一種機載計算機的BIT軟件設(shè)計

閆闖　馬超　王軒　李姍　周穎

【摘要】? ? 綜合飛控計算機作為機載計算機，對安全性和可靠性有著較高的要求。機內(nèi)自測試（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，目前成為提高機載計算機可測試性和可維護性的有效措施。本文從BIT的工作模式、常用測試方法以及故障診斷等方面對綜合飛控計算機的BIT技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。研究表明，本BIT設(shè)計測試覆蓋率高，可以快速診斷出故障根源，進(jìn)而提高機載計算機的安全性和可靠性。

【關(guān)鍵詞】? ? 綜合飛控計算機? ? 機內(nèi)自測試（BIT）? ? 故障診斷

引言：

綜合飛控計算機是重要的機載計算機，同時也是自動飛行控制系統(tǒng)的核心部件。機內(nèi)自測試（BIT）技術(shù)是一種系統(tǒng)和設(shè)備內(nèi)部提供的硬件檢測與故障隔離的自測試技術(shù)。設(shè)計良好的BIT系統(tǒng)可以顯著提高機載計算機的可靠性、可測試性和可維護性。本文以某綜合飛控計算機項目為背景，詳細(xì)介紹了其BIT軟件設(shè)計。

一、項目背景

綜合飛控計算機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)不同模塊的特點設(shè)計對應(yīng)的BIT測試方法。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BIT（MBIT）。

在綜合飛控計算機上電后，首先會進(jìn)行PUBIT，然后根據(jù)輪載和GSE等信號決定系統(tǒng)進(jìn)入對應(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

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

2.1 BIT的工作模式

PUBIT在綜合飛控計算機上電以后執(zhí)行，其重點檢測的是計算機硬件資源的完好程度，不需要借助任何外部硬件，由計算機內(nèi)駐留的軟件程序自動完成。

PBIT是綜合飛控計算機在地面工作狀態(tài)下，接收自測開關(guān)信號后對計算機的資源及相關(guān)部件進(jìn)行自檢測，它是在離合器接通狀態(tài)下進(jìn)行的一系列自動測試，用來檢測自動駕駛儀系統(tǒng)的功能是否正常。

IFBIT是綜合飛控計算機在啟動運行后，在不影響飛行任務(wù)及飛行安全的情況下，對整個駕駛儀系統(tǒng)資源進(jìn)行的監(jiān)控與檢測。

MBIT是綜合飛控計算機在連接地面開發(fā)、維護設(shè)備時對計算機自身資源及駕駛儀系統(tǒng)部件進(jìn)行的檢測。它支持地面開發(fā)、維護設(shè)備，用來協(xié)助地面維護人員對系統(tǒng)的故障進(jìn)行檢測，僅在地面對系統(tǒng)進(jìn)行維護時使用。

PUBIT、PBIT和IFBIT的檢測結(jié)果均會記錄在非易失存儲器（NVRAM）中。同時，PBIT的結(jié)果還會通過總線傳輸給EFIS并顯示，供飛行員及機務(wù)人員了解飛機的狀態(tài)。MBIT是一個人機交互的過程，由特定線纜將飛控計算機與微機連接，并通過串口將檢測內(nèi)容輸出并打印顯示在微機顯示器上，供地面維護人員查看。MBIT可以通過指定的單項測試和循環(huán)測試來檢測飛控計算機的硬件狀態(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的測試方法

CPU模塊、IOM模塊和PS模塊是綜合飛控計算機的重要組成模塊。CPU模塊的功能包括余度管理、控制律計算、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、測試等;PS模塊為飛控計算機的穩(wěn)定運行提供電源支持。本BIT設(shè)計從飛控計算機整體結(jié)構(gòu)入手，充分考慮各模塊的功能與接口需求，設(shè)計了詳盡的BIT測試項。從測試方法上來說，分為輸入輸出測試、激勵測試和回繞測試三類。

2.2.1? 硬件資源的輸入輸出測試

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

CPU處理器的測試有整型數(shù)據(jù)運算、浮點數(shù)運算、邏輯運算和地址運算，分別通過設(shè)定的一組數(shù)據(jù)來完成對應(yīng)的運算指令，以檢測CPU處理器的各項功能是否正常。DSP處理器的測試方法與CPU類似。RAM、NVRAM和DPRAM這一類存儲器通常采用地址檢測的方法，主要測試地址總線、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)對比，如果不一致則表明有故障。FLASH的測試分為系統(tǒng)FLASH和應(yīng)用FLASH兩部分，分別對其所占用的FLASH扇區(qū)進(jìn)行累加求校驗和，然后與之前存入的扇區(qū)校驗和進(jìn)行比較，如果一致則測試通過。

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

激勵測試是檢測信號量輸入待測試電路的正確性，通過輸入激勵信號，然后與采集到的信號進(jìn)行比較，來判斷電路是否工作正常。

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

離散量激勵測試包括離散量自檢輸入激勵測試和離散量多路選通輸入激勵測試兩部分。離散量自檢輸入激勵測試是利用離散量芯片自身的自檢功能進(jìn)行檢測，離散量多路選通輸入激勵測試是在離散量激勵寄存器地址寫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測試的過程，首先讀取寄存器的原始值，然后使能激勵寄存器并選通對應(yīng)通道，然后讀取不加激勵的值，再給對應(yīng)通道施加反向激勵，讀取施加反向激勵后寄存器的值，最后根據(jù)讀取到的值來判斷選通通路的正確性。

模擬量的激勵測試與離散量激勵測試過程相似。首先讀取激勵前的結(jié)果，然后計算激勵電壓對應(yīng)的碼值，再用計算出的碼值加激勵并讀取激勵后的結(jié)果，最后撤銷激勵判斷是否超差，如果沒有超差則模擬量激勵測試通過。

2.2.3? 同步、429和CCDL的回繞測試

回繞測試適用于具有成對的輸入和輸出接口電路。同時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;回繞測試時開關(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標(biāo)準(zhǔn)信號，由輸入接口接收并判斷電路工作是否正常。

同步回繞測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，對回讀結(jié)果進(jìn)行判定。429回繞測試首先將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回繞測試包含通道內(nèi)回繞測試和通道間回繞測試，基本的測試思路與429回繞測試一致，也是通過對比回繞接收數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)是否相同來判斷回繞測試是否通過。

2.3? BIT的故障診斷

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

在某次測試過程中，電源激勵測試顯示故障。根據(jù)打印信息和故障碼定位到錯誤原因為+15V激勵測試失敗，然后追蹤測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故，進(jìn)一步確定了+15V激勵測試所選通的對應(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

隨著武器裝備的擴大應(yīng)用與研制復(fù)雜度的提升，對機載計算機的可靠性和故障診斷能力的要求也越來越高，BIT設(shè)計也逐漸成為機載計算機設(shè)計的一項重要內(nèi)容。本文詳細(xì)介紹了BIT的工作模式、測試方法以及具體的測試項，并通過故障診斷進(jìn)行了故障的分析與定位。實踐表明，本BIT設(shè)計可以快速檢測并定位出故障，有效提高機載計算機的可靠性和可維護性。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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

[2] 馬超. 自動飛行控制系統(tǒng)BIT設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 信息通信，2018，2：73-74.