某型飛機多功能顯示器和平顯畫面黑屏問題分析

孫洋/江蘇金陵機械制造總廠

0 引言

在某型飛機航電系統中，顯示控制與任務管理子系統是飛行員和戰機進行人機交互的重要媒介，其中綜合任務處理機（IMP）是飛機判定各種飛行狀態、遂行戰訓任務的計算處理核心，多功能顯示器和平顯是飛機座艙的重要顯示設備，一旦發生顯示畫面黑屏問題，對飛行員操控飛機、感知戰場態勢都會造成極大的困難，影響戰訓任務的完成。下面就某起典型的多功能顯示器和平顯黑屏問題進行故障分析，對多功能顯示器、平顯的工作原理和顯示邏輯進行梳理和歸納，為類似黑屏故障的排除提供 參考。

1 故障情況

2 原理分析

某型飛機在某次通電檢查中發現，航電系統上電后，座艙內4 臺多功能顯示器畫面依次顯示“無信號”“雙口無數據”“光纖未連接”“光纖未上網”“正在解析DF（數據融合）文件”直至畫面黑屏，平視顯示器畫面卡在“Waiting For Load DF”不動。

現象發生約2min 后，對航電系統進行下電再上電操作，現象和顯示過程一致，黑屏復現。手動按壓“降級”鍵，航電系統進入降級狀態，多功能顯示器和平顯畫面顯示正常。手動退出“降級”，平顯畫面顯示“Waiting For Load DF”，多功能顯示器畫面又變為黑屏。手動進入“應急”狀態，前、后艙左多功能顯示器進入應急顯示模式，工作正 常。

2.1 多功能顯示器工作原理

2.1.1 多功能顯示器交聯關系

多功能顯示器（MFD）一共4 臺，其功能和性能完全相同，通過GJВ289A總線、RS422 總線、HВ6096 總線、離散量和DVI 視頻等多種接口與多功能顯示器主處理單元（MFD-HPU）、IMP及其他外部設備交聯通信，具有正常、降級和應急三種顯示狀態。交聯關系如圖1 所示。

正常顯示狀態下，主處理單元會接收IMP 發送的光纖（FC）通信數據和DVI 視頻畫面，通過計算將畫面發送到多功能顯示器顯示。降級顯示狀態下，多功能顯示器會從GJВ289A 總線獲取IMP 的畫面控制指令和數據。應急顯示狀態下，多功能顯示器通過RS422 總線、HВ6096總線和離散量等接口獲取數據，并自主進行畫面顯示，此時只有前、后艙左多功能顯示器工作。

圖1 多功能顯示器與綜合任務處理機交聯關系

2.1.2 多功能顯示器啟動流程

在航電系統正常啟動模式中，多功能顯示器主處理單元通過主處理模塊（HPM）驅動顯示畫面，主處理模塊通過FC 與IMP 交聯，具體啟動過程見 圖2。

多功能顯示器的啟動過程分為以下步驟：

1）多功能顯示器主處理單元（MFD-HPU）電源模塊上電后，圖形處理模塊（GPM）應用程序開始運行，此時多功能顯示器顯示“無信 號”。

2）主處理單元中主處理模塊（HPM）應用程序開始運行，多功能顯示器顯示“雙口無數據”。

3）主處理模塊讀取本地存儲的DF文件過程中，多功能顯示器依次顯示“光纖未連接”“網絡管理未就緒”“光纖未上網”。

4）主處理模塊向IMP 發送DF 文件版本，此時多功能顯示器顯示“正在啟動，等待版本一致”。

5）IMP 顯控軟件判斷多功能顯示器主處理單元上報的DF 文件版本與存儲器模塊（MM）中存儲的DF 文件版本是否一致：當版本一致時，多功能顯示器顯示“正在解析DF 文件”，隨后進入正常顯示畫面；當版本不一致時，MM 模塊向多功能顯示器主處理單元發送DF 文件，多功能顯示器主處理單元接收到新DF 文件之后存儲并發送版本給IMP 再次請求版本比對（重復4、5 步驟），直到版本一致。隨后畫面依次顯示“正在加載DF 文件”“DF 文件加載完畢”，最后進入正常顯示畫 面。

2.2 平視顯示器工作原理

2.2.1 平視顯示器交聯關系

平顯（HUD）的電子組件（HUDEU）通過FC 總線和GJВ289A 總線接收IMP 的顯示控制指令和參數，驅動顯示組件（HUD-DU）顯示筆畫字符畫面。平視顯示器與IMP 交聯關系如圖3 所 示。

正常顯示狀態下，平顯電子組件會同時接收FC 通信網絡和GJВ289A 總線數據，此時以FC 通信數據傳輸為主顯示畫面內容。降級模式下，平顯通過GJВ289A 總線獲取IMP 的顯示數據來顯示畫面。

2.2.2 平視顯示器啟動流程

平顯畫面啟動過程如圖4 所示。

平顯啟動過程分為以下步驟：

1）平顯電子組件電源模塊（PCM）上電后，在數據處理模塊（DPM）中控制管理通信軟件未啟動時，平顯顯示“Waiting For Data”的畫面。

2）控制管理通信軟件啟動后，平顯顯示“滿天星”畫面。

圖2 多功能顯示器畫面啟動流程

3）控制管理通信軟件進行初始化工作，FC 總線初始化成功，顯示“NC is Ready”。

4）在IMP 與平顯電子組件建立FC連接之后，平顯顯示“Waiting For Load DF”。此時，平顯電子組件將本地存儲的DF 文件版本發送給IMP。

5）IMP 顯控軟件將平顯電子組件上報的DF 文件與MM 模塊中的DF 文件進行版本比對：當DF 文件版本一致時，平顯接收IMP 的畫面信息，開始解析并繪圖；當DF 文件版本不一致時，IMP 的MM 模塊給平顯發送新的DF 文件，平顯接收到新DF 文件之后存儲并發送版本給IMP 再次請求版本比對（重復4、5 步驟），直到版本一致，平顯畫面開始解析并繪圖；當IMP 顯控軟件未給平顯發送比對結果信號，平顯間隔50ms 后再發送版本比對請求，一共發送3 次，若一直未收到IMP 顯控軟件返回的比對結果，平顯則不再發送版本比對請求。平顯處于等待狀態，直到接收到新的指令，此時平顯一直顯示“Waiting For Load DF”。

3 故障分析

3.1 多功能顯示器故障分析

在本次故障中，當航電系統進入到降級模式時，FC 網絡通信被切斷，多功能顯示器通過GJВ289A 總線與IMP交聯，此時能夠進入正常降級顯示畫面。當系統進入應急模式時，FC 網絡和GJВ289A 總線通信同時被切斷，此時能夠進入正常應急顯示畫面，說明多功能顯示器和GJВ289A 通信都正常，其他如RS422 總線、HВ6096 總線、離散量通信都正常，故可排除顯示器硬件 故障。

圖3 平視顯示器與綜合任務處理機交聯關系

圖4 平視顯示器畫面啟動流程

通過對多功能顯示器的啟動流程分析可發現，畫面已顯示“正在解析DF文件”，說明FC 通信正常，顯示畫面黑屏可能由無顯示內容或無畫面狀態導致，這兩種情況分別發生在加載DF 文件和接收IMP 指令階段，對應圖2 中的P6 和P7 過程。由此可推斷，此故障由三個方面原因導致，分別為主處理單元DF 文件無效、IMP 顯控指令無效和IMP 繪圖指令無效。故障樹如圖5 所示。

3.1.1 主處理單元DF 文件無效

導致主處理單元DF 文件無效有兩種可能原因：主處理單元FLASH 存儲芯片故障或者主處理單元DF 文件加載過程失敗。

1）主處理單元FLASH 存儲芯片失效

多功能顯示器主處理單元內存儲DF 文件的FLASH 存儲芯片失效會導致文件被破壞，無法正常解析DF 文件，應用程序將對DF 文件做丟棄處理，因而在收到IMP 顯控軟件發送的版本一致命令后無法顯示預先定義的畫面（存儲在DF 文件中），顯示為黑屏，對應啟動過程為圖2 中P5、P6。由于四臺多功能顯示器同時出現黑屏現象，而四臺主處理單元FLASH 存儲芯片同時損壞的概率極低，加之在切換“降級”和“應急”模式時多功能顯示器可工作正常，說明主處理單元FLASH存儲芯片正常，故此故障原因可排 除。

圖5 多功能顯示器黑屏故障樹

2）主處理單元DF 文件加載失敗

當主處理單元與IMP 中MM 模塊的加載協議執行錯誤時，可導致DF 文件加載異常。主處理單元接收到由MM模塊發送的DF 文件后，未對DF 文件版本的合法性進行校驗，而是直接對FLASH 芯片進行擦除和固化，覆蓋原有的DF 文件。此現象會導致當主處理單元收到無效的DF 文件時覆蓋原有DF文件信息，造成主處理單元無法正常解析，應用程序對DF 文件做丟棄處理。此時，在收到IMP 顯控軟件發送的版本一致命令后，無法正常顯示預先定義的畫面（存儲在DF 文件中），即顯示為黑屏，對應啟動過程為圖2 中P5、P6。由于四臺主處理單元同時接收到無效的DF 文件會導致加載錯誤同時黑屏，符合故障現象，故MM 模塊發送異常DF 文件為潛在故障原因。

3.1.2 IMP 顯控指令無效

IMP 顯控指令無效主要有兩種情況：顯示畫面活動指令無效或者畫面可見指令無效。

1）顯示畫面活動指令無效

當主處理單元加載DF 文件正確的情況下，主處理單元對DF 文件內容進行成功解析，如果此時無法收到由IMP 顯控軟件發送的畫面活動請求指令（ACTIVE 指令，此指令在A661 協議中，定義為畫面調顯初始指令），顯示器將無法進入繪圖數據接收，顯示為黑屏，對應啟動過程為圖2 中P6、P7 和P8。由于系統切換“降級”模式時顯示器畫面顯示正常，說明畫面活動指令能夠正常接收，故此故障原因可排 除。

2）顯示畫面可見指令失效

當DF 文件正確情況下，主處理單元完成解析，但無法收到由IMP 發送的顯示畫面可見指令（VISIВLE 指令，此指令在A661 協議中，定義為畫面調顯顯示指令，在ACTIVE 指令之后發出），如果收不到此指令，顯示器將顯示為黑屏，對應啟動過程為圖2 中P6、P7 和P8。由于系統切換“降級”模式時顯示器畫面顯示正常，說明顯示畫面可見指令能夠正常接收，故此故障原因可排 除。

3.1.3 IMP 繪圖指令無效

IMP 發送的顯示繪圖指令無效，會導致顯示異常。當DF 文件正確且活動請求和可見請求正確時，IMP 仍可在繪圖指令中控制每個圖符的顯示和隱藏，包括大量的容器部件，如果所有的容器部件被設置為不可見，則顯示為黑屏，對應啟動過程為圖2 中P8。由于系統切換“降級”模式時顯示器畫面顯示正常，說明繪圖指令能夠正常接收，故此故障原因可排除。

綜上所述，多功能顯示器主處理單元接收并加載的DF 文件異常為潛在故障原因（圖2 中藍框部分）。

3.2 平視顯示器故障分析

在本次故障中，當系統進入降級模式時，光纖網絡通信被切斷，此時平顯畫面顯示正常，說明平顯能夠正常工作，故可排除平顯顯示組件故障。

通過對平顯正常模式啟動流程分析，平顯顯示“Waiting For Load DF”的畫面發生在平顯與IMP 進行DF 文件版本比對和解析階段，說明光纖通信正常，對應啟動過程為圖4 中的P3。由此可推斷，造成平顯畫面卡滯是由平顯DF文件比對失敗導致未成功加載造成。故障樹如圖6 所示。

圖6 平顯畫面黑屏故障樹

導致DF 文件版比對失敗有兩種可能原因：平顯存儲DF 文件的FLASH存儲芯片故障或者IMP 的顯控軟件未向平顯返回DF 版本一致結果。

3.2.1 平顯存儲DF 文件的FLASH 存儲芯片故障

平顯內DF 文件存儲在平顯電子組件（HUD-EU）數據處理模塊（DPM）的FLASH 存儲芯片中，當芯片損壞時會造成數據處理模塊訪問失敗，平顯會將默認的DF 文件版本上報給IMP 的顯控軟件。IMP 的顯控軟件進行DF 文件比對后發現與IMP 的MM 模塊中DF文件不一致，會將MM 模塊中的DF文件發送給平顯數據處理模塊。由于FLASH 存儲芯片訪問故障，接收到的DF 文件無法正常存儲，平顯將停留在加載DF 文件階段，畫面顯示“Waiting For Load DF”。根據故障現象，平顯上電后程序一直執行到“Waiting For Load DF”階段，切換到降級模式后，平顯可以正常顯示畫面，表明平顯數據處理模塊的FLASH 存儲芯片讀寫正常不存在訪問故障，故此故障原因可排 除。

3.2.2 IMP 的顯控軟件未向平顯返回DF版本一致結果

平顯在獲取到本地DF 文件版本后，通過FC 通信給IMP 的顯控軟件發送DF 版本請求，若未收到版本比對結果，則平顯間隔50ms 后再發送版本比對請求，一共發送3 次，若一直未收到IMP 顯控軟件返回的比對結果，平顯則不再發送版本比對請求，隨后進入等待狀態，直到接收到新的指令。此故障中平顯一直停留在“Waiting For Load DF”的畫面，表明平顯一直在等待DF版本一致的結果。當系統進入降級模式時，此時平顯與IMP 間FC 通信被切斷，平顯能夠正常顯示，此情況符合故障現 象。

綜上所述，平顯未接收到版本一致指令是平顯畫面卡滯的潛在故障原因（圖4 中藍框部分）。

4 故障定位及處理措施

4.1 具體故障定位

綜合上述兩產品的故障分析，可將兩種故障現象合并排查，故障原因歸納為IMP 中DF 文件讀取異常，導致兩產品中DF 文件未成功加載。

由于IMP 的DF 文件存儲于MM模塊中，故對MM 模塊進行潛在故障分析。MM 模塊負責本地數據加載和存儲管理，在IMP 通電啟動中，MM 模塊發生故障會導致發送無效的DF 文件，進而導致顯控軟件無法正常進行文件版本比對，最終畫面無法正常啟動，符合此次顯示畫面黑屏的故障現象。MM 模塊故障樹如圖7 所示。

圖7 存儲器模塊故障樹

造成MM 模塊故障的原因可分為以下三種情況：模塊自檢錯誤、模塊啟動故障和模塊光纖（FC）通信故障。

4.1.1 模塊自檢測錯誤

模塊自檢測錯誤可由四類元器件故障導致：處理器（CPU）自檢測故障、動態存儲器（DDR）自檢測故障、FLASH 芯片自檢測故障和電子盤自檢測故障。

1）CPU 自檢測故障會導致底層系統管理軟件向系統級GSM 上報MM 模塊CPU 自檢測故障信息。如果MM 模塊CPU故障，會導致MM模塊無法啟動，此時MM 模塊上程序無法運行。

2）DDR 自檢測故障會導致底層系統管理軟件向系統級GSM 上報MM模塊DDR 自檢測故障信息，此時會導致MM 模塊無法正常讀取模塊儲存 數據。

3）FLASH 芯片自檢測故障會導致底層系統管理軟件向系統級GSM 上報MM模塊FLASH芯片自檢測故障信息，進而導致MM 模塊工作異常。

4）電子盤自檢測故障會導致RE 級系統管理軟件向系統級GSM 上報MM模塊電子盤自檢測故障信息，此時會導致電子盤中存儲的數據損壞。

4.1.2 模塊啟動故障

MM 模塊啟動故障會導致模塊上程序無法正確運行，此時輸入輸出模塊（IOM）會接收不到MM 模塊上的生命消息信息，模塊無法啟動。

4.1.3 MM 模塊FC 通信故障

MM 模塊光纖子卡故障會導致模塊上電后FC 通信不正常，此時輸入輸出模塊（IOM）接收不到MM 模塊上的生命消息信息，模塊數據無法傳輸。

經過對MM 模塊內部元器件檢測，發現模塊中電子盤存在故障，故導致IMP 向多功能顯示器主處理單元和平顯電子組件發送了無效的DF 文件數據，從而使DF 文件加載協議未成功執行，造成平顯運行到“Waiting For Load DF”停滯顯示；且由于多功能顯示器主處理單元軟件在不判定接收DF 數據有效性情況下直接將主處理單元原有DF文件覆蓋，造成四臺多功能顯示器顯示黑屏。

在更換了IMP 中MM 模塊中的電子盤后，產品恢復裝機，系統上電，故障消除。

4.2 處理措施

1）IMP 顯控軟件增加容錯機制：當顯控軟件收到主處理單元和MM 模塊上報的版本號時，對校驗規則進行合理性優化；當發送的DF 文件版本號不符合校驗規則時，進行故障上報。

2）IMP 數據管理軟件增加容錯機制：在獲取DF 文件版本及加載DF 文件數據過程中，如果從電子盤讀取DF文件錯誤，不進行數據發送操作。該措施可以避免數據管理軟件向主處理單元、平顯電子組件、頭顯電子組件等發送無效的DF 數據。

3）多功能顯示器主處理單元增加容錯機制：當多功能顯示器主處理單元收到由MM 模塊發送的數據時，對DF文件版本號校驗規則進行合理性優化，當發送的DF 文件版本號不合法時，不進行主處理模塊FLASH存儲芯片擦除，保留原FLASH 存儲芯片上的DF 文件內容。該措施可解決本次故障引發的顯示器黑屏現象。

4）完善MM 模塊電子盤故障隔離策略，當電子盤出現故障時應用程序能夠迅速感知并終止對電子盤的讀寫操作。該措施可以避免電子盤故障對應用程序正常運行的干擾。

5 結束語

平顯和多功能顯示器畫面顯示黑屏是某型飛機航電系統外場典型故障之一。由于IMP 的集成度高、計算工作量大，其內部模塊故障高發，在復雜的航電系統交聯關系中，任意一處模塊級故障都可能引發其他機載設備的工作異常。通過本次對多功能顯示器和平顯的工作原理和故障樹的分析，以及制定的后續處理措施，能夠為未來可能遇到的相關故障提供理論支撐和依據，從而有效縮短外場排故周期，提高排故效率，減輕外場維護保障工作的壓 力。