现代船舶自动化程度不断提高,设备的可靠性对船舶运行起到至关重要的作用。为了保障船舶系统稳定可靠的运行,需要对系统的容错机制进行测试。通过人为的注入故障,可以加速系统的故障发生和失效过程,是作为容错实验的有效测试手段。本文以船舶控制系统中数据采集单元作为被测对象,基于物理注入方式进行故障注入系统的设计与实现。本文首先对设计需求进行分析,在此基础上,进行系统整体方案的设计和软硬件的实现。按照注入方式的不同,分成模拟信号、开关量信号、CAN信号和以太网信号四类故障注入板卡。对模拟量信号的故障注入,通过叠加不同类型、幅值、频率的干扰信号实现;通过注入短路、断路、电平强制高或低的错误,实现对开关量信号的故障注入;针对通信类的CAN和以太网信号,可注入阻抗失配、电平失配等物理层的故障;同时,还设计数据采集板卡,将采集的模拟量信号上传,进行数据比对与分析。另外,硬件系统均采用以太网通信方式,实现多节点设备的互连与实时控制。上位机软件基于Qt平台进行开发,提供了良好的人机交互界面。软件设计按照功能模块划分,能够实现网络参数和故障参数配置、通道数据实时监控、历史数据存储查询以及故障诊断功能。其中,针对故障诊断算法进行了建模与仿真,验证了算法的可行性。最后对构建的故障注入系统,分板卡进行模块化测试,并结合上位机软件进行软硬件联调实验;经过实验验证,故障注入系统的功能和性能均满足设计需求,可应用于数据采集单元容错机制的检测。