張小輝 劉良勇

摘要：多路傳輸總線接口通信接口（MBI）是航空電子系統(tǒng)的通信基石，航空電子系統(tǒng)的任一分系統(tǒng)都要通過(guò)MBI板才能進(jìn)入1553B通信系統(tǒng)。本文概述了某型飛機(jī)的機(jī)載MBI板的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，通過(guò)對(duì)MBI板的FMEA分析，研究MBI板的檢測(cè)方法，制定了MBI板的FMEA分析表，在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了MBI的測(cè)試系統(tǒng)，并通過(guò)了對(duì)實(shí)際MBI板的測(cè)試驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：MBI測(cè)試;FMEA分析;DPRAM測(cè)試

0引言

飛機(jī)航空電子系統(tǒng)中采用1553B數(shù)據(jù)總線作為連接航電系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間的紐帶，承擔(dān)著所有航空電子系統(tǒng)之間信息交互的主要任務(wù)。為完成這一任務(wù)，航空電子系統(tǒng)各子系統(tǒng)中均配置了一塊MBI板，即1553B總線接口板，以實(shí)現(xiàn)信息的交互通信。各子系統(tǒng)的MBI板，除內(nèi)部軟件不同外，結(jié)構(gòu)、功能、原理完全相同，且在其他國(guó)產(chǎn)機(jī)型中，相同的MBI板也得到了廣泛的應(yīng)用。目前，在飛機(jī)修理過(guò)程中已經(jīng)出現(xiàn)了MBI板故障，以及因此引起的航電電子各子系統(tǒng)性能不合格的狀況?；诤娇针娮赢a(chǎn)品的特點(diǎn)，該問(wèn)題必然長(zhǎng)期存在。因此，為有效解決MBI板的各類故障，需要對(duì)其檢測(cè)方法和修理技術(shù)進(jìn)行研究。

1 MBI板的FMEA分析

1.1 FMEA分析方法的介紹

FMEA即故障模式及影響分析，是提高產(chǎn)品可靠性的重要手段，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一部分，在研制的各階段與設(shè)計(jì)工作協(xié)調(diào)進(jìn)行并反復(fù)迭代，以找出產(chǎn)品所有潛在的故障并評(píng)估其影響，以便采取補(bǔ)救措施，提高產(chǎn)品的可靠性水平。盡可能找出設(shè)備所有可能發(fā)生的故障模式及其可能產(chǎn)生的最壞影響，確定嚴(yán)酷等級(jí)，給出故障的檢測(cè)方式，設(shè)計(jì)補(bǔ)償措施及使用補(bǔ)償措施，以便于消除或削弱故障帶來(lái)的影響和危害，為設(shè)計(jì)的改進(jìn)和方案的權(quán)衡提供依據(jù)。

通過(guò)FMEA的報(bào)故信息在一定程度上可以反推出故障發(fā)生點(diǎn)，隔離故障，能夠快速對(duì)故障定位。因此，F(xiàn)MEA分析是板件測(cè)試的輸入，是產(chǎn)品可靠性分析的一個(gè)重要的工作項(xiàng)目，也是開(kāi)展維修性分析、安全性分析、測(cè)試性分析和保障性分析的基礎(chǔ)。

在FMEA分析過(guò)程中需掌握MBI板的工作原理、繪制功能框圖、開(kāi)展元器件故障和MBI板故障模式分析，這是開(kāi)展MBI板FMEA分析的基礎(chǔ)。

1.2 MBI板的故障研究

1）分析MBI板的工作原理

以某型飛機(jī)非航電電子系統(tǒng)監(jiān)控處理機(jī)MBI板為研究對(duì)象，根據(jù)MBI板的原理圖以及器件手冊(cè)，研究該型非航電電子系統(tǒng)監(jiān)控處理機(jī)的底板總線技術(shù)、80C186的應(yīng)用技術(shù)、FPGA的軟件分析技術(shù)、可編程門(mén)電路（GAL）代碼解析技術(shù)和1553B協(xié)議實(shí)現(xiàn)電路，對(duì)某型飛機(jī)的MBI板進(jìn)行原理分析。其原理為：主機(jī)和MBI板之間的通信采用“命令/響應(yīng)”方式，即主機(jī)向MBI模塊的DPRAM中命令字單元寫(xiě)相應(yīng)命令，而MBI執(zhí)行命令之后，會(huì)在DPRAM中響應(yīng)字單元寫(xiě)響應(yīng)字。

圖1所示為MBI的功能模塊構(gòu)成，包括：

a.主機(jī)接口功能模塊，負(fù)責(zé)與CPU模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

b.通信控制功能模塊，負(fù)責(zé)處理1553B總線消息的接受、發(fā)送以及錯(cuò)誤處理。

c.總線接口功能模塊，負(fù)責(zé)MBI與雙余度1553B總線雙絞屏蔽電纜的變壓器耦合。

d.計(jì)時(shí)器功能模塊，負(fù)責(zé)提供航電所需要的DT、RTC和WDT計(jì)數(shù)器。

e.串行口功能模塊，負(fù)責(zé)在調(diào)試過(guò)程中與PC或者CRT進(jìn)行通信，方便調(diào)試。

2）繪制MBI原理框圖

根據(jù)研究結(jié)果得出MBI的功能框圖，如圖2所示。MBI板由80C186、雙口SRAM、MIL-STD-1553協(xié)議芯片、FPGA、靜態(tài)存儲(chǔ)器等器件組成。輸入輸出信號(hào)有電源、總線信號(hào)，輸出信號(hào)有1553B、232信號(hào)。

3） MBI板的元器件故障分析

根據(jù)原理圖，列出MBI板的所有元器件，對(duì)所有元器件進(jìn)行性能分析，分析MBI的器件特性，確定其所有可能的硬件故障模式（如電阻器的開(kāi)路、短路和參數(shù)漂移等），進(jìn)而對(duì)MBI板的每個(gè)硬件故障模式進(jìn)行分析;列出MBI板的每個(gè)元器件，分析其失效模式，并分析對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生影響的常用的元器件、零組件，可參考國(guó)內(nèi)外某些標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)確定。

4） MBI故障模式分析

通過(guò)對(duì)目前飛機(jī)MBI板故障的統(tǒng)計(jì)分類、MBI板原理圖的分析和MBI板元器件特性分析，結(jié)合原理分析等方法獲取MBI板的故障模式，并對(duì)引起MBI板故障的原因進(jìn)行分析。

1.3建立MBI板的FMEA表

根據(jù)MBI板的故障模式分析結(jié)果，結(jié)合產(chǎn)品原理分析和功能框圖，根據(jù)GJBZ1391-2006故障模式、影響及危害性分析指南，按表1繪制MBI板的FMEA表。

根據(jù)以上要求制定了某型機(jī)非航電電子系統(tǒng)監(jiān)控處理機(jī)MBI板FMEA分析表。通過(guò)制定FMEA分析表，能夠更加掌握MBI板的工作原理，通過(guò)FMEA的報(bào)故信息，在一定程度上可以反推出故障發(fā)生點(diǎn)，為后續(xù)的測(cè)試提供參考。

2整板通電測(cè)試方法研究

2.1硬件連接

將MBI板接口的A39（BUSA-）和A40（BUSA+）或D39（BUSB-）和D40（BUSB+）與1553B總線分析儀板卡的通道1連接，如圖3所示。MBI板的出廠RT地址均為25。

2.2軟件測(cè)試

將MBI板通電，如圖4所示，若連接成功，則圖示位置為綠色;若連接不成功，則圖示位置為黃色。

3板載芯片測(cè)試方法研究

3.1 DPRAM測(cè)試方法研究

IDT7025為高速8K×16雙口靜態(tài)RAM，提供兩個(gè)獨(dú)立的口，如圖5所示，兩口可以獨(dú)立控制，有獨(dú)立的地址和I/O引腳，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)存任何地址的獨(dú)立的、異步的存?。ㄗx寫(xiě)）。芯片使能（CE）具有自動(dòng)的特點(diǎn)，使每一個(gè)端口的片上電力可以進(jìn)入超低功耗備用模式。

通過(guò)查看DPRAM的DATASHEET，分析DPRAM芯片的控制時(shí)序，確定其地址空間為0x0000～0X3FFF，如圖6、圖7所示。

結(jié)合DPRAM芯片的控制時(shí)序，通過(guò)分析GAL的邏輯關(guān)系，確定通過(guò)LBE總線接口控制DPRAM左口的時(shí)序。

開(kāi)展MBI板DPRAM左口測(cè)試。左口測(cè)試流程為：寫(xiě)入第一個(gè)地址為0x55，再寫(xiě)入第二個(gè)地址為0xaa，讀取第一個(gè)地址，判斷是否一致;再寫(xiě)入第三個(gè)地址，讀取第二個(gè)地址，判讀是否一致;依次類推，對(duì)DPRAM的4K空間遍歷測(cè)試。

1）制作MBI板測(cè)試板

MBI板測(cè)試板以80C51F040為核心，以EPM7128為CPLD設(shè)計(jì)控制電路，按照確定的LBE總線接口的控制時(shí)序編寫(xiě)80C51F040的程序和EPM7128的控制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)DPRAM左口空間讀寫(xiě)測(cè)試的功能。

MBI板測(cè)試板原理圖如圖8所示，PCB圖如圖9所示。

2）配合總線控制，編寫(xiě)CPLD程序

程序編與規(guī)則如表2所示。

3）結(jié)合LBE總線時(shí)序和DPRAM的控制時(shí)序，編寫(xiě)80C51F040單片機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)DPRAM左口空間讀寫(xiě)的操作。測(cè)試流程如圖10所示。

4） MBI板連接自制板。

5）測(cè)試判斷

MBI板通電后，利用遍歷法對(duì)DPRAM左口進(jìn)行測(cè)試。在遍歷測(cè)試過(guò)程中和結(jié)束處設(shè)置斷點(diǎn)，若程序運(yùn)行到遍歷結(jié)束斷點(diǎn)處，則雙口RAM左口測(cè)試通過(guò);若程序運(yùn)行到測(cè)試過(guò)程中斷點(diǎn)處，則雙口RAM測(cè)試不通過(guò)。通過(guò)查看測(cè)試停止的狀態(tài)，定位DPRAM的故障地址。

3.2處理器、RAM和ROM測(cè)試方法研究

通過(guò)編寫(xiě)更改80C186的程序，測(cè)試響應(yīng)是否正確。80C186程序編寫(xiě)更改方法如下：

a.利用idag軟件對(duì)從MBI板上讀取的源碼進(jìn)行反匯編，通過(guò)分析得出MBI板80C186處理器的寄存器配置信息。

b.根據(jù)寄存器配置信息、程序運(yùn)行過(guò)程中的跳轉(zhuǎn)地址和反匯編的80C186程序代碼，利用80C186處理器開(kāi)發(fā)軟件（emu8086），開(kāi)發(fā)MBI板上ROM、RAM、1553B測(cè)試程序。

c.利用EXE轉(zhuǎn)BIN軟件，將生成的EXE文件轉(zhuǎn)換為可燒寫(xiě)到ROM里的BIN文件。

d.將生成的BIN文件燒寫(xiě)到CY7C261（裝載程序的ROM芯片）。

1） RAM測(cè)試方法

通過(guò)編寫(xiě)80C186測(cè)試程序，對(duì)RAM空間遍歷寫(xiě)Ox55和OxAA，再進(jìn)行讀取，判斷是否一致。測(cè)試程序如下：

ramtestloop：

MOV DI，DS：[BX]

MOV DS：[BX]，5555h

CMP DS：[BX]，5555h

JNE ramerr

MOV DS：[BX]，0AAAAh

CMP DS：[BX]，0AAAAh

JNE ramerr

MOV DS：[BX]，DI

ADD BX，2

LOOP ramtestloop

2） DPRAM右口測(cè)試方法

通過(guò)編寫(xiě)80C186測(cè)試程序，對(duì)DPRAM右口空間遍歷寫(xiě)Ox55和OxAA，再進(jìn)行讀取，判斷是否一致。測(cè)試程序如下：

dpramtestloop：

MOV DI，ES：[BX]

MOV ES：[BX]，5555h

CMP ES：[BX]，5555h

JNE dpramerr

MOV ES：[BX]，0AAAAh

CMP ES：[BX]，0AAAAh

JNE dpramerr

MOV ES：[BX]，DI

ADD BX，2

LOOPdpramtestloop：

3） ROM測(cè)試方法

將板載ROM焊接處理后進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取并與原程序進(jìn)行比對(duì)，判斷是否一致。

3.3 FPGA測(cè)試方法

1）在DPRAM右口測(cè)試正常的情況下，對(duì)其存儲(chǔ)芯片XC1765A進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取與備份數(shù)據(jù)比對(duì)，一致則判斷XC1765A合格，不一致則判斷XC1765A不合格。

2）通過(guò)編寫(xiě)簡(jiǎn)單的程序，燒寫(xiě)至XC1765A，來(lái)測(cè)試FPGA是否工作正常。

3.4 1553B協(xié)議層和物理層測(cè)試

通過(guò)編寫(xiě)80C186測(cè)試程序判讀1553B協(xié)議芯片寄存器的狀態(tài)是否正常，編寫(xiě)控制程序判斷1553B收發(fā)是否正常。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)機(jī)載MBI板的測(cè)試研究，得出如下結(jié)論：

1）通過(guò)對(duì)MBI板的原理分析，掌握了MBI板的器件組成、工作原理和外部接口定義。

2）通過(guò)對(duì)MBI板的故障模式及影響分析，得出了MBI板所有元器件的故障類型、故障模式及影響分析表（FMEA表）。

3）實(shí)現(xiàn)了對(duì)MBI板通信正常測(cè)試以及雙口RAM、處理器、RAM、ROM、FPGA和1553B協(xié)議層和物理層等板載芯片的測(cè)試。

4）實(shí)現(xiàn)了通過(guò)修改80C186代碼達(dá)到測(cè)試板件的目的。

通過(guò)機(jī)載MBI板的檢測(cè)方法研究，掌握了機(jī)載MBI板的工作原理、故障模式分析方法和測(cè)試技術(shù)，形成了機(jī)載MBI板的單板故障檢測(cè)和修理能力，提高了MBI板的單板修理深度。

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