機載MBI板檢測方法研究

張小輝 劉良勇

摘要：多路傳輸總線接口通信接口（MBI）是航空電子系統的通信基石，航空電子系統的任一分系統都要通過MBI板才能進入1553B通信系統。本文概述了某型飛機的機載MBI板的結構組成和工作原理，通過對MBI板的FMEA分析，研究MBI板的檢測方法，制定了MBI板的FMEA分析表，在此基礎上開發了MBI的測試系統，并通過了對實際MBI板的測試驗證。

關鍵詞：MBI測試;FMEA分析;DPRAM測試

0引言

飛機航空電子系統中采用1553B數據總線作為連接航電系統各子系統之間的紐帶，承擔著所有航空電子系統之間信息交互的主要任務。為完成這一任務，航空電子系統各子系統中均配置了一塊MBI板，即1553B總線接口板，以實現信息的交互通信。各子系統的MBI板，除內部軟件不同外，結構、功能、原理完全相同，且在其他國產機型中，相同的MBI板也得到了廣泛的應用。目前，在飛機修理過程中已經出現了MBI板故障，以及因此引起的航電電子各子系統性能不合格的狀況。基于航空電子產品的特點，該問題必然長期存在。因此，為有效解決MBI板的各類故障，需要對其檢測方法和修理技術進行研究。

1 MBI板的FMEA分析

1.1 FMEA分析方法的介紹

FMEA即故障模式及影響分析，是提高產品可靠性的重要手段，是產品設計的一部分，在研制的各階段與設計工作協調進行并反復迭代，以找出產品所有潛在的故障并評估其影響，以便采取補救措施，提高產品的可靠性水平。盡可能找出設備所有可能發生的故障模式及其可能產生的最壞影響，確定嚴酷等級，給出故障的檢測方式，設計補償措施及使用補償措施，以便于消除或削弱故障帶來的影響和危害，為設計的改進和方案的權衡提供依據。

通過FMEA的報故信息在一定程度上可以反推出故障發生點，隔離故障，能夠快速對故障定位。因此，FMEA分析是板件測試的輸入，是產品可靠性分析的一個重要的工作項目，也是開展維修性分析、安全性分析、測試性分析和保障性分析的基礎。

在FMEA分析過程中需掌握MBI板的工作原理、繪制功能框圖、開展元器件故障和MBI板故障模式分析，這是開展MBI板FMEA分析的基礎。

1.2 MBI板的故障研究

1）分析MBI板的工作原理

以某型飛機非航電電子系統監控處理機MBI板為研究對象，根據MBI板的原理圖以及器件手冊，研究該型非航電電子系統監控處理機的底板總線技術、80C186的應用技術、FPGA的軟件分析技術、可編程門電路（GAL）代碼解析技術和1553B協議實現電路，對某型飛機的MBI板進行原理分析。其原理為：主機和MBI板之間的通信采用“命令/響應”方式，即主機向MBI模塊的DPRAM中命令字單元寫相應命令，而MBI執行命令之后，會在DPRAM中響應字單元寫響應字。

圖1所示為MBI的功能模塊構成，包括：

a.主機接口功能模塊，負責與CPU模塊進行數據交換。

b.通信控制功能模塊，負責處理1553B總線消息的接受、發送以及錯誤處理。

c.總線接口功能模塊，負責MBI與雙余度1553B總線雙絞屏蔽電纜的變壓器耦合。

d.計時器功能模塊，負責提供航電所需要的DT、RTC和WDT計數器。

e.串行口功能模塊，負責在調試過程中與PC或者CRT進行通信，方便調試。

2）繪制MBI原理框圖

根據研究結果得出MBI的功能框圖，如圖2所示。MBI板由80C186、雙口SRAM、MIL-STD-1553協議芯片、FPGA、靜態存儲器等器件組成。輸入輸出信號有電源、總線信號，輸出信號有1553B、232信號。

3） MBI板的元器件故障分析

根據原理圖，列出MBI板的所有元器件，對所有元器件進行性能分析，分析MBI的器件特性，確定其所有可能的硬件故障模式（如電阻器的開路、短路和參數漂移等），進而對MBI板的每個硬件故障模式進行分析;列出MBI板的每個元器件，分析其失效模式，并分析對產品產生影響的常用的元器件、零組件，可參考國內外某些標準、手冊確定。

4） MBI故障模式分析

通過對目前飛機MBI板故障的統計分類、MBI板原理圖的分析和MBI板元器件特性分析，結合原理分析等方法獲取MBI板的故障模式，并對引起MBI板故障的原因進行分析。

1.3建立MBI板的FMEA表

根據MBI板的故障模式分析結果，結合產品原理分析和功能框圖，根據GJBZ1391-2006故障模式、影響及危害性分析指南，按表1繪制MBI板的FMEA表。

根據以上要求制定了某型機非航電電子系統監控處理機MBI板FMEA分析表。通過制定FMEA分析表，能夠更加掌握MBI板的工作原理，通過FMEA的報故信息，在一定程度上可以反推出故障發生點，為后續的測試提供參考。

2整板通電測試方法研究

2.1硬件連接

將MBI板接口的A39（BUSA-）和A40（BUSA+）或D39（BUSB-）和D40（BUSB+）與1553B總線分析儀板卡的通道1連接，如圖3所示。MBI板的出廠RT地址均為25。

2.2軟件測試

將MBI板通電，如圖4所示，若連接成功，則圖示位置為綠色;若連接不成功，則圖示位置為黃色。

3板載芯片測試方法研究

3.1 DPRAM測試方法研究

IDT7025為高速8K×16雙口靜態RAM，提供兩個獨立的口，如圖5所示，兩口可以獨立控制，有獨立的地址和I/O引腳，從而實現對內存任何地址的獨立的、異步的存取（讀寫）。芯片使能（CE）具有自動的特點，使每一個端口的片上電力可以進入超低功耗備用模式。

通過查看DPRAM的DATASHEET，分析DPRAM芯片的控制時序，確定其地址空間為0x0000～0X3FFF，如圖6、圖7所示。

結合DPRAM芯片的控制時序，通過分析GAL的邏輯關系，確定通過LBE總線接口控制DPRAM左口的時序。

開展MBI板DPRAM左口測試。左口測試流程為：寫入第一個地址為0x55，再寫入第二個地址為0xaa，讀取第一個地址，判斷是否一致;再寫入第三個地址，讀取第二個地址，判讀是否一致;依次類推，對DPRAM的4K空間遍歷測試。

1）制作MBI板測試板

MBI板測試板以80C51F040為核心，以EPM7128為CPLD設計控制電路，按照確定的LBE總線接口的控制時序編寫80C51F040的程序和EPM7128的控制程序，實現對DPRAM左口空間讀寫測試的功能。

MBI板測試板原理圖如圖8所示，PCB圖如圖9所示。

2）配合總線控制，編寫CPLD程序

程序編與規則如表2所示。

3）結合LBE總線時序和DPRAM的控制時序，編寫80C51F040單片機程序，實現對DPRAM左口空間讀寫的操作。測試流程如圖10所示。

4） MBI板連接自制板。

5）測試判斷

MBI板通電后，利用遍歷法對DPRAM左口進行測試。在遍歷測試過程中和結束處設置斷點，若程序運行到遍歷結束斷點處，則雙口RAM左口測試通過;若程序運行到測試過程中斷點處，則雙口RAM測試不通過。通過查看測試停止的狀態，定位DPRAM的故障地址。

3.2處理器、RAM和ROM測試方法研究

通過編寫更改80C186的程序，測試響應是否正確。80C186程序編寫更改方法如下：

a.利用idag軟件對從MBI板上讀取的源碼進行反匯編，通過分析得出MBI板80C186處理器的寄存器配置信息。

b.根據寄存器配置信息、程序運行過程中的跳轉地址和反匯編的80C186程序代碼，利用80C186處理器開發軟件（emu8086），開發MBI板上ROM、RAM、1553B測試程序。

c.利用EXE轉BIN軟件，將生成的EXE文件轉換為可燒寫到ROM里的BIN文件。

d.將生成的BIN文件燒寫到CY7C261（裝載程序的ROM芯片）。

1） RAM測試方法

通過編寫80C186測試程序，對RAM空間遍歷寫Ox55和OxAA，再進行讀取，判斷是否一致。測試程序如下：

ramtestloop：

MOV DI，DS：[BX]

MOV DS：[BX]，5555h

CMP DS：[BX]，5555h

JNE ramerr

MOV DS：[BX]，0AAAAh

CMP DS：[BX]，0AAAAh

JNE ramerr

MOV DS：[BX]，DI

ADD BX，2

LOOP ramtestloop

2） DPRAM右口測試方法

通過編寫80C186測試程序，對DPRAM右口空間遍歷寫Ox55和OxAA，再進行讀取，判斷是否一致。測試程序如下：

dpramtestloop：

MOV DI，ES：[BX]

MOV ES：[BX]，5555h

CMP ES：[BX]，5555h

JNE dpramerr

MOV ES：[BX]，0AAAAh

CMP ES：[BX]，0AAAAh

JNE dpramerr

MOV ES：[BX]，DI

ADD BX，2

LOOPdpramtestloop：

3） ROM測試方法

將板載ROM焊接處理后進行數據讀取并與原程序進行比對，判斷是否一致。

3.3 FPGA測試方法

1）在DPRAM右口測試正常的情況下，對其存儲芯片XC1765A進行數據讀取與備份數據比對，一致則判斷XC1765A合格，不一致則判斷XC1765A不合格。

2）通過編寫簡單的程序，燒寫至XC1765A，來測試FPGA是否工作正常。

3.4 1553B協議層和物理層測試

通過編寫80C186測試程序判讀1553B協議芯片寄存器的狀態是否正常，編寫控制程序判斷1553B收發是否正常。

4結束語

通過對機載MBI板的測試研究，得出如下結論：

1）通過對MBI板的原理分析，掌握了MBI板的器件組成、工作原理和外部接口定義。

2）通過對MBI板的故障模式及影響分析，得出了MBI板所有元器件的故障類型、故障模式及影響分析表（FMEA表）。

3）實現了對MBI板通信正常測試以及雙口RAM、處理器、RAM、ROM、FPGA和1553B協議層和物理層等板載芯片的測試。

4）實現了通過修改80C186代碼達到測試板件的目的。

通過機載MBI板的檢測方法研究，掌握了機載MBI板的工作原理、故障模式分析方法和測試技術，形成了機載MBI板的單板故障檢測和修理能力，提高了MBI板的單板修理深度。

參考文獻

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