飞控计算机 CPU模块典型故障分析

飞控计算机 CPU模块典型故障分析

郭华伟 1. 王兆娜 2.

1.2. 石家庄海山实业发展总公司 河北 石家庄 ,050208

摘要：本文以某型飞控计算机CPU模块的常见故障为例，通过分析其原理，查找故障原因，并排除故障。

关键词： 不可屏蔽中断 ；存储器；CPLD；

引言

CPU模块是通用计算机的核心模块，担任计算机的任务调度和计算。其故障具有一定规律性，本文着重介绍了其复位故障、自检故障、存储器故障、串口故障以及排除方法，并对故障原因进行了分析。

1 CPU模块基本原理

该飞控计算机结构如图1所示。

图1 飞控计算原理结构图

从图中可以看出处理器模块是整个计算机的核心部件。处理器模块主要完成完成数据计算、数据存取、及控制各接口模块工作等任务。该型处理器模块该产品处理器模块采用Intel8086微处理器，CPU的字长为16位，存储器的寻址空间为1MB，I/O寻址空间为64KB，可按字节或字处理数据；总线时钟频率为5MHz，一个总线周期至少有四个时钟周期。模块的CPU配置为最小模式，即所有控制信号都有8086芯片发出，无需总线控制器进一步译码；时钟发生器8284为CPU提供CLK、RESET、READY信号。处理器模块的存储器。数据存储器RAM采用512K*32的静态存储器芯片，

存储容量为2MB，存取时间最大为35ns，插入一个等待周期。FLASH程序存储器由一片ACT-F128K32N-070P7构成，采用16位内存的连接方式，CPU对FLASH的读操作设置为“0”等待，即读一次FLASH可在四个时钟周期内完成，FLASH用于存储调试程序及用户应用程序，可通过板外控制和板内控制。处理器模块的三个复位源，分别为：上电复位，来自MAX791的RESET#端，当VCC低于4.65V时有效；板外复位，来自连接器插座；看门狗复位，来自MAX791的WDPO#端，当在1.6s内WDI没有变化，WDPO#会产生一个1ms的低脉冲，用于复位整个系统，可通过对特定端口进行写操作清看门狗，也可将INHWDG#置为有效以防止看门狗叫。三个复位源由CPLD进行译码组合，生成RES#输出至8284，再由8284生成RESET 信号输出至CPU。

处理器模块的串口电路通常为调试电路，用于调试命令的输入和调试信息的输出，可工作再查询方式或中断方式。该处理器模块由一片SMHK381、一片MAX232、一片MAX488组成，工作在异步查询方式。处理器模块的并口电路由两片8259、四片245和一片373组成。

2 故障原因分析和排除方法

2.1 看门狗电路引起的CPU系统配套自检报故

对产品加电测试，测试CPU模块时，看门狗报错。该CPU模块有单独的看门狗计时器，看门狗计时设置和计时过程由独立于软件操作的硬件来完成，看门狗的清除由软件完成。该CPU模块看门狗计时器电路使用MAX791芯片，看门狗计时周期设计值为70±20ms。经测量故障模块的看门狗周期为49ms，低于设计下限，通过测量确认看门狗输入与设置均正常，因此将故障定位至D9（MAX791MJE）芯片。更换D9芯片，检测看门狗周期为64ms，通电检查看门狗测试合格。

2.2 高温70°时，CPU不启动

对产品加电测试，常温正常，高温时CPU串口无输出。产品故障时，对CPU模块进行测量，发现其死机时，处于读存储器状态。分别对RAM、ROM、FLASH芯片进行了测量，发现CPU在读ROM芯片D10（MD27C210-20/B）后死机。通过对D10芯片片选信号，及其地址线进行测量，发现地址线D17在高温下高电平仅为0.7V，正常应为5V，因此，确定D10芯片高温下失效。更换D10芯片，通电检查常温、高低温测试均合格。D10（MD27C210-20/B）为DIP封装，芯片与焊接引脚的引线高温时存在接触不良。

2.3飞控计算机自检显示故障

常温加电测试正常，未发现故障，低温状态下，CPU死机。低温故障状态下，测试发现CPU模块地址使能信号ADS#无效，通电对其时钟信号、复位信号、地址线、数据线和控制信号进行测量，输入到CPU的信号均正常。因此，判断D1芯片33脚失效。采取措施：更换D1芯片，通电检查常温、高低温测试均合格。芯片高低温故障，通常是芯片内部缺陷，造成焊接引脚与芯片引线接触不良引起。

2.4 CPU自检时EEPROM READ报错

CPU自检时EEPROM READ报错。对EEPROM进行读操作，发现其67fff8与67fff0地址单元数据错误。经分析，EEPROM的检查方法为，根据EEPROM特定单元写入特定的数据，检查写入数据的校验和，校验和正确，则判定EEPROM测试合格。产品工作过程中，飞控应用程序也会对EEPROM进行操作，可能存在地址冲突，导致EEPROM中存储的数据系列出错，校验和错误，使EEPROM READ报错。对EEPROM的67fff8与67fff0地址单元写入正确数据00、01，通电检查EEPROM READ测试合格。该故障是由于EEPROM未进行初始化，导致校验数据报错。

2.5 串行口故障

该串口电路由一片SMHK381、一片MAX232、MAX488组成，分别提供2路串行接口，用于软件调试和串行通信，串行接口配置为一路RS232和一路RS422，该串口电路用于调试命令的输入和调试信息的输出，可工作在查询方式或中断方式。对内外场测试设备的测试差异进行梳理对比，发现内外场测试未使用同一接口，内场测试使用的是KFS-7A飞控计算机检测专用口CZ3中的RS232接口，而机上测试使用的是KFS-7A飞控计算机CZ1口中的RS422接口。对处理器模块使用的RS422接口进行测试，发现该CPU模块RS422接口3脚无数据输出，外场测试设备与KFS-7A飞控计算机无法建立通信，外场测试设备测试页面无飞机状态数据显示，更换CPU板D17 MAX488 RS422接口芯片,故障排除。由于测试设备生产厂家、制造时间的不同，极易出现外场测试设备与内场测试设备采用不同的物理接口。由于产

品接口故障，产生完全不同的测试结果。因此熟悉产品的测试接口的工作方式，对于此类故障的排除有很大的帮助。

4 结束语

本文介绍了某型飞控计算机CPU处理器模块的基本结构和工作原理，通过列举了典型故障讲解CPU模块各个功能电路的的测试方法和排故思路，对于其他类型架构处理模块都有普遍的借鉴意义。

作者简介：郭华伟，主要从事航空电子维修工作。