Jupiter GPS模塊故障修復及AT27C1024芯片復制技術研究

閆靜濤 趙子罡 余長江 常聰聰

摘要：通過研究Jupiter GPS模塊無法接收GPS信號的批量故障，分析了該模塊的工作原理，利用軟硬件搭接測試途徑，完成對其的單獨測試，針對故障芯片進行深入研究，破解、讀出芯片中的BIOS信息，完成芯片的復制，解決了該故障。

關鍵詞：Jupiter GPS模塊；AT27C1024-70VI；芯片復制

Keywords：Jupiter GPS module；AT27C1024-70VI；chip replication

0 引言

全球定位系統（GPS）是利用美國24顆GPS地球衛星所發射的信息進行導航、定位、授時等服務的系統。自1993年GPS系統向世界免費開放以來，得到了世界各地各行業的廣泛應用。GPS廣泛應用于航空導航、航海導航、大地測量、石油地質勘探、地震預報、授時校準、自動校時、高程測量、時間同步、輸變電工程、疏浚工程測量驗收、車輛定位、車輛跟蹤、車輛導向及防盜等領域。

美國Rockwell公司生產的Jupiter GPS模塊具有尺寸小、性能穩定等優點，可方便、自主地開發出各種GPS應用系統。該模塊曾大量裝備于我國部分需要接收GPS信號的軍民用設備上。具有如下特點：

● 極其緊湊的尺寸：71mm×41mm×11mm；

● 射頻輸入為1575.42MHz，范圍為-130dBw～-163dBw；

● 具有12個并行衛星軌跡通道，能快速識別和再識別當前位置；

● 支持真正的NEMA-0183數據格式；

● 直接微分的RECMSC-104數據動態提供定位精確度；

● 自適應門限檢測，提高微弱信號的檢測能力；

● 基于SA的靜態導航能力；

● 與天線的兼容性強；

● 3D到2D導航時能自動保持緯度；

● 可獲得基于SPS的最佳導航精度；

● 無初始化數據時可以自動開啟冷啟動程序；

● 通過串行通信，有很大的操作空間和配置能力；

● 可接收通過主串口寫入的初始化數據；

● 具有三種啟動方式：熱啟動、初始化、冷啟動；

● 可以選擇衛星；

● 可以選擇衛星表面角；

● 最大測速可達500m/s；

● 工作溫度范圍為-40℃～+85℃。

1 模塊功能測試

1.1 模塊構成

Jupiter GPS接收模塊由GPS信號接收、數據處理兩大部分組成，其結構如圖1所示。GPS信號接收部分由Rockwell公司生產的R6732-13主芯片及外圍電路構成，主要功能是借助天線接收GPS信號并對信號進行解算，同時為天線前置放大器提供5V直流供電。數據處理部分由Conexant公司生產的11577-11主芯片及外圍電路構成，主要功能是完成被解算信號的數字化處理，將其轉化為RS232信號，以便和外接設備通信，該外圍電路中包含美國ATMEL公司生產的AT27C1024-70VI芯片，該芯片為一次性可編程只讀存儲芯片，儲存了芯片初始化所需的BIOS程序。Jupiter GPS接收模塊通過兩個串口與外部通信，串口1為主串口，全雙工方式；串口2為輔助串口，半雙工方式，僅提供修正量?？赏ㄟ^這兩個串口與外部器件或設備連接，也可用軟件編程或硬件設置來配置其串口特性。

該模塊還提供一個10kHz的參考時鐘輸出和一個1pps的時鐘脈沖（秒脈沖）輸出，可用于時鐘同步，進行時鐘校準，并具備RESET復位功能，可通過將RESET置低電平對其進行復位。

Jupiter GPS接收模塊通過兩個接口完成與外接設備的信息交換，J1為同軸電纜接口，通過饋線連接外置天線，接收來自外置天線的信號，J2為雙排20針DIP結構，主要功能是提供可用的GPS信號并與外接設備通信，J2的針腳定義見表1。

1.2 功能測試

借助TTL-232轉USB工具（見圖2）將模塊和工控機相連接，使用串口1進行通信，模塊2針接+5V，10針接GND，11針接RXD，12針接TXD，利用串口助手對模塊的收發功能進行驗證，將GPIO2、GPIO3分別置高、低電平，有4種連接方式。

通信驗證成功后，使用Jupiter GPS接收模塊所配套的GPS衛星接收軟件“WinLabMon”對模塊接收GPS衛星情況進行測試。測試時需通過饋線連接外置天線，并對天線前置放大器進行+5V供電，將外置天線置于空曠的戶外，連接成功并運行軟件后可通過軟件觀察到GPS衛星的數量、分布、信號強度及運行軌跡，如圖3所示。

2 故障分析及定位

利用TTL-232轉USB工具對故障Jupiter GPS模塊進行功能測試，供電后發現模塊無10kHz的參考時鐘及1pps的時鐘脈沖（秒脈沖）輸出，主串口無對外通信功能，使用串口助手無法接收到模塊發出的信息，無法接收到GPS衛星信息，即模塊未啟動。

檢查貼片保險絲未見異常，檢查電阻、電容、二極管等未見擊穿、短路等情況，在線檢查各芯片供電均正常，可滿足芯片的正常工作。使用示波器檢查模塊上的兩個晶振起振情況，發現主芯片11577-11外圍與時鐘控制器相連接的32kHz晶振未起振，更換時鐘控制器及晶振后故障依舊，判斷故障點不在時鐘控制器及晶振上，而是其他元器件故障導致晶振不起振和模塊不啟動，故將故障點鎖定在以11577-11為主芯片的數字信號處理部分。

結合原理框圖（見圖4）對模塊再次進行分析。數字信號處理部分主要由Conexant公司生產的11577-11主芯片、ATMEL公司生產的AT27C1024-70VI及ISSI公司生產的兩個IS62C256-70TI和一個32kHz的晶振、時鐘控制器組成。查閱芯片相關資料后發現，IS62C256-70TI為緩存，用于臨時存放數據，掉電后數據隨之丟失；AT27C1024-70VI為一次性可編程只讀存儲器（EPROM），寫入后不隨掉電丟失，用于存放一些芯片的初始化程序；11577-11為該部分的主芯片。經過對比，前期已排除晶振及時鐘控制器故障，故最有可能出現故障的部位是11577-11及AT27C1024-70VI。對AT27C1024-70VI芯片進行更換，故障排除。

3 AT27C1024-70VI芯片

3.1 芯片結構

3.2 芯片破解及復制

由于封裝原因，無專用燒寫適配器，需要將芯片封裝由TSOP轉換為DIP形式，便于和燒寫器相連接。采購通用適配器座后將其改裝，改裝后滿足燒寫器要求，如圖6所示。通過多種格式的反復讀出、寫入試驗，結合分析奇偶校驗、首地址、末地址、累加和等相關軟件信息，將芯片中的信息成功讀出并復制了該芯片，芯片中存儲的信息文檔如圖7所示。

4 結束語

隨著機載設備技術的更新發展，航空維修中電路板修理量和修理深度加大，所涉及的內存芯片越來越多，對所存儲信息破解、讀出、寫入的修復要求也越來越高。該項目試驗的成功將為機載設備內存芯片信息破解積累一定經驗，同時因該芯片封裝形式為TSOP40針表貼結構，分解和裝配時對手工焊接要求很高，也為IPC手工焊接積累了經驗。

參考文獻

[1]袁安存.全球定位系統（GPS）原理與應用[M].大連：大連海事大學出版社，1999：1-10.

[2]張鳳舉，王寶山，編著.GPS定位技術[M].北京：煤炭工業出版社，1997：46-55.