閆闖　馬超　王軒　李?yuàn)櫋≈芊f

【摘要】? ? 綜合飛控計(jì)算機(jī)作為機(jī)載計(jì)算機(jī)，對(duì)安全性和可靠性有著較高的要求。機(jī)內(nèi)自測(cè)試（BIT）技術(shù)由于其不依賴外部設(shè)備，僅使用自身軟、硬件完成故障診斷及隔離的特點(diǎn)，目前成為提高機(jī)載計(jì)算機(jī)可測(cè)試性和可維護(hù)性的有效措施。本文從BIT的工作模式、常用測(cè)試方法以及故障診斷等方面對(duì)綜合飛控計(jì)算機(jī)的BIT技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。研究表明，本BIT設(shè)計(jì)測(cè)試覆蓋率高，可以快速診斷出故障根源，進(jìn)而提高機(jī)載計(jì)算機(jī)的安全性和可靠性。

【關(guān)鍵詞】? ? 綜合飛控計(jì)算機(jī)? ? 機(jī)內(nèi)自測(cè)試（BIT）? ? 故障診斷

引言：

綜合飛控計(jì)算機(jī)是重要的機(jī)載計(jì)算機(jī)，同時(shí)也是自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)的核心部件。機(jī)內(nèi)自測(cè)試（BIT）技術(shù)是一種系統(tǒng)和設(shè)備內(nèi)部提供的硬件檢測(cè)與故障隔離的自測(cè)試技術(shù)。設(shè)計(jì)良好的BIT系統(tǒng)可以顯著提高機(jī)載計(jì)算機(jī)的可靠性、可測(cè)試性和可維護(hù)性。本文以某綜合飛控計(jì)算機(jī)項(xiàng)目為背景，詳細(xì)介紹了其BIT軟件設(shè)計(jì)。

一、項(xiàng)目背景

綜合飛控計(jì)算機(jī)主要由中央處理單元（CPU）、輸入輸出模塊（IOM）和電源（PS）等模塊組成，需要根據(jù)不同模塊的特點(diǎn)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的BIT測(cè)試方法。BIT主要分為四種模式：上電BIT（PUBIT）、飛行前BIT（PBIT）、飛行中BIT（IFBIT）和維護(hù)BIT（MBIT）。

在綜合飛控計(jì)算機(jī)上電后，首先會(huì)進(jìn)行PUBIT，然后根據(jù)輪載和GSE等信號(hào)決定系統(tǒng)進(jìn)入對(duì)應(yīng)的BIT模式。具體的BIT工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖1所示：

二、BIT詳細(xì)設(shè)計(jì)

本節(jié)從BIT的四種模式、BIT的測(cè)試方法和BIT的故障診斷三方面來介紹BIT的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

2.1 BIT的工作模式

PUBIT在綜合飛控計(jì)算機(jī)上電以后執(zhí)行，其重點(diǎn)檢測(cè)的是計(jì)算機(jī)硬件資源的完好程度，不需要借助任何外部硬件，由計(jì)算機(jī)內(nèi)駐留的軟件程序自動(dòng)完成。

PBIT是綜合飛控計(jì)算機(jī)在地面工作狀態(tài)下，接收自測(cè)開關(guān)信號(hào)后對(duì)計(jì)算機(jī)的資源及相關(guān)部件進(jìn)行自檢測(cè)，它是在離合器接通狀態(tài)下進(jìn)行的一系列自動(dòng)測(cè)試，用來檢測(cè)自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)的功能是否正常。

IFBIT是綜合飛控計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行后，在不影響飛行任務(wù)及飛行安全的情況下，對(duì)整個(gè)駕駛儀系統(tǒng)資源進(jìn)行的監(jiān)控與檢測(cè)。

MBIT是綜合飛控計(jì)算機(jī)在連接地面開發(fā)、維護(hù)設(shè)備時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)自身資源及駕駛儀系統(tǒng)部件進(jìn)行的檢測(cè)。它支持地面開發(fā)、維護(hù)設(shè)備，用來協(xié)助地面維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)的故障進(jìn)行檢測(cè)，僅在地面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)時(shí)使用。

PUBIT、PBIT和IFBIT的檢測(cè)結(jié)果均會(huì)記錄在非易失存儲(chǔ)器（NVRAM）中。同時(shí)，PBIT的結(jié)果還會(huì)通過總線傳輸給EFIS并顯示，供飛行員及機(jī)務(wù)人員了解飛機(jī)的狀態(tài)。MBIT是一個(gè)人機(jī)交互的過程，由特定線纜將飛控計(jì)算機(jī)與微機(jī)連接，并通過串口將檢測(cè)內(nèi)容輸出并打印顯示在微機(jī)顯示器上，供地面維護(hù)人員查看。MBIT可以通過指定的單項(xiàng)測(cè)試和循環(huán)測(cè)試來檢測(cè)飛控計(jì)算機(jī)的硬件狀態(tài)，還具有FLASH編程，察看故障記錄信息，清除NVRAM故障記錄信息等功能。

2.2? BIT的測(cè)試方法

CPU模塊、IOM模塊和PS模塊是綜合飛控計(jì)算機(jī)的重要組成模塊。CPU模塊的功能包括余度管理、控制律計(jì)算、同步、電源監(jiān)控、交叉通道傳輸（CCDL）、通道故障邏輯（CFL）、429通信、離散量輸入輸出處理等;IOM模塊的功能包括模擬量輸入輸出、429總線的輸入輸出、CCDL輸入輸出、測(cè)試等;PS模塊為飛控計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行提供電源支持。本BIT設(shè)計(jì)從飛控計(jì)算機(jī)整體結(jié)構(gòu)入手，充分考慮各模塊的功能與接口需求，設(shè)計(jì)了詳盡的BIT測(cè)試項(xiàng)。從測(cè)試方法上來說，分為輸入輸出測(cè)試、激勵(lì)測(cè)試和回繞測(cè)試三類。

2.2.1? 硬件資源的輸入輸出測(cè)試

基本硬件資源的功能是明確的，有輸入就會(huì)有預(yù)期的輸出，可以通過比較實(shí)際輸出與預(yù)期輸出來判斷硬件資源的健康程度。對(duì)CPU模塊上的硬件資源進(jìn)行測(cè)試，主要包括： CPU處理器、FLASH、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、NVRAM、雙口存貯器（DPRAM）、通道故障邏輯（CFL）、中斷、定時(shí)器、看門狗等。對(duì)IOM模塊上的硬件資源進(jìn)行檢測(cè)，主要包括：DSP處理器、RAM、FLASH、DPRAM等。

CPU處理器的測(cè)試有整型數(shù)據(jù)運(yùn)算、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和地址運(yùn)算，分別通過設(shè)定的一組數(shù)據(jù)來完成對(duì)應(yīng)的運(yùn)算指令，以檢測(cè)CPU處理器的各項(xiàng)功能是否正常。DSP處理器的測(cè)試方法與CPU類似。RAM、NVRAM和DPRAM這一類存儲(chǔ)器通常采用地址檢測(cè)的方法，主要測(cè)試地址總線、數(shù)據(jù)總線和數(shù)據(jù)存取是否正常。通過往特定地址空間寫入數(shù)據(jù)，然后從該地址空間回讀數(shù)據(jù)并與寫入數(shù)據(jù)對(duì)比，如果不一致則表明有故障。FLASH的測(cè)試分為系統(tǒng)FLASH和應(yīng)用FLASH兩部分，分別對(duì)其所占用的FLASH扇區(qū)進(jìn)行累加求校驗(yàn)和，然后與之前存入的扇區(qū)校驗(yàn)和進(jìn)行比較，如果一致則測(cè)試通過。

CFL測(cè)試首先進(jìn)行初始化后，然后加入CPU置故障（CPUV）信號(hào)，置故成功后撤銷CPUV信號(hào)并邏輯復(fù)位，最后返回測(cè)試結(jié)果。中斷測(cè)試首先初始化并設(shè)置一個(gè)時(shí)鐘頻率，然后掛接時(shí)鐘中斷，使能時(shí)鐘并延時(shí)超過時(shí)鐘頻率，若發(fā)生中斷則測(cè)試通過。定時(shí)器的測(cè)試與中斷類似?？撮T狗主要用于檢測(cè)軟件周期任務(wù)的正確性， 判斷程序是否出現(xiàn)死循環(huán)或執(zhí)行異常，對(duì)看門狗電路的測(cè)試通常會(huì)設(shè)定一個(gè)看門狗超時(shí)時(shí)間門限，然后掛接看門狗中斷并使能看門狗，延時(shí)時(shí)間超過門限時(shí)間看是否會(huì)觸發(fā)看門狗中斷;然后重新初始化看門狗并設(shè)定時(shí)間門限，在門限時(shí)間內(nèi)一直進(jìn)行喂狗操作，看是否會(huì)觸發(fā)看門狗中斷，只有兩項(xiàng)測(cè)試同時(shí)通過才說明看門狗沒有故障。

2.2.2? 電源、離散量和模擬量的激勵(lì)測(cè)試

激勵(lì)測(cè)試是檢測(cè)信號(hào)量輸入待測(cè)試電路的正確性，通過輸入激勵(lì)信號(hào)，然后與采集到的信號(hào)進(jìn)行比較，來判斷電路是否工作正常。

電源激勵(lì)測(cè)試在保證電源狀態(tài)正常時(shí)進(jìn)行，首先設(shè)定對(duì)比值和允許誤差門限，然后通過多路選通選定對(duì)應(yīng)通道并采集電壓測(cè)量值，將測(cè)量值進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換并與設(shè)定的對(duì)比值做差，如果差值超過允許誤差門限則說明本次測(cè)試的內(nèi)容有故障。

離散量激勵(lì)測(cè)試包括離散量自檢輸入激勵(lì)測(cè)試和離散量多路選通輸入激勵(lì)測(cè)試兩部分。離散量自檢輸入激勵(lì)測(cè)試是利用離散量芯片自身的自檢功能進(jìn)行檢測(cè)，離散量多路選通輸入激勵(lì)測(cè)試是在離散量激勵(lì)寄存器地址寫0寫1，在離散量輸入寄存器回讀，判斷讀取值是否正確。詳細(xì)介紹一下離散量多路選通激勵(lì)測(cè)試的過程，首先讀取寄存器的原始值，然后使能激勵(lì)寄存器并選通對(duì)應(yīng)通道，然后讀取不加激勵(lì)的值，再給對(duì)應(yīng)通道施加反向激勵(lì)，讀取施加反向激勵(lì)后寄存器的值，最后根據(jù)讀取到的值來判斷選通通路的正確性。

模擬量的激勵(lì)測(cè)試與離散量激勵(lì)測(cè)試過程相似。首先讀取激勵(lì)前的結(jié)果，然后計(jì)算激勵(lì)電壓對(duì)應(yīng)的碼值，再用計(jì)算出的碼值加激勵(lì)并讀取激勵(lì)后的結(jié)果，最后撤銷激勵(lì)判斷是否超差，如果沒有超差則模擬量激勵(lì)測(cè)試通過。

2.2.3? 同步、429和CCDL的回繞測(cè)試

回繞測(cè)試適用于具有成對(duì)的輸入和輸出接口電路。同時(shí)需要在輸入輸出端設(shè)置開關(guān)，正常情況下開關(guān)斷開，電路正常工作;回繞測(cè)試時(shí)開關(guān)閉合，使得輸入輸出形成閉合回路，通過輸出接口輸入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，由輸入接口接收并判斷電路工作是否正常。

同步回繞測(cè)試通過向同步輸出寄存器寫0寫1，然后回讀同步輸入寄存器，對(duì)回讀結(jié)果進(jìn)行判定。429回繞測(cè)試首先將429設(shè)置為回繞收發(fā)模式，清空數(shù)據(jù)緩沖區(qū)以后發(fā)送數(shù)據(jù)，延時(shí)再接收數(shù)據(jù)，最后判斷接收數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)是否相等。CCDL回繞測(cè)試包含通道內(nèi)回繞測(cè)試和通道間回繞測(cè)試，基本的測(cè)試思路與429回繞測(cè)試一致，也是通過對(duì)比回繞接收數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)是否相同來判斷回繞測(cè)試是否通過。

2.3? BIT的故障診斷

本BIT設(shè)計(jì)遵循自頂向下的原則，從飛控計(jì)算機(jī)整體結(jié)構(gòu)到各模塊再到各項(xiàng)功能，具有較高的測(cè)試覆蓋率和較好的故障追溯能力，同時(shí)所有故障結(jié)果均記錄在NVRAM的對(duì)應(yīng)區(qū)域，便于地面維護(hù)人員進(jìn)行準(zhǔn)確快速的故障定位和故障查詢，接下來以電源激勵(lì)測(cè)試為例進(jìn)行說明。

在某次測(cè)試過程中，電源激勵(lì)測(cè)試顯示故障。根據(jù)打印信息和故障碼定位到錯(cuò)誤原因?yàn)?15V激勵(lì)測(cè)試失敗，然后追蹤測(cè)試代碼判斷是采集得到的電壓與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)電壓的差值超過了門限要求因此報(bào)故，進(jìn)一步確定了+15V激勵(lì)測(cè)試所選通的對(duì)應(yīng)AD通道采集結(jié)果并通過AD轉(zhuǎn)換得出采集電壓值，在與對(duì)應(yīng)通路硬件電路確認(rèn)后初步判斷是某一路電阻失效，最終通過測(cè)試硬件電路確定了故障，與之前的判斷一致。

三、結(jié)束語

隨著武器裝備的擴(kuò)大應(yīng)用與研制復(fù)雜度的提升，對(duì)機(jī)載計(jì)算機(jī)的可靠性和故障診斷能力的要求也越來越高，BIT設(shè)計(jì)也逐漸成為機(jī)載計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文詳細(xì)介紹了BIT的工作模式、測(cè)試方法以及具體的測(cè)試項(xiàng)，并通過故障診斷進(jìn)行了故障的分析與定位。實(shí)踐表明，本BIT設(shè)計(jì)可以快速檢測(cè)并定位出故障，有效提高機(jī)載計(jì)算機(jī)的可靠性和可維護(hù)性。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1] 田心宇，姚英. 一種新型BIT技術(shù)在機(jī)載計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J]. 微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2019， 36（4）：29-32.

[2] 馬超. 自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)BIT設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 信息通信，2018，2：73-74.