直升機(jī)某顯示系統(tǒng)藍(lán)屏故障的研究

江忠英

（海裝駐南昌地區(qū)軍事代表室 江西省景德鎮(zhèn)市 333000）

1 引言

某顯示系統(tǒng)作為直升機(jī)航電系統(tǒng)重要組成部分，通過多功能顯示器顯示飛行狀態(tài)信息、綜合態(tài)勢信息等重要飛行信息。顯示器藍(lán)屏故障是某顯示系統(tǒng)常見故障之一，對顯示器藍(lán)屏故障進(jìn)行研究和梳理，可提高排故效率，保證載機(jī)的完備率。

2 故障現(xiàn)象

某型機(jī)飛行過程中，某顯示系統(tǒng)出現(xiàn)“藍(lán)屏”故障，現(xiàn)象為多功能顯示器“藍(lán)屏”，持續(xù)約20s 后恢復(fù)正常畫面，在之后兩次試驗(yàn)中，數(shù)次出現(xiàn)“藍(lán)屏”現(xiàn)象。第一次試驗(yàn)發(fā)生“藍(lán)屏”現(xiàn)象17 次，其中左屏發(fā)生11 次，右屏發(fā)生6 次；第二次試驗(yàn)發(fā)生“藍(lán)屏”現(xiàn)象14 次，其中左屏發(fā)生12 次，右屏發(fā)生2 次。

3 故障定位

3.1 故障原因

某顯示系統(tǒng)組成主要包括：1 臺處理機(jī)、2 臺多功能顯示器、1臺多功能鍵盤和1 個光標(biāo)控制器。針對藍(lán)屏現(xiàn)象，對某顯示系統(tǒng)中各組成逐級進(jìn)行定位分析，可以形成如圖1、圖2、圖3所示的故障樹。

高速直升此次某顯示系統(tǒng)出現(xiàn)“藍(lán)屏”故障表現(xiàn)為多功能顯示器“藍(lán)屏”，此次故障首先定位為多功能顯示器故障。多功能顯示器的原理框圖見圖4。

通過故障樹以及原理框圖對多功能顯示器藍(lán)屏故障進(jìn)行分析，得到多功能顯示器“藍(lán)屏”可能原因如下：

頭部顯示組件故障，具體故障原因包括：

（1）LVDS 接收故障；

（2）FPGA 邏輯故障；

（3）5V 不穩(wěn)引起復(fù)位。

電源板組件故障，具體故障原因包括：

（1）5V 受到干擾；

（2）飛機(jī)供電短時掉電；

（3）電源塊工作異常。

DP 組件異常，具體故障原因包括：

（1）DP 組件視頻輸出接口電路異常；

（2）SGM 模塊視頻處理邏輯異常；

（3）SGM 模塊復(fù)位。

3.2 故障排查

對以上故障可能原因進(jìn)行分析及排查：

圖1：某顯示系統(tǒng)故障樹

圖2：多功能顯示器故障樹

首先頭部顯示組件故障中，頭部顯示組件作為產(chǎn)品的顯示終端，接收DP 組件生成的LVDS 視頻信號，經(jīng)過特定的調(diào)制轉(zhuǎn)換后以圖形的方式呈現(xiàn)在液晶顯示屏幕上。當(dāng)頭部顯示組件檢測到DP 組件發(fā)送的LVDS 信號不存在或者不正常時，會自身生成藍(lán)屏顯示畫面。但是頭部顯示組件中LVDS 接收部件一旦出現(xiàn)故障，就不會自動恢復(fù)，一直保持故障狀態(tài)，機(jī)上藍(lán)屏發(fā)生后會在約20s 后自動恢復(fù)，可判斷顯示頭部組件生成藍(lán)屏畫面并非LVDS 接收部件故障，同時觀察了視頻記錄儀（DVR）對多功能顯示器的視頻輸出記錄，當(dāng)多功能顯示器出現(xiàn)藍(lán)屏現(xiàn)象時，對應(yīng)的視頻記錄儀上也顯示無視頻輸出，因此可以確認(rèn)，多功能顯示器出現(xiàn)藍(lán)屏故障是由于頭部顯示組件未接收到外部LVDS 信號輸入而主動生成的藍(lán)屏畫面；FPGA 負(fù)責(zé)對接收到的LVDS 信號進(jìn)行識別和調(diào)制轉(zhuǎn)換，一旦出現(xiàn)故障，就不會自動恢復(fù)，應(yīng)該一直保持故障狀態(tài)，因此也并非FPGA 邏輯故障；頭部顯示組件當(dāng)5V 不穩(wěn)時，會重新復(fù)位，出現(xiàn)黑屏，然后藍(lán)屏3 秒左右開始正常，與機(jī)上藍(lán)屏然后20s 后恢復(fù)正常不符，所以也排除5V 不穩(wěn)引起藍(lán)屏復(fù)位。

圖3：DP 組件故障樹

圖4：多功能顯示器原理框圖

接著關(guān)于電源板組件故障，其中產(chǎn)品5V 供電受到干擾后，會引起電源監(jiān)視芯片產(chǎn)生復(fù)位信號，或者芯片由于供電不穩(wěn)工作異常。干擾分為內(nèi)部走線干擾和外部信號地受到干擾。產(chǎn)品內(nèi)部走線是將電源塊產(chǎn)生的5V 電壓通過軟線分別給DP 組件和頭部顯示組件，測量5V 輸出波形如圖5，紋波在80mv 左右，未有明顯干擾波動，所以排除內(nèi)部走線干擾。

圖5：5V 電源紋波測量

圖6：加入延時及異或操作后邏輯時序圖

電源板組件將5V 提供給DP 組件和液晶屏組件，信號地和殼體地相互分開，對外交聯(lián)時，僅DP 組件將信號地引出，作為DVI視頻傳輸?shù)幕芈返匦盘?。DVI 傳輸線選用四芯同軸線纜，用屏蔽層作為信號地回路。所以電源板組件的5V 電源被外部干擾的可能是通過DP 組件DVI 傳輸線上的信號地被干擾；機(jī)上藍(lán)屏重啟后，首先考慮是否存在機(jī)上供電掉電現(xiàn)象，通過與飛行員了解藍(lán)屏重啟發(fā)生時，未進(jìn)行任何操作，同時其他供電設(shè)備未出現(xiàn)掉電現(xiàn)象，如果是長時間掉電，液晶屏?xí)霈F(xiàn)黑屏現(xiàn)象。通過監(jiān)控，藍(lán)屏?xí)r未出現(xiàn)掉電現(xiàn)象，所以排除機(jī)上供電短時掉電引起藍(lán)屏故障；產(chǎn)品5V 供電是通過DC-DC 電源模塊將28V 轉(zhuǎn)為5V 進(jìn)行供電，電源塊選用VICOR 電源塊V28C5M50BL，該電源塊輸出功率為50W，工作溫度-55°C ～100°C，通過貼合在電源板組件殼體進(jìn)行散熱。而產(chǎn)品5V 所需功耗不大于35W，產(chǎn)品經(jīng)高溫工作（70℃）長時間工作4 小時以上摸底，未出現(xiàn)性能下降引起藍(lán)屏重啟現(xiàn)象，機(jī)上藍(lán)屏重啟故障發(fā)生時間早、中、晚和起飛前后都出現(xiàn)過，和工作溫度無關(guān)，所以排除工作溫度過高和老化性能下降引起的藍(lán)屏故障。

最后關(guān)于DP 組件異常，產(chǎn)品藍(lán)屏20s 后恢復(fù)顯示，時間上與DP 組件復(fù)位的時間比較吻合，同時觀察產(chǎn)品發(fā)送給視頻記錄儀上記錄的產(chǎn)品藍(lán)屏?xí)r的顯示畫面，記錄儀上顯示黑屏（即沒有視頻輸出），證明在藍(lán)屏期間，DP 組件工作異常。通過監(jiān)控軟件監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，在藍(lán)屏發(fā)生時，DP 組件響應(yīng)了復(fù)位信號，DP 組件在復(fù)位期間無視頻輸出。由此可以判斷多功能顯示器藍(lán)屏故障是由于DP 組件復(fù)位重啟無視頻輸出引起。

3.3 故障確認(rèn)

由于具體分析DP 組件復(fù)位重啟無視頻輸出的原因：

3.3.1 DP 組件視頻輸出接口電路損壞排查

DP 組件視頻輸出接口電路為功能電路，通路上無任何邏輯電路，若視頻輸出接口電路損壞，則表現(xiàn)為視頻持續(xù)無輸出，與機(jī)上約20 秒時間后視頻恢復(fù)現(xiàn)象不符，因此排除DP 組件視頻輸出接口電路損壞原因。

3.3.2 SGM 模塊視頻處理邏輯異常排查

可造成DP 組件無視頻輸出的FPGA 功能電路異常主要包括：FPGA 異常重啟或復(fù)位、FPGA 譯碼解碼出現(xiàn)錯誤、FPGA 部分Logic Cell 損壞或不能正常工作。如果FPGA 異常重啟或復(fù)位，則會快速啟動（復(fù)位重啟時間約為700ms），而藍(lán)屏現(xiàn)象持續(xù)時間為20s 左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于FPGA 重啟或復(fù)位的時間。如果FPGA 譯碼解碼出現(xiàn)錯誤，則伴隨視頻分辨率錯誤、或出現(xiàn)丟幀的情況發(fā)生，現(xiàn)象為顯示器黑屏、或顯示器閃屏。如果FPGA 部分Logic Cell 損壞或不能正常工作，則表現(xiàn)為穩(wěn)定出現(xiàn)某一現(xiàn)象，因此可排除SGM模塊視頻處理邏輯異常原因。

3.3.3 SGM 模塊復(fù)位排查

通過機(jī)上監(jiān)控軟件采集的故障信息顯示，在產(chǎn)生藍(lán)屏的飛行架次，DP 組件中的SGM 模塊均產(chǎn)生了復(fù)位，在未產(chǎn)生藍(lán)屏現(xiàn)象的飛行架次無任何復(fù)位信息記錄。在試驗(yàn)室環(huán)境測試，SGM 模塊產(chǎn)生一次復(fù)位并重啟過程會產(chǎn)生一段近20 秒的視頻無輸出時間，與機(jī)上藍(lán)屏?xí)r間吻合，故定位視頻無輸出故障與SGM 模塊復(fù)位直接相關(guān)。

通過初步排查得到結(jié)果為DP 組件故障中的SGM 模塊復(fù)位問題，進(jìn)一步分析，SGM 模塊出現(xiàn)復(fù)位問題原因如下：

（1）二次電源掉電；

（2）外部復(fù)位源復(fù)位；

（3）看門狗復(fù)位。

通過機(jī)上監(jiān)控軟件采集的故障信息顯示，在任何飛行架次，都未產(chǎn)生任何二次電源掉電記錄；同時，在試驗(yàn)室環(huán)境下對二次電源芯片供電能力進(jìn)行測試，測試結(jié)果為二次電源芯片可滿足二次供電需求且留有充足余量，在主供電正常的情況下，不會產(chǎn)生異常掉電。因此可排除二次電源異常掉電原因。通過將外部復(fù)位源全部禁用，并對外部復(fù)位源信號進(jìn)行監(jiān)控，在任何飛行架次，都未產(chǎn)生任何外部復(fù)位觸發(fā)記錄，且在禁用所有外部復(fù)位后，依然有藍(lán)屏現(xiàn)象發(fā)生。因此可排除外部復(fù)位源復(fù)位原因。通過機(jī)上監(jiān)控軟件采集的故障信息顯示，在產(chǎn)生藍(lán)屏的飛行架次，DP 組件中的SGM 模塊均產(chǎn)生了看門狗復(fù)位記錄，復(fù)位次數(shù)與藍(lán)屏次數(shù)吻合，在未產(chǎn)生藍(lán)屏現(xiàn)象的飛行架次無任何復(fù)位信息記錄，結(jié)合飛機(jī)轉(zhuǎn)三亞試飛后，應(yīng)用軟件才開啟看門狗功能，故定位視頻無輸出故障與SGM 模塊觸發(fā)看門狗復(fù)位直接相關(guān)。產(chǎn)生SGM 模塊看門狗復(fù)位的直接原因可歸類為：軟件異常未喂狗、復(fù)雜環(huán)境誤觸發(fā)看門狗、看門狗邏輯內(nèi)部誤觸發(fā)。

（1）軟件異常未喂狗排查。通過機(jī)上監(jiān)控軟件采集的故障信息顯示，在任何飛行架次，都未產(chǎn)生任何軟件喂狗信號超時記錄；同時，分析應(yīng)用軟件代碼，若產(chǎn)生軟件運(yùn)行異常狀態(tài)導(dǎo)致看門狗的情況下，應(yīng)在藍(lán)屏故障發(fā)生前視頻畫面會有持續(xù)1.65 秒的卡頓，通過回看視頻記錄儀視頻，藍(lán)屏故障發(fā)生前并未有任何卡頓現(xiàn)象。因此可排除軟件異常未喂狗原因。

（2）電磁干擾誤觸發(fā)看門狗排查。在藍(lán)屏故障發(fā)生后，多功能顯示器有針對性的又進(jìn)行了CS114、CS115、CS116、靜電、EFT等試驗(yàn)，并在試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上加強(qiáng)試驗(yàn)條件，試驗(yàn)結(jié)果表明只有在靜電試驗(yàn)中，使用靜電槍將沖擊電壓提高到16kV 后連續(xù)對視頻口和測試口的航插放電，會出現(xiàn)藍(lán)屏現(xiàn)象，此藍(lán)屏現(xiàn)象為高強(qiáng)度靜電沖擊導(dǎo)致PCIe 傳輸鏈路中斷，是CPU 內(nèi)部自檢機(jī)制報錯，由CPU發(fā)起硬件復(fù)位。在正常的靜電試驗(yàn)條件下無法產(chǎn)生藍(lán)屏現(xiàn)象，且在三亞現(xiàn)場對機(jī)上產(chǎn)品進(jìn)行靜電放電試驗(yàn)，無法復(fù)現(xiàn)藍(lán)屏現(xiàn)象，因此，此種藍(lán)屏現(xiàn)象與機(jī)上藍(lán)屏故障現(xiàn)象不一致，排除電磁干擾觸發(fā)看門狗原因。

（3）看門狗邏輯內(nèi)部誤觸發(fā)定位。通過機(jī)上監(jiān)控軟件采集的故障信息顯示，在產(chǎn)生藍(lán)屏的飛行架次，DP 組件中的SGM 模塊均產(chǎn)生了喂狗邏輯產(chǎn)生輸出信號記錄，產(chǎn)生信號次數(shù)與藍(lán)屏次數(shù)吻合，在未產(chǎn)生藍(lán)屏現(xiàn)象的飛行架次無任何復(fù)位信息記錄，故定位視頻無輸出故障與看門狗邏輯內(nèi)部直接相關(guān)。

通過在試驗(yàn)室環(huán)境下，對喂狗邏輯逐條操作進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)看門狗邏輯會產(chǎn)生采集軟件喂狗信號丟失的情況，而丟失喂狗信號達(dá)到看門狗門限時間后，即會觸發(fā)看門狗復(fù)位，導(dǎo)致SGM 模塊復(fù)位，視頻無輸出。因此定位看門狗邏輯喂狗信號采集代碼缺陷導(dǎo)致視頻無輸出故障。

綜上所述，多功能顯示器藍(lán)屏故障是SGM 板看門狗邏輯喂狗信號采集代碼缺陷導(dǎo)致DP 組件復(fù)位、視頻無輸出故障，進(jìn)而表現(xiàn)出產(chǎn)品藍(lán)屏故障。

4 故障解決方法

本文為解決因SGM 板看門狗邏輯喂狗信號采集代碼缺陷引起的多功能顯示器藍(lán)屏故障，修改看門狗喂狗信號采樣邏輯代碼，將喂狗信號WDI 延時兩個時鐘周期，并將延時后的信號與演示前的信號做異或操作，通過此一系列操作，重新構(gòu)造出一個穩(wěn)定的且持續(xù)時間超過兩個時鐘周期的高電平信號WD_WDI_DELAY，以此信號作為采樣源進(jìn)行喂狗信號采樣，保證每個喂狗信號都可以被正確采樣，避免丟失喂狗信號，進(jìn)而修復(fù)看門狗復(fù)位導(dǎo)致視頻無輸出，出現(xiàn)藍(lán)屏故障。

如圖6所示，經(jīng)過兩個時鐘周期延時后重構(gòu)出的WD_EDGE信號產(chǎn)生了足夠的高電平脈沖寬度。在T2 時刻、T3 時刻及T4 時刻三個時鐘上升沿處處于建立時間充足的穩(wěn)定狀態(tài)，可被正確采集，保證了喂狗信號采樣不丟失。糾正措施不改變看門狗喂狗信號周期，針對對喂狗信號進(jìn)行采樣時，進(jìn)行時鐘脈寬補(bǔ)充，來防止采樣建立時間不足的問題，由于看門狗喂狗信號周期遠(yuǎn)大于采樣周期，因此此項(xiàng)糾正措施不會影響看門狗功能的正常工作，對其他邏輯功能也無任何影響，不影響產(chǎn)品功能。

5 結(jié)束語

某顯示系統(tǒng)藍(lán)屏屬于重大技術(shù)問題，此故障會直接影響直升機(jī)的普通飛行、執(zhí)行任務(wù)等工作。本文以 “某顯示系統(tǒng)藍(lán)屏”現(xiàn)象為例進(jìn)行分析，對較為常見的藍(lán)屏故障進(jìn)行了定位分析，藍(lán)屏故障是由于多功能顯示器中的DP 組件內(nèi)部的SGM 模塊看門狗邏輯軟件設(shè)計(jì)缺陷引起視頻無輸出進(jìn)而表現(xiàn)為藍(lán)屏。更改某顯示系統(tǒng)邏輯之后，藍(lán)屏問題得到解決。