿真方式；数据修改设置主要是根据用户定义对接收到的数据流进行修改，包括插入新的数据、修改帧和有序序列，删除或替换现有的数据帧等，并将修改后的帧再传输，主要用于故障注入功能。各功能具体设置内容较多，在此由于篇幅原因，不再详细介绍。

3.2 板卡2

板卡2应用软件安装完成后，将会生成服务器FC_View(Server)和客户端FC_View(Client) 两个软件。启动服务器软件后，分别打印显示板卡的启动调试信息、运行环境消息、网络信息，工作状态信息等。启动客户端软件后，将显示软件所支持的任务插件，如果选择“FC-AE正常模式”启动任务，加载成功后将弹出软件主界面，当服务器和客户端在不同的计算机上运行时，将要输入FC_View服务器的IP地址；当服务器与客户端在同一台计算机运行时，可以选择“连接本机”选项后，客户端成功连接服务器后，在配置区显示服务器及其板卡，然后进入FC-AE正常模式。软件提供了配置板卡、数据发送接收及查看、数据存储等功能。

客户端软件工程配置是对板卡的配置表属性进行设置，其配置格式基于XML。配置信息主要有修改板卡属性、增加/删除端口、修改端口属性、配置发送数据等。修改板卡属性可以进行工作模式、速率、触发模式选择设置，并且可以查看端口连接和光模块的状态。增加/删除端口主要是在配置模式下，选中板卡后可以增加或删除端口。修改端口属性主要是对端口的ID、类型、方向、源地址标识符(S_ID)、目标地址标识符(D_ID)、使能、ASM端口及消息标识符(Msg_ID)进行配置。配置发送数据是在端口为发送时，修改数据发送策略、次数、间隔和帧长度。

任务工程配置完成后，通过操作开始按钮，板卡将进行发送和接收数据，通过数据统计界面可以查看数据统计情况，若详细查看接收数据，可以通过数据视图进行显示切换，接收的数据将以帧的形式逐行显示，具体有数据帧的序号、端口ID、时间戳、S_ID、D_ID、Msg_ID、信息类型和帧长度等。同时，显示16进制数据帧的具体内容。当完成数据的发送和接收后，通过控制终止按钮结束其工作。为了实现接收数据能够事后查看，系统设计数据存储功能。当系统接收到数据后，开始将数据记录在文件中。存储文件是以一种索引+数据帧的格式进行数据存储，方便数据的查看。

3.3 注意事项

板卡1提供了驱动包和应用软件包，在软件安装过程中，出现了一些状况，值得说明一下。板卡安装的主机为Z840工作站，该工作站配置为8 G内存，操作系统为64位Windows7。安装板卡1的64位Windows7版驱动程序时，出现了错误信息，提示内容一是不能打开服务控制器，确认是否以管理者权限运行；二是板卡驱动初始化失败。为此，针对错误提示内容，采取了一些措施，逐一验证排除，通过如图2所示的工作流程后，最终完成了板卡1的驱动及应用程序的成功安装。

图2 板卡1驱动安装处理工作流程

首先，确认排除了由于管理者身份操控的问题；其次，确定并安装板卡支持64位Windows7操作系统，选择安装的64位Windows7驱动包，显示安装不成功，提示相同的错误信息；再次，将工作站的操作系统改为32位Windows7，并且选择32位驱动包安装，提示安装成功；最后，恢复64位Windows7操作系统，并将主板与硬盘之间的SATA接口进行了调整，由原8个端口排列的端口改接至6个端口排列的端口后，安装64位驱动，显示一切正常，提示安装成功。在驱动未安装成功时，运行应用程序时，系统无法正常工作，并且显示错误提示。

通过以上安装实践过程，验证了板卡1能够支持32位和64位的Windows7操作系统。同时，也说明了板卡1所处的支持环境不同时，有可能遇到新问题。

4 应用实例

采用如图3所示的连接方式，将板卡1 的Port0作为接收端、Port1作为发送端，同时，将板卡2 的PortA作为发送端、PortB作为接收端，形成发送和接收回路的测试策略，从而验证两板卡之间的通讯功能。

图3 应用实例连接示意图

按照设定的连接接口关系，分别在板卡对应的应用程序中进行模块设置、数据发送、接收及查看等，实现了板卡1与板卡2之间的数据互通。以板卡2的PortA作为数据源发送端，首发FC-AE-ASM协议帧数据，经板卡1的 Port0接收数据后，利用板卡1的串联模式，在其内部实现转发，再由板卡1的 Port1发送，最后，数据由板卡2的PortB接收，从而验证两板卡的收发功能及工作模式和方式的设置功能是否正常。具体板卡设置及测试过程有：

1)板卡1的设置，在操作界面上将板卡1的连接配置设置为In-Link(即Port0的接收机在内部直接与Port1的发送机相连)，工作方式设置为Analyzer，端口速率设置为1 G，其它默认。

2)板卡2的设置，添加Port1、Port2两个端口，Port1的传输方向设置为发送，与PortA关联，发送数据为ASM帧，S_ID为1，D_ID为2，Msg_ID为2，帧数据域自定义，其它默认；Port2的传输方向设置为接收，与PortB关联，将端口传输速率设置为1G，其它默认。

3)打开板卡1与板卡2，板卡1的Port0、Port1分别处于数据接收、数据发送状态；板卡2的PortB、PortA分别处于数据接收、数据发送状态。

4)完成互通，双方均显示接收到数据后，停止板卡1与板卡2的工作，板卡1的数据监控界面如图4所示，通过对比图中Port0接收到的ASM帧和板卡2PortA发送的数据后，发现板卡1接收的数据与板卡2发送的数据一致。板卡2的数据视图如图5所示，分析板卡2中的接收到的数据后，发现板卡2PortB接收到的数据也有PortA发送的数据一致。

通过对图4和图5中的数据进行查看，显示出对应的S_ID、D_ID、Msg_ID、信息类型和帧长度等内容，说明两板卡均实现了对ASM协议的解析功能。

图4 板卡1的数据监控界面

图5 板卡2的数据监控界面

5 结论

通过基于FC-AE-ASM协议的国内外通讯板卡的对比及应用研究，两种板卡均能满足FC-AE-ASM协议仿真测试平台通讯功能的要求，且各自的特点也显现：板卡1功能强大、资源开放、应用灵活，设计操作复杂，对人员的要求高；板卡2功能合理、资源局部开放、应用方便，更贴近应用工程，操作方便，容易进行二次开发。FC总线已成为重要的机载航空总线，随着新机不断服役，FC总线的修理仿真测试研究将逐渐增多。通讯板卡应用研究作为FC网络系统仿真测试平台关键内容之一，在为完成FC网络修理做好技术储备的同时，也为后续相关研究选择通讯板卡提供了借鉴，其价值在维修保障技术中将不断体现出来。

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