机载FC网络节点机测试性建模与改进

武健 武坚 张楠

摘要：FC网络节点机是机载FC网络的重要组成部分，针对故障检测率低的问题，本文根据产品组成、交联关系、故障模式和测试之间的相关性关系，建立了FC网络节点机多信号流测试性模型，进行了测试性定性定量分析，发现产品中的测试性设计薄弱点，并进行了设计改进;该文通过测试建模和设计改进，提高了FC网络节点机的故障检测率，也间接为机载FC网络维修效率、任务可靠性、安全性的提高提供了重要基础。

关键词：FC网络;节点机;测试性建模;测试性改进

中图分类号：TP393        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）35-0039-02

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1 引言

FC网络具有速率快、抗干扰能力强、使用灵活等多种优点使得其在飞行器中得到了广泛的应用[1]，FC节点机是机载FC网络的主要组成部分，经过多年的发展，FC节点机的功能性能已经得到了很大的提高，但是当前其测试性水平还比较低，给实际使用带来了很大的困难。第一，FC网络节点在飞行器上分布十分广泛，故障定位不准确严重影响了维修的效率;第二，FC节点机承载了飞行器重要数据的传输，未检测出的隐蔽故障可能会影响任务的完成甚至是飞行的安全。为提高FC节点的测试性水平，本文基于多信号流测试性建模方法，建立了FC网络节点机的测试性水平，也间接为维修效率、任务可靠性、安全性的提高提供了重要支撑。

2 FC网络节点机测试性基础数据分析

2.1 产品架构

FC网络节点机负责FC协议处理，提供高速FC接口和PCIe主机接口;FC网络节点机为单模块产品，以FPGA为核心，外部电路包括电源电路，时钟电路、存储电路等。FC网络節点机的系统架构如图1所示。

2.2 产品和故障模式层次划分

FC网络节点机产品和故障模式层次划分结果如图2所示。FC网络节点机划分为四个功能电路：01-电源电路、02-时钟电路、03-调试电路、04-FC节点电路，最低一级为各个功能电路的故障模式。功能电路按照顺序，编号m为01～04，fm+n标示第m个功能电路的第n个故障模式。图2中仅列出部分故障模式，其余省略。

FC节点机各个功能电路输入输出端口信号、每个功能电路对应一组端口信号集，如表1所示，仅列出部分端口信号，其余省略。

2.3 测试集分析

根据FC网络节点机测试项目和测试内容，确定FC网络节点机的测试点和测试集，如表2所示。

3 测试性建模与改进

3.1 测试性建模流程

FC网络节点机测试性建模流程如图3所示，流程说明如下所示：

（1）通过FMECA获取FC网络节点机的故障模式以及每个故障模式的故障率，FMECA采用GJB/Z 1391[2]中规定的填表的方法;

（2）通过FC网络节点机的设计资料分析FC网络节点机当前部署的软件和硬件实现的测试点;

（3）分析各个测试点中的可用的测试信息，包括测试针对的具体信息、故障判断、运行的时机（上电、周期、维护等）;

（4）采用测试性建模软件建立产品的多信号流测试性模型;

基于测试性模型完成测试性定性分析（可检测故障、不可检测故障等）、定量分析（故障检测率、故障隔离率等）;

（5）将测试性定性定量分析结果与指标进行满足情况检查，如不满足测试性指标要求，根据分析出来的薄弱环节进行测试性设计改进，在改进后对多信号流模型进行迭代和定性定量分析，直到测试性指标满足要求。

3.2 FC网络节点机多信号流模型

基于所分析的测试性基础数据，采用TADS软件[3]建立多信号测试性模型，多信号流模型[4]利用分层有向图描述产品组成、交联关系、故障模式、测试点之间的相关性关系，十分适合机载FC网络这类复杂系统的测试性分析和设计。在基于TADS软件建模的过程中，需要根据产品的设计建立SRU层次和功能电路层次的输入端口、输出端口，并按实际的内外交联关系完成测试性模型的互联。

在功能电路内部，根据FMEA分析的结果定义功能电路内部的故障模式，并将故障模式的输入输出与相应的端口进行互联，在故障模式定义完成后，将信号与故障模式进行绑定，并根据产品电路设计的具体情况对阻隔信号、转换信号进行描述。

将测试点和故障模式或端口进行连接，并在测试点中增加测试信息，指定测试的类型（加电BIT、在线BIT、启动BIT、内场测试设备检测、内场人工检查等）、测试支持的信号和测试通过置信度等。

3.3 FC网络节点机测试性分析

对建立的FC网络节点机进行定量分析，故障检测率为69.47%，而典型FC节点机故障检测率要求不低于95%，当前的故障检测率不能满足要求。通过对测试性模型的定性分析，明确未检测的故障模式共8个，具体如表3所示。

通过对未检测的故障模式进行分析，FC网络节点机未检测的故障模式主要由节点机工作电源、时钟和FPGA故障导致。

在工作电源、FPGA逻辑工作时钟、FPGA故障时，FPGA的功能不能正常运行，导致节点机的BIT能力丧失，无法上报故障，需针对以上不能检测的故障进行测试性设计改进。

3.4 FC网络节点机测试性设计改进

由于机载FC网络节点机在设计时面临严格的功耗、体积重量的约束，难以增加大量的专用BIT电路，因此本文利用现有的FPGA空置逻辑资源和IO管脚，设计了专用的硬件FAIL指示信号，该信号采用低电平指示故障，高电平指示正常。在FPGA正常工作时，由FPGA将该信号驱动为高电平，而在FPGA不能正常工作时，通过下拉提供默认的故障指示输出。

对改进后的FC节点机测试性建模模型进行定量分析，故障检测率为98.9%，满足了典型FC节点机故障检测率要求不低于95%的要求。

4 结束语

FC网络节点机是机载FC网络中的重要组成，本文通过建立多信号流测试性模型，明确了测试性设计的薄弱环节并进行改进，使故障检测率满足了典型指标要求。

参考文献：

[1] 孙东旭，贾世伟，孟玉慈，等.综合模块化航电系统FC网络的机内测试设计[J].航空计算技术，2016，46（6）：108-112.

[2] 故障模式、影响及危害性分析指南：GJB/Z 1391—2006[S].

[3] 刘冬婷，戴苏榕，方力.航电产品测试性模型的建立与应用[J].航空电子技术，2015，46（4）：13-17.

[4] 魏清新，王坤明，孙萍.基于多信号流图模型的导弹系统级故障诊断技术研究[J].计算机测量与控制，2017，25（3）：109-111.

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