某任務(wù)管理計(jì)算機(jī)航電系統(tǒng)測(cè)試與研究

（西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安 710119）

飛行員在執(zhí)行空中作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，需要根據(jù)不同的作戰(zhàn)目標(biāo)，隨時(shí)切換航電模式，利用機(jī)上雷達(dá)來(lái)捕捉目標(biāo)，進(jìn)而實(shí)施打擊。在對(duì)某批飛機(jī)進(jìn)行武器升級(jí)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)某些任務(wù)管理計(jì)算機(jī)在DSI進(jìn)行航電系統(tǒng)聯(lián)試時(shí)，會(huì)工作一段時(shí)間后出現(xiàn)航電模式不能切換的現(xiàn)象，進(jìn)而會(huì)影響到飛機(jī)在空中作戰(zhàn)過(guò)程中飛行員無(wú)法使用雷達(dá)捕捉目標(biāo)進(jìn)行打擊，如何對(duì)航電系統(tǒng)快速定位測(cè)量，進(jìn)行故障診斷、隔離成為迫切需要解決的問(wèn)題。

對(duì)航電系統(tǒng)測(cè)試性進(jìn)行研究，目的是為了在盡可能滿足系統(tǒng)可靠性、維修性的同時(shí)，不增加系統(tǒng)硬件和軟件，以最少的費(fèi)用獲得所需的測(cè)試能力，實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)、診斷及故障歸零。通過(guò)對(duì)航電系統(tǒng)硬件、軟件分析及故障定位、檢測(cè)等，論述了航電系統(tǒng)測(cè)試的合理性與有效性[1][2]，對(duì)保障飛行安全及作戰(zhàn)任務(wù)順利完成有著重要意義。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

任務(wù)管理計(jì)算機(jī)主要完成信息的采集、處理及傳輸，是各種機(jī)載數(shù)字化設(shè)備的核心部件。按所實(shí)現(xiàn)的功能，可將其分為電源模塊、處理器模塊、存儲(chǔ)器模塊、視頻模塊、地圖模塊、接口模塊等，典型的機(jī)載計(jì)算機(jī)是由以下幾部分組成[3]，如圖1所示。

圖1 機(jī)載計(jì)算機(jī)組成

2.1 硬件配置

機(jī)載計(jì)算機(jī)航電系統(tǒng)核心部件，接受外部指令完成相應(yīng)運(yùn)算、處理和控制。其處理器模塊，內(nèi)部配有16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache，并提供2路RS-232串口及1路以太網(wǎng)接口，用于地面調(diào)試，總線接口采用雙余度結(jié)構(gòu)、變壓器耦合方式，RS-422串口通信，方式為主-從應(yīng)答式，與AAP通信，其為從設(shè)備，AAP為主設(shè)備；其余各路，其為主設(shè)備，UFCP、DTC、DVR、CSU為從設(shè)備；通信協(xié)議滿足飛機(jī)航空電子系統(tǒng)要求，配備視頻模塊支持電路。

2.2 軟件配置

操作系統(tǒng)采用VxWorks操作系統(tǒng)，滿足任務(wù)調(diào)度與管理、存貯分配等操作系統(tǒng)所必備的操作系統(tǒng)內(nèi)核、板級(jí)支持軟件包（BSP）。操作系統(tǒng)內(nèi)核負(fù)責(zé)多任務(wù)調(diào)度、存儲(chǔ)器管理等功能，BSP負(fù)責(zé)系統(tǒng)時(shí)鐘管理、中斷管理及FLASH、NVRAM讀/寫(xiě)操作管理等功能。

接口模塊驅(qū)動(dòng)軟件，主要負(fù)責(zé)航電系統(tǒng)1553B總線通信管理、RS-422串行通信、語(yǔ)音和視頻接口管理、輸入/輸出離散量接口、模擬量輸入接口控制功能；系統(tǒng)BIT[4]負(fù)責(zé)系統(tǒng)上電、下點(diǎn)、周期維護(hù)自測(cè)試，其軟件工作流程如圖2所示；模塊固化軟件主要負(fù)責(zé)解釋和執(zhí)行主處理機(jī)的命令例程、實(shí)施模塊內(nèi)部控制及中斷處理等，用以實(shí)現(xiàn)模塊RS-422通信測(cè)試、離散量和模擬量的采集、離散量和電源輸出控制等，針對(duì)不同模塊，其功能如圖3所示。

圖2 BIT軟件流程圖

圖3 系統(tǒng)軟件分類及作用

3 測(cè)試系統(tǒng)分析

3.1 硬件分析

（1）靜態(tài)檢查。模塊類產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)插裝、焊接、調(diào)試、三防之后，通常需要進(jìn)行靜態(tài)檢查，以確保電裝、焊接的一致性和正確性以及模塊無(wú)焊接短路、電壓供電正常，其主要內(nèi)容有：外觀檢查、一致性檢查和細(xì)節(jié)檢查、電源測(cè)試、電流測(cè)試。目前國(guó)內(nèi)對(duì)這部分主要采用人工方式檢查。

（2）功能測(cè)試。模塊、整機(jī)測(cè)試一般采用專用測(cè)試設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，同類模塊不同產(chǎn)品的測(cè)量和轉(zhuǎn)換可通過(guò)替換接口適配器[5]，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集測(cè)量。機(jī)載計(jì)算機(jī)航電系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備采用串聯(lián)測(cè)試模型，測(cè)試流程如圖4。

圖4 串聯(lián)測(cè)試模型

（3）測(cè)試點(diǎn)選擇。系統(tǒng)測(cè)試點(diǎn)通常選擇系統(tǒng)或模塊的輸入輸出信號(hào)、離散量信號(hào)、模擬量信號(hào)、電壓轉(zhuǎn)換、總線傳輸、通信等。測(cè)試點(diǎn)選擇的合理性，不僅能夠提高系統(tǒng)及子功能模塊的可靠性，確保系統(tǒng)性能穩(wěn)定，而且能夠?yàn)楣收显\斷、隔離提供指導(dǎo)參考。測(cè)試點(diǎn)的選擇要恰當(dāng)，測(cè)試點(diǎn)越多，增加系統(tǒng)檢測(cè)時(shí)間，降低工作效率，增加成本；測(cè)試點(diǎn)不足，系統(tǒng)性能狀態(tài)不能及時(shí)測(cè)量，增加故障隱患，且故障診斷成本增加。

機(jī)載計(jì)算機(jī)是多模塊產(chǎn)品，其測(cè)試點(diǎn)測(cè)試順序可按測(cè)試點(diǎn)權(quán)值、檢測(cè)故障率及測(cè)試的難以程度由大到小、由易到難來(lái)安排。本系統(tǒng)采用SRU部件級(jí)按模塊工作順序結(jié)構(gòu)及檢測(cè)故障率來(lái)安排測(cè)試順序，圖5為單模塊產(chǎn)品測(cè)試系統(tǒng)與整機(jī)測(cè)試系統(tǒng)所應(yīng)選擇的系統(tǒng)測(cè)試點(diǎn)，其中左圖為處理器模塊測(cè)試系統(tǒng)。

圖5 系統(tǒng)測(cè)試點(diǎn)選擇

（4）測(cè)試系統(tǒng)。機(jī)載計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)通常由控制盒、視頻發(fā)生器、監(jiān)視器、主機(jī)、音箱、示波器幾部分組成。其中控制盒可以為測(cè)試系統(tǒng)提供電源、視頻信號(hào)和離散信號(hào)；計(jì)算機(jī)應(yīng)能提供系統(tǒng)測(cè)試必須的1553B總線板卡、接口、RS-422通信接口和模擬信號(hào)。

為了提高系統(tǒng)測(cè)試的通用性，常常為測(cè)試系統(tǒng)研制、配備有不同的接口適配器，增加了測(cè)試系統(tǒng)靈活性及可維修性。

3.2 BIT軟件分析

機(jī)載軟件是航空電子產(chǎn)品的重要組成部分，它自身的安全性和可靠性直接影響航空電子產(chǎn)品的安全和可靠性。它包含三個(gè)方面：驅(qū)動(dòng)程序軟件、固化軟件和BIT自檢軟件。

BIT軟件主要是對(duì)處理器模塊，在上電過(guò)程中初始化可編程邏輯器件、任務(wù)管理、中斷列表等，正常進(jìn)入操作系統(tǒng)，在不影響系統(tǒng)正常工作時(shí)，周期性檢測(cè)系統(tǒng)資源，為系統(tǒng)提供檢測(cè)結(jié)果，包括故障檢測(cè)和故障隔離。

（1）處理器測(cè)試：對(duì)處理器整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)的加、減、乘、除，邏輯和分支運(yùn)算測(cè)試，利用RS-232端口采集并判斷BIT自檢中CPU功能測(cè)試參數(shù)是否正常。

（2）存儲(chǔ)器測(cè)試：通過(guò)232串口采集SDRAM和NVRAM、FLASH的參數(shù)，并進(jìn)行讀寫(xiě)校驗(yàn)。

（3）RTC時(shí)間測(cè)試：對(duì)RTC資源進(jìn)行讀寫(xiě)一致性測(cè)試，上下電校驗(yàn)系統(tǒng)時(shí)間與設(shè)備時(shí)間一致性。

（4）RS-232接口測(cè)試：模塊上電后應(yīng)自動(dòng)從232串口以設(shè)定的波特率輸出字符，測(cè)試設(shè)備通過(guò)串口采集這些字符從而判斷232串口是否正確。

（5）中斷測(cè)試：選擇不同中斷序號(hào)會(huì)在VME總線上產(chǎn)生相應(yīng)的中斷信號(hào)波形，被測(cè)模塊通過(guò)232串口將返回值（中斷值）回送給測(cè)試設(shè)備，判斷中斷功能。

（6）離散量信號(hào)測(cè)試：選擇需要測(cè)試的離散量信號(hào)，被測(cè)設(shè)備將采集到的離散信號(hào)通過(guò)232串口與正確的信息進(jìn)行一致性比較，判定其是否正常。

（7）VME總線測(cè)試：測(cè)試設(shè)備通過(guò)232串口將總線采集信息與輸出參數(shù)對(duì)比，判斷被測(cè)模塊VME總線功能的正確性。

（8）復(fù)位電路測(cè)試：通過(guò)軟復(fù)位或外部復(fù)位，采集、記錄某些特定點(diǎn)的波形，通過(guò)分析這些波形，判斷復(fù)位電路工作是否正常。

4 系統(tǒng)測(cè)試性評(píng)價(jià)

系統(tǒng)測(cè)試評(píng)價(jià)內(nèi)容包括三方面：硬件測(cè)試評(píng)價(jià)、軟件測(cè)試評(píng)價(jià)和系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)，工程應(yīng)用中常通過(guò)故障檢測(cè)率（rFD）、故障隔離率（rFI）、虛警率（rFA）來(lái)評(píng)價(jià)

故障檢測(cè)率是被測(cè)產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)由測(cè)試設(shè)備檢測(cè)出來(lái)的故障數(shù)在產(chǎn)品總故障數(shù)中所占的百分比。

其中，NT是規(guī)定時(shí)間內(nèi)的所有故障數(shù)，ND是在同一規(guī)定時(shí)間，用正確測(cè)試方法檢測(cè)出的故障數(shù)。

故障隔離率（rFI）是被測(cè)試項(xiàng)目在規(guī)定時(shí)間內(nèi)用正確測(cè)試方法所被隔離的故障數(shù)（NL）與規(guī)定時(shí)間內(nèi)總故障數(shù)（ND）的比值。

虛警是因?yàn)樵肼暤目陀^存在，當(dāng)噪聲幅度超過(guò)系統(tǒng)的檢測(cè)門(mén)限時(shí)，就會(huì)被誤認(rèn)為是系統(tǒng)故障，它所發(fā)生的概率就是虛警率。

在針對(duì)某任務(wù)管理計(jì)算機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行130種故障模擬，單次模擬測(cè)試故障檢測(cè)率達(dá)到 100%，系統(tǒng)故障在被檢測(cè)到之后，針對(duì)不同功能模塊，其系統(tǒng)一次故障檢測(cè)率最低為34.7%，最高達(dá)到 85.7%，整個(gè)系統(tǒng)平均一次故障檢測(cè)率達(dá)58.6%；排除一個(gè)故障之后，二次故障檢測(cè)率為83.4%；排除兩個(gè)故障之后，三次故障檢測(cè)率為100%。

從這些測(cè)試數(shù)據(jù)中可以看出，不同功能模塊在出現(xiàn)問(wèn)題后，其單點(diǎn)故障檢測(cè)率可達(dá)到100%，但系統(tǒng)一次故障隔離率變化幅度較大，主要原因如下：

（1）系統(tǒng)在進(jìn)行整體測(cè)試之前，必須要確保各模塊供電正常，不會(huì)出現(xiàn)短路、過(guò)流現(xiàn)象，不然會(huì)燒毀測(cè)試系統(tǒng)，所以必須保證模塊、系統(tǒng)供電正常方可測(cè)試。

（2）處理器模塊是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的核心，如果它工作異常，則無(wú)法進(jìn)行其它項(xiàng)目測(cè)試，從而增加系統(tǒng)隔離診斷難度。

（3）接口模塊是連接處理器與其它功能模塊以及外部輸入輸出接口模塊，其離散信號(hào)、模擬信號(hào)較多，一旦報(bào)故，需要診斷的芯片信號(hào)較繁瑣，通常需要多次診斷才能故障隔離。

（4）為了縮短測(cè)試周期、簡(jiǎn)化測(cè)試系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高測(cè)試的可靠性與模塊的維修性，有些復(fù)雜故障不易用系統(tǒng)排查方法進(jìn)行故障隔離，從而在系統(tǒng)報(bào)故后，某些故障需要憑借工程師維修經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行故障排查。

（5）系統(tǒng)測(cè)試模型及故障診斷、隔離方案還需生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)一步確認(rèn)、驗(yàn)證，從而改進(jìn)測(cè)試系統(tǒng)性能。

5 結(jié)論

對(duì)某任務(wù)管理計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)硬件及軟件及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，針對(duì)模塊不同功能進(jìn)行系統(tǒng)故障模擬測(cè)試，驗(yàn)證了該測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的合理性及有效性，提高了測(cè)試系統(tǒng)的可靠性，為機(jī)載計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)診斷、故障隔離、測(cè)試驗(yàn)收提供借鑒：

（1）機(jī)載計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)診斷、故障隔離、測(cè)試驗(yàn)收應(yīng)當(dāng)與模塊設(shè)計(jì)、整機(jī)設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，綜合考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)、測(cè)試、維修各個(gè)因素；

（2）測(cè)試系統(tǒng)選擇測(cè)試點(diǎn)要合理、全面，在滿足測(cè)試需求中簡(jiǎn)化測(cè)試設(shè)備，提高設(shè)備可靠性；

（3）測(cè)試設(shè)備應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成帶有輸入輸出的接口端，可連接不同接口適配器，以提高測(cè)試設(shè)備的通用性；

（4）測(cè)試系統(tǒng)硬件、軟件可靈活配置，便于后期升級(jí)，提高設(shè)備的可開(kāi)發(fā)性。

[1](美)Charles E.Ebeling.可靠性與維修性工程概論[M].北京:清華大學(xué)出版社,2010.

[2]李行善,左毅,孫杰等.自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)集成技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[3]牛文生.機(jī)載計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),2006,Vo1,33,231-232.

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