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某型北斗終端設備定位信息故障分析

2018-09-10 05:52曹佩武馮云折雷孔琦郭文輝
航空維修與工程 2018年12期
關鍵詞:內存定位

曹佩武 馮云 折雷 孔琦 郭文輝

摘要:針對某型北斗終端設備不輸出定位信息故障現象進行研究分析,查找故障原因,進行故障復現.提出改進措施并進行措施驗證,對提高北斗終端設備工作可靠性有重要意義。

關鍵詞:北斗終端設備;定位;內存;棧區(qū)

某型北斗終端設備加裝于某型武器系統,為裝備展開階段提供快速準確的定位定向基準,為裝備作戰(zhàn)使用階段提供精確穩(wěn)定的時間信號和信息,還提供北斗短消息通信、導航手段,縮短各型武器裝備作戰(zhàn)準備時間,提高武器系統作戰(zhàn)效能;擺脫了對全球定位系統(GPS)的依賴,提高了某型武器系統的自主性和一體化聯合作戰(zhàn)能力。

1故障現象

該型北斗終端設備設計時,要求設備開始工作至獲得準確的定位信息不超過120s。常規(guī)測試中,終端設備各項性能指標均為正常;但某項試驗要求設備連續(xù)工作24小時以上,當試驗進行到約2小時,設備出現不輸出定位信息的故障;對同型號其他設備進行了相同試驗,均在工作約2小時出現不輸出定位信息的故障。

2故障原因分析

為了便于分析問題,查找故障原因,列出該型北斗終端設備與定位數據信息輸出相關的部件,并明確各個部件之間的信息交互,如圖1所示。

該型北斗終端設備接收處理系統包含一個全功能板卡、一個抗干擾天線、兩個定向天線和配套的射頻電纜。接收處理系統的數據輸出邏輯設計為通過串134輸出定位、定向和時間等信息,串口1、串132、串口3分別用于定位和定向的PRM芯片和Ic芯片的加注。

接收處理系統中的全功能板卡接收抗干擾天線和定向天線接收到的衛(wèi)星信號,經過解算得到當前的位置、速度、時間等信息,完成組幀后,按照1Hz的頻率通過串134向外輸出至綜合處理板,綜合處理板再將定位信息分別輸出至綜合顯控和標準顯控。

抗干擾天線和定向天線與全功能板卡之間只有一根射頻電纜,用于傳輸射頻信號并向天線饋電,本身并沒有數據與全功能板卡交互,可排除抗干擾天線和定向天線的故障。

根據該設備的定位數據輸出邏輯,列出可能造成故障現象的所有情形,故障樹如圖2所示。

2.1 x1:綜合處理板異常排查

接收處理系統通過串口4將定位數據輸出至綜合處理板,綜合處理板再將定位數據輸出至綜合顯控和標準顯控,從綜合顯控和標準顯控上查看均無數據輸出。同時接收處理系統也通過串口1直接將定位信息輸出至測試設備并通過電腦進行顯示,電腦顯示接收處理板的串口1也無定位數據輸出。由此可排除底事件xl。

2.2 E1:全功能板卡異常排查

全功能板卡為某型北斗終端設備的核心部件,屬軟硬件協同設計,所以很難把硬件、軟件完全隔離開,為了更有效地孤立故障部位,以確定是硬件故障還是軟件故障,對設備的工作履歷進行了查詢,發(fā)現設備在出現故障之前分別進行過兩次1.1、1.2版本軟件升級,兩次軟件升級之前并未出現目前的故障現象。

為了進一步確定故障部位,結合設備工作履歷記錄情況,又分別進行了X2硬件故障和X3軟件故障排查。

1)X2:硬件故障排查

為了驗證全功能板卡是否存在硬件故障,對同批次的編號為18-001、18-002兩臺設備同時進行通電測試,并進行連續(xù)拷機試驗,在工作至1小時50分時,產品的串口1和串口4均無定位數據輸出。對同批次的編號為18-003、18-004和18-005三臺設備進行拷機測試,也出現相同問題。

根據試驗結果和經驗判斷,五臺設備同時出現硬件故障的概率幾乎為零,因此可排除底事件X2:硬件故障。

2)X3:軟件故障排查

為了驗證全功能板卡是否存在軟件故障,將編號為18-001~18-005的定位接收機程序還原至1.0版本,同時進行連續(xù)拷機試驗,工作24小時以上,產品工作正常,未出現死機現象。為了進一步查清是否由于軟件升級導致的定位信息故障,將編號為18-001的全功能板卡連接DSP仿真器,在線load版本為1.2的定位接收機程序,進行連續(xù)拷機試驗,實時監(jiān)控DsP芯片內部運行內存的運行狀況。當拷機至1小時55分時,DSP程序死機,同時觀察到程序內存地址數據出現異常。經分析,DSP程序死機多為內存地址分配不合理造成。

根據定位接收機DSP程序執(zhí)行邏輯,運行內存分為棧區(qū)和堆區(qū)。棧區(qū)由編譯器自動分配釋放,存放函數的參數值、局部變量的值等,其操作方式類似于數據結構中的棧。每當一個函數被調用,該函數返回地址和一些關于調用的信息,如某些寄存器的內容被存儲到棧區(qū)。然后這個被調用的函數再為其自動變量和I}缶時變量在棧區(qū)上分配空間,這就是c實現函數遞歸調用的方法。每執(zhí)行一次遞歸函數調用,一個新的??蚣芫捅皇褂茫@樣這個新實例棧里的變量就不會和該函數的另一個實例棧里的變量混淆。而堆區(qū)用于動態(tài)內存分配,堆在內存中位于bss區(qū)和棧區(qū)之間,一般由程序員分配和釋放,若程序員不釋放,程序結束時有可能由OS回收。

棧區(qū)和堆區(qū)的主要區(qū)別如下。

1)管理方式不同

棧編譯器自動管理,無需程序員手工控制;而堆空間的申請釋放工作由程序員控制,容易產生內存泄漏。

2)空間大小不同

棧是向低地址擴展的數據結構,是一塊連續(xù)的內存區(qū)域。棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規(guī)定好的,當申請的空間超過棧的剩余空間時,將提示溢出。因此,用戶能從棧獲得的空間較小。

堆是向高地址擴展的數據結構,是不連續(xù)的內存區(qū)域。因為系統是用鏈表來存儲空閑內存地址的,鏈表的遍歷方向由低地址向高地址。由此可見,堆獲得的空間較靈活,也較大。棧中元素都是——對應的,不會存在一個內存塊從棧中間彈出的情況。

3)是否產生碎片

對于堆來講,頻繁的malloe/free(new/delete)勢必造成內存空間的不連續(xù),從而造成大量的碎片,使程序效率降低(雖然程序在退出后操作系統會對內存進行回收管理)。對于棧來講,則不會存在這個問題。

4)增長方向不同

堆的增長方向是向上的,即向著內存地址增加的方向;棧的增長方向是向下的,即向著內存地址減小的方向。

5)分配方式不同

堆都是程序中由mallocO函數動態(tài)申請分配并由freeO函數釋放的;棧的分配和釋放由編譯器完成,棧的動態(tài)分配由allocaO函數完成,但是棧的動態(tài)分配與堆不同,是由編譯器進行申請和釋放的,無需手工實現。

6)分配效率不同

棧是機器系統提供的數據結構,計算機會在底層對棧提供支持,分配專門的寄存器存放棧的地址,壓棧出棧都有專門的指令執(zhí)行。堆則是c函數庫提供的,它的機制很復雜。例如,為了分配一塊內存,庫函數會按照一定的算法在堆內存中搜索可用的足夠大的空間,如果沒有足夠大的空間,就需要操作系統重新整理內存空間,以便分到足夠大小的內存,然后返回。顯然,堆的效率比棧低得多。

根據對DsP芯片內部運行內存運行情況的監(jiān)控結果,分析得出DsP程序運行死機的原因。因為程序中大量使用malloeO函數動態(tài)申請分配并由freeO函數釋放,并且申請的空間與收星個數有關,如果收星個數越大,一次申請的內存越大,如果分配的堆區(qū)空間小,有可能造成內存溢出,導致接收機程序運行速度減慢甚至系統崩潰等嚴重后果。因此,可判斷是由于產品升級優(yōu)化時為了滿足增加定位、定向補償存儲功能需求,在程序1.0版本升級至1.2版本后,增加了部分代碼,導致運行內存棧區(qū)和堆區(qū)分配不合理,以至內存溢出而出現死機現象。

3解決措施及驗證

3.1故障解決措施

針對內存分配不合理的問題,對DSP程序的運行內存棧區(qū)和堆區(qū)重新進行分配。具體為:適當減小棧區(qū),由Ox00008000調整為Ox00006000,增大堆區(qū),由Ox00005000調整為Ox00008000,其他代碼均未作任何改動,程序版本升級至13,如圖3、圖4代碼所示。

對編號為18-001的全功能板卡燒入13版本的定位接收機DSP程序,進行拷機試驗,連續(xù)工作24小時以上,未出現死機現象,設備定位信息輸出正常。

3.2驗證情況

為了驗證故障解決措施的有效性,又分別對該批次的編號為18-002~18005的4臺設備進行了程序1.3版本升級,程序升級后又分別進行了連續(xù)工作24小時以上的拷機試驗,均未出現死機現象,設備定位信息輸出等其他各項功能均正常。

4結論

根據不輸出定位信息的故障現象,從軟硬件的角度分別進行了故障查找,確定了故障根源,并進行了故障復現和改進措施驗證,問題得到了解決。根據此次產品暴露的故障,應吸取經驗教訓,在后續(xù)產品升級優(yōu)化過程中,要進行充分的驗證,在滿足產品功能升級需要的同時應確保產品工作的可靠性。

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