某任务管理计算机航电系统测试与研究

2014-08-29

大众科技 2014年3期

（西安航空计算技术研究所，陕西西安 710119）

飞行员在执行空中作战任务时，需要根据不同的作战目标，随时切换航电模式，利用机上雷达来捕捉目标，进而实施打击。在对某批飞机进行武器升级过程中，发现某些任务管理计算机在DSI进行航电系统联试时，会工作一段时间后出现航电模式不能切换的现象，进而会影响到飞机在空中作战过程中飞行员无法使用雷达捕捉目标进行打击，如何对航电系统快速定位测量，进行故障诊断、隔离成为迫切需要解决的问题。

对航电系统测试性进行研究，目的是为了在尽可能满足系统可靠性、维修性的同时，不增加系统硬件和软件，以最少的费用获得所需的测试能力，实现快速检测、诊断及故障归零。通过对航电系统硬件、软件分析及故障定位、检测等，论述了航电系统测试的合理性与有效性[1][2]，对保障飞行安全及作战任务顺利完成有着重要意义。

2 系统结构

任务管理计算机主要完成信息的采集、处理及传输，是各种机载数字化设备的核心部件。按所实现的功能，可将其分为电源模块、处理器模块、存储器模块、视频模块、地图模块、接口模块等，典型的机载计算机是由以下几部分组成[3]，如图1所示。

图1 机载计算机组成

2.1 硬件配置

机载计算机航电系统核心部件，接受外部指令完成相应运算、处理和控制。其处理器模块，内部配有16KB指令Cache和16KB数据Cache，并提供2路RS-232串口及1路以太网接口，用于地面调试，总线接口采用双余度结构、变压器耦合方式，RS-422串口通信，方式为主-从应答式，与AAP通信，其为从设备，AAP为主设备；其余各路，其为主设备，UFCP、DTC、DVR、CSU为从设备；通信协议满足飞机航空电子系统要求，配备视频模块支持电路。

2.2 软件配置

操作系统采用VxWorks操作系统，满足任务调度与管理、存贮分配等操作系统所必备的操作系统内核、板级支持软件包（BSP）。操作系统内核负责多任务调度、存储器管理等功能，BSP负责系统时钟管理、中断管理及FLASH、NVRAM读/写操作管理等功能。

接口模块驱动软件，主要负责航电系统1553B总线通信管理、RS-422串行通信、语音和视频接口管理、输入/输出离散量接口、模拟量输入接口控制功能；系统BIT[4]负责系统上电、下点、周期维护自测试，其软件工作流程如图2所示；模块固化软件主要负责解释和执行主处理机的命令例程、实施模块内部控制及中断处理等，用以实现模块RS-422通信测试、离散量和模拟量的采集、离散量和电源输出控制等，针对不同模块，其功能如图3所示。

图2 BIT软件流程图

图3 系统软件分类及作用

3 测试系统分析

3.1 硬件分析

（1）静态检查。模块类产品在经过插装、焊接、调试、三防之后，通常需要进行静态检查，以确保电装、焊接的一致性和正确性以及模块无焊接短路、电压供电正常，其主要内容有：外观检查、一致性检查和细节检查、电源测试、电流测试。目前国内对这部分主要采用人工方式检查。

（2）功能测试。模块、整机测试一般采用专用测试设备进行测量，同类模块不同产品的测量和转换可通过替换接口适配器[5]，对数据进行采集测量。机载计算机航电系统测试设备采用串联测试模型，测试流程如图4。

图4 串联测试模型

（3）测试点选择。系统测试点通常选择系统或模块的输入输出信号、离散量信号、模拟量信号、电压转换、总线传输、通信等。测试点选择的合理性，不仅能够提高系统及子功能模块的可靠性，确保系统性能稳定，而且能够为故障诊断、隔离提供指导参考。测试点的选择要恰当，测试点越多，增加系统检测时间，降低工作效率，增加成本；测试点不足，系统性能状态不能及时测量，增加故障隐患，且故障诊断成本增加。

机载计算机是多模块产品，其测试点测试顺序可按测试点权值、检测故障率及测试的难以程度由大到小、由易到难来安排。本系统采用SRU部件级按模块工作顺序结构及检测故障率来安排测试顺序，图5为单模块产品测试系统与整机测试系统所应选择的系统测试点，其中左图为处理器模块测试系统。

图5 系统测试点选择

（4）测试系统。机载计算机测试系统通常由控制盒、视频发生器、监视器、主机、音箱、示波器几部分组成。其中控制盒可以为测试系统提供电源、视频信号和离散信号；计算机应能提供系统测试必须的1553B总线板卡、接口、RS-422通信接口和模拟信号。

为了提高系统测试的通用性，常常为测试系统研制、配备有不同的接口适配器，增加了测试系统灵活性及可维修性。

3.2 BIT软件分析

机载软件是航空电子产品的重要组成部分，它自身的安全性和可靠性直接影响航空电子产品的安全和可靠性。它包含三个方面：驱动程序软件、固化软件和BIT自检软件。

BIT软件主要是对处理器模块，在上电过程中初始化可编程逻辑器件、任务管理、中断列表等，正常进入操作系统，在不影响系统正常工作时，周期性检测系统资源，为系统提供检测结果，包括故障检测和故障隔离。

（1）处理器测试：对处理器整数和浮点数的加、减、乘、除，逻辑和分支运算测试，利用RS-232端口采集并判断BIT自检中CPU功能测试参数是否正常。

（2）存储器测试：通过232串口采集SDRAM和NVRAM、FLASH的参数，并进行读写校验。

（3）RTC时间测试：对RTC资源进行读写一致性测试，上下电校验系统时间与设备时间一致性。

（4）RS-232接口测试：模块上电后应自动从232串口以设定的波特率输出字符，测试设备通过串口采集这些字符从而判断232串口是否正确。

（5）中断测试：选择不同中断序号会在VME总线上产生相应的中断信号波形，被测模块通过232串口将返回值（中断值）回送给测试设备，判断中断功能。

（6）离散量信号测试：选择需要测试的离散量信号，被测设备将采集到的离散信号通过232串口与正确的信息进行一致性比较，判定其是否正常。

（7）VME总线测试：测试设备通过232串口将总线采集信息与输出参数对比，判断被测模块VME总线功能的正确性。

（8）复位电路测试：通过软复位或外部复位，采集、记录某些特定点的波形，通过分析这些波形，判断复位电路工作是否正常。

4 系统测试性评价

系统测试评价内容包括三方面：硬件测试评价、软件测试评价和系统综合评价，工程应用中常通过故障检测率（rFD）、故障隔离率（rFI）、虚警率（rFA）来评价

故障检测率是被测产品在规定时间内由测试设备检测出来的故障数在产品总故障数中所占的百分比。

其中，NT是规定时间内的所有故障数，ND是在同一规定时间，用正确测试方法检测出的故障数。

故障隔离率（rFI）是被测试项目在规定时间内用正确测试方法所被隔离的故障数（NL）与规定时间内总故障数（ND）的比值。

虚警是因为噪声的客观存在，当噪声幅度超过系统的检测门限时，就会被误认为是系统故障，它所发生的概率就是虚警率。

在针对某任务管理计算机产品进行130种故障模拟，单次模拟测试故障检测率达到 100%，系统故障在被检测到之后，针对不同功能模块，其系统一次故障检测率最低为34.7%，最高达到 85.7%，整个系统平均一次故障检测率达58.6%；排除一个故障之后，二次故障检测率为83.4%；排除两个故障之后，三次故障检测率为100%。

从这些测试数据中可以看出，不同功能模块在出现问题后，其单点故障检测率可达到100%，但系统一次故障隔离率变化幅度较大，主要原因如下：

（1）系统在进行整体测试之前，必须要确保各模块供电正常，不会出现短路、过流现象，不然会烧毁测试系统，所以必须保证模块、系统供电正常方可测试。

（2）处理器模块是整个测试系统的核心，如果它工作异常，则无法进行其它项目测试，从而增加系统隔离诊断难度。

（3）接口模块是连接处理器与其它功能模块以及外部输入输出接口模块，其离散信号、模拟信号较多，一旦报故，需要诊断的芯片信号较繁琐，通常需要多次诊断才能故障隔离。

（4）为了缩短测试周期、简化测试系统的复杂性，提高测试的可靠性与模块的维修性，有些复杂故障不易用系统排查方法进行故障隔离，从而在系统报故后，某些故障需要凭借工程师维修经验进行故障排查。

（5）系统测试模型及故障诊断、隔离方案还需生产过程中进一步确认、验证，从而改进测试系统性能。