[发明专利]一种基于FPGA的通用型数字电路故障模拟注入系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于FPGA的通用型数字电路故障模拟注入系统及方法，包含上位机故障选择模块和下位机故障注入模块。上位机故障选择模块包含故障模式库，用户可自行配置和选择需要注入的故障类型，并监测注入状态；下位机故障注入模块接收上位机发送的故障指令，启动对应故障注入子模块，产生典型数字电路故障，通过故障信号转换模块注入至目标系统电路中。

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的通用型数字电路故障模拟注入系统及方法，属于故障注入、数字电路故障诊断、故障模拟、信号处理、嵌入式系统设计的技术领域。

背景技术

数字电路是弹上机、控制组合装置、控制系统等功能实现的基础，其故障的发生直接导致武器装备致命性损伤。

为保证整个系统安全可靠地工作，必须使控制子系统具备一定的容错性能，即设计一定的冗余结构，针对不同形式的故障提出相应维护、预防策略，提高系统的容错性，使故障出现时，系统仍然能够正常地运行，或很快地恢复到正常工作状态。为评估容错机制，需在设计阶段提前验证容错机制的功效。此时需在系统出现故障的情况下，获取系统响应，观察比对是否与预期响应相符。运用故障注入的方法，可以通过人为设置故障集，尽可能覆盖系统可能出现的所有故障，以此检验容错机制是否可信。

故障注入用于验证系统的响应是否和规范相符，通常情况下，故障会注入到系统中已经选择好的注入点或者是系统的某个状态上，这些状态和注入点是通过之前对系统的分析所确定的。故障注入的设计者通过设计测试序列(故障的种类，测试点，注入时间和状态)来进行测试。

控制组合电路主要包含电源模块、配电模块、供电模块、ARM功能模块、FPGA功能模块、驱动功能模块、时序控制(继电器)模块。涉及系统的Ⅰ、Ⅱ类故障模式主要包括主机异常、供电输出异常、配电输出异常、时序输出异常、通信异常等。

发明内容

本发明技术解决的问题：克服现有技术的不足，提供一种基于FPGA的通用型数字电路故障模拟注入系统及方法，基于硬件和软件实现的混合故障注入。针对数字控制组合电路以简单直观的方式，通过外部装置进行故障注入模拟，提供典型电路单元的可控故障源，为系统测试性指标以及故障诊断能力的评估提供条件。

本发明技术解决方案：一种基于FPGA的通用型数字电路故障模拟注入系统，包括：上位机、下位机、上位机控制模块和上下位机通信模块；

上位机包括：故障模式库、故障模式选择模块、通信模式选择模块、注入状态显示模块和上位机控制模块；

所述故障模式库，集成用户事先定义好的待注入故障模式，存储故障模式配置文件；所述故障模式包括开关量故障模式、晶振故障模式和指令故障模式；故障模式决定所述系统对目标系统注入何种故障；

所述故障模式选择模块，用于选择故障模式；

所述通信模式选择模块，用于选定上下位机通信模块的通信参数，通信参数包括串口号、波特率、数据位、校验位和停止位参数；

所述注入状态显示模块，显示故障注入状态，表明故障是否注入成功；故障注入状态分为两种，分别为亮状态，表示注入成功；灭状态，表示注入失败；

所述上位机控制模块，在故障模式和通信参数选定后，通过上下位机通信模块将故障控制指令发送至下位机，将故障注入状态通过状态显示模块显示；

下位机包括：故障注入控制板和故障注入执行板；

所述故障注入控制板，接受上位机发送的故障控制指令，输出故障发生控制信号至故障注入执行板；