基于FPGA的RS422总线故障注入系统设计

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1、.基于FPGA的RS422总线故障注入系统作者：刘云飞谢洪森来源：《电子技术与软件工程》2017年第16期        摘要        介绍一种基于FPGA的可编程RS422总线故障注入系统，分析了系统的功能需求等。        【关键词】RS422总线故障注入系统        故障注入是进行产品测试性试验的重要技术手段。目前RS422总线应用广泛，应用RS422总线的系统要进行联试联调，其总线接口的容错能力需要测试。很多软硬件平台的测试都需要模拟出RS422总线系统故障，然后测试软硬件平台对R

2、S422总线系统故障的处理能力和反应速度，但是由于故障种类和类型很多，有些故障又比较复杂，不容易模拟出所有故障，因此需要一种可编程模拟RS422总线接口故障的平台，能够模拟出各式各样的RS422总线接口故障。        1系统功能        1.1基本工作模式        当RS422总线故障注入设备接到来自计算机A的第一比特串行数据后，开始对其进行转发，其转发时延低到3时钟周期。进行故障注入时，故障注入设备根据故障用例以及相应计算机的RS422通信协议确定需要发送故障数据的位置，识别到目标位到

3、达后，发送故障位，其处理时延低到3时钟周期。        另外，能够对RS422通信接口的输出数据建立保持时间进行故障模拟，如对于在时钟上升沿数据输出，下降沿采样数据的接口，故障注入设备能够通过高频信号，在邻近时钟下降沿时将数据输出，反之对于上升沿采样数据的接口，也能够在邻近时钟上升沿时将数据输出。..        对于秒脉冲信号的向后延时输出，故障输入设备对接收到的秒脉冲信号，向后随即延时一段时间后输出，对于向前提前输出，故障输入设备对接收到的秒脉冲信号，首先直接输出秒脉冲信号，之后延时一段时间后输

4、出；对于更改秒脉冲信号低脉冲信号的宽度，故障输入设备随机增加或者减小秒脉冲信号低电平的持续时间实现故障的注入；对于秒脉冲信号的输出停止，故障输入设备直接将秒脉冲输出端口的信号输出停止，此时输出端口的电平信号可以随机为高电平或者低电平信号，对于正常情况下，输出的秒脉冲信号与输入的秒脉冲信号之间的传输延时小于lus。        对于更改高稳时钟信号的输出频率，故障注入设备可以对高稳时钟信号随机的在1MHz频率的基础上增加或减小一定的频率偏移，对于更改高稳时钟的输出占空比，通过随机的更改高电平持续时间以及低

5、电平输出时间实现，但是高电平输出时间与低电平输出时间之和不能大于一个时钟周期，对于输出停止故障注入，故障注入设备直接关闭高稳时钟信号的输出，此时端口可以随机的处于高电平或低电平。        1.2同步/异步RS422数据通信接口故障注入        1.2.1RS422数据转发        包括端到端通信；b）可对每一比特数据进行实时转发；c）较小的转发时延；        1.2.2RS422故障注入        （1）可对每一比特数据进行实时处理；        （2）较小的处理时延；   

6、     （3）故障数据注入；        （4）建立保持时间故障模拟。        1.3秒脉冲及高穗时钟RS422接口故障注入        1.3.1秒脉冲接口        （a）采用平衡差分传输；（b）遵循ANSI/TIA/EIA-422标准规范；（c）故障输入方式：随机更改脉冲信号输出的周期、低脉冲信号的宽度、输出停止。..        1.3.2高稳时钟接口        （a）平衡差分传输；（b）遵循ANSI/TIA/EIA-422标准规范；        （c）故障输入方式：随机更

7、改高稳时钟信号的输出频率、占空比、输出停止。        2硬件设计        RS422总线故障注入系统总体组成如图所1所示，RS422故障注入设备由RS422故障注入功能板，和测试专用主机组成。        2.1RS422故障注入功能板        采用嵌入式PCI板卡形式，可接收和转发RS422接口数据。以FPGA芯片为核心，实现故障数据的注入算法操作；并提供1个PCI控制器，可接收测试主机发送的管理指令，并向主机提交数据。功能板上同步/异步RS422数据通信接口采用端到端的通信方式，通

8、过高频率工作时钟的FPGA芯片实现较小的转发和处理时延。        RS422故障注入功能板基于Testar2002RS422串口卡实现。Testar2002RS422串口卡具有PCI总线，可以实现RS422差分数据转发与处理的串口卡，板上采用Xilinx公司XC6SLX系列FPGA提供数据处理和通信控制功能。PCI-R422板卡可提供1路RS422标准的差分数据输入和1路RS422数据输出功能，并可通过PCI总线进行板卡