一、概述

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。本公司提供的Links-FIU故障注入单元致力于助力用户在研发设计阶段主动发现并解决可靠性隐患。通过上层软件控制配套硬件设备箱，能精准模拟供电与通信线路中的物理层、电气层及协议层故障，从而系统化评估装备的耐受能力，为优化系统整体鲁棒性提供量化依据。

二、模块功能

 二、A429协议层故障注入模块

429总线故障注入单元特点：

Modbus通讯总线控制

模块化设计

19英寸、1U机架结构

通道资源：2个429通道

最高支持1M波特率429总线

支持标准帧（11-bit identifier）和扩展帧（29-bit identifier）429总线

物理层故障注入功能：

并联阻抗故障

串联阻抗故障

信号线间短路故障

信号线断路故障

电气层故障注入功能：

共模噪声叠加

差模噪声叠加

正或负端信号叠加噪声

协议层故障注入功能：

位翻转故障模拟

位噪声故障模拟

位数值故障模拟

位数值故障模拟

延时故障模拟

429总线故障注入单元功能框图如下：

 A429总线故障注入单元结构

A429总线故障注入单元结构采用欧规插箱结构，横向插卡。机箱特点如下：

19英寸标准上架结构

1U高度

采用模块化设计，包括各种故障注入模块、电源均可灵活配置，实现快速交付和方便维护

提供电源线缆

A429总线物理层及电气层故障注入模块

A429总线物理层及电气层故障注入模块通过背板可以实现429电气层故障注入模块和A429协议层故障注入模块串联，从而实现故障级联注入的功能。物理层及电气层故障注入模块内置高性能FPGA作为主控芯片，响应各类控制指令。

429总线物理层及电气层故障注入模块可实现如下故障模拟：

并联阻抗故障

正端信号与负端信号并联阻抗故障，阻抗范围64Ω～1kΩ，步进为16Ω，精度±5Ω

支持手动故障接入和周期故障接入控制，周期范围50ms～1s，步进50ms，占空比50%

串联阻抗故障

正端信号输入、输出串联阻故障，阻抗范围64Ω～1kΩ，步进为16Ω，精度±5Ω

负端信号输入、输出串联阻故障，阻抗范围64Ω～1kΩ，步进为16Ω，精度±5Ω

正、负端信号输入、输出串联阻故障，阻抗范围64Ω～1kΩ，步进为16Ω，精度±5Ω

支持手动故障接入和周期故障接入，周期范围50ms～1s，步进50ms，占空比50%

信号线间短路故障

正、负端信号间短路故障，具有可恢复保险丝保护

支持手动故障接入和周期故障接入控制，周期范围50ms～1s，步进50ms，占空比50%

信号线断路故障

正信号断路故障

负信号断路故障

支持手动故障接入和周期故障接入控制，周期范围50ms～1S，占空比50%

A429总线物理层及电气层故障注入模块功能框图如下：

  A429物理层及电气层故障注入模块

如图所示，物理层及电气层故障注入模块使用FPGA作为主控器，配有RS485接口芯片，实现试验网络接入。并配置有硬件看门狗，监测模块运行状态。

硬件设计上，每一个信号回路，都安装有串联阻抗、并联阻抗和多功能开关电路。这些阻抗和开关的控制，均通过FPGA控制继电器的形式实现。

用户信号进入物理层及电气层故障注入模块后，经历串行阻抗控制网络、并联阻抗控制网络和多功能开关组合（包含断路开关、短路开关）。当故障注入模块收到试验网络下发的故障类型和故障执行指令后，FPGA控制相应电阻网络或开关，实现故障注入功能。流程如下：

152 A429物理层故障注入实现示意图

A429总线电气层故障注入模块

429电气层故障注入模块通过背板可以实现与429物理层及电气层故障注入模块和429协议层故障注入模块串联，从而实现故障级联注入的功能。电气层故障注入模块内置高性能FPGA作为主控芯片，响应各类控制指令；。支持最高1M波特率的429总线。

429电气层故障注入模块可实现如下故障模拟：

共模噪声叠加

噪声带宽范围：正弦波和三角波：10～1MHz；方波：1MHz

噪声幅值范围：0.1～5V

支持多种噪声类型接入，如方波、正弦、三角波和用户自定义波形

差模噪声叠加

噪声带宽范围：正弦波和三角波：10～1MHz；方波：1MHz

噪声幅值范围：0.1～5V

支持多种噪声类型接入，如方波、正弦、三角波和用户自定义波形

正或负端信号叠加噪声

噪声带宽范围：正弦波和三角波：10～1MHz；方波：1MHz

噪声幅值范围：0.1～5V

支持多种噪声类型接入，如方波、正弦、三角波和用户自定义波形

信号幅值调节

正信号幅值调节功能：10%～150%，步进10%

负信号幅值调节功能：10%～150%，步进10%

正、负信号同时幅值调节功能：10%～150%，步进10%

调节精度：±50mV

A429电气层故障注入模块功能框图如下：

 A429电气层故障注入模块

如图所示，电气层故障注入模块使用FPGA作为主控器，配有RS485接口芯片，实现试验网络接入。并配置有硬件看门狗，监测模块运行状态。

硬件设计上，每一个信号回路，都安装有波形发生电路、加法器电路和可编程放大电路。通过这些特定电路，可实现用户所需的幅值调节、噪声叠加等故障的注入功能。

用户信号进入电气层故障注入模块后，经历可编程放大电路、加法器电路。当故障注入模块收到试验网络下发的故障类型和故障执行指令后，FPGA控制相应开关、配置波形发生器电路、加法器电路，实现故障注入功能。流程如下：

 A429物理层故障注入实现示意图

A429总线协议层故障注入模块

429总线协议层故障注入模块通过背板可以实现与429总线物理层及电气层故障注入模块和429电气层故障注入模块串联，从而实现故障级联注入的功能。协议层故障注入模块内置高性能FPGA作为主控芯片，响应各类控制指令；。

协议层故障注入模块特点如下：

标准ARINC429接口芯片实现数据接收和注入故障胡的数据发送。电气特性符合ARINC429规范要求；

所有故障模拟均支持过滤，特定数据作为过滤条件；

支持100K和12.5K两种波特率ARINC429总线。

429协议层故障注入模块可实现如下故障模拟：

位翻转故障模拟

BIT位逻辑电平值翻转故障模拟

上位机设置1～8个BIT进行此故障、设置开始BIT位置

位噪声故障模拟

BIT位噪声故障模拟

上位机设置1～8个BIT进行此故障、设置开始BIT位置

位数值故障模拟

BIT位数值故障模拟

上位机设置1～32个BIT进行此故障、设置开始BIT位置

编码长度故障模拟

编码长度故障模拟，最少截取源数据8个BIT

上位机设置截取数据长度，长度范围：8～32个BIT

延时故障模拟

数据延时功能，时间范围：4*BW～256*BW（BW为BIT位周期）

A429协议层故障注入模块功能框图如下：

如图所示，协议层故障注入模块使用FPGA作为主控器，配有RS485接口芯片，实现试验网络接入。并配置有硬件看门狗，监测模块运行状态。

硬件设计上，每一个信号回路，都安装有429的PHY芯片。其接口特性完全符合429总线规范，可安全可靠接入被测系统。通过PHY芯片将信号调理至FPGA IO匹配电平，使得用户信号接入至FPGA内部，所有协议层故障均在FPGA内部实现注入。流程如下：