Jupiter GPS模塊故障修復(fù)及AT27C1024芯片復(fù)制技術(shù)研究

閆靜濤 趙子罡 余長(zhǎng)江 常聰聰

摘要：通過(guò)研究Jupiter GPS模塊無(wú)法接收GPS信號(hào)的批量故障，分析了該模塊的工作原理，利用軟硬件搭接測(cè)試途徑，完成對(duì)其的單獨(dú)測(cè)試，針對(duì)故障芯片進(jìn)行深入研究，破解、讀出芯片中的BIOS信息，完成芯片的復(fù)制，解決了該故障。

關(guān)鍵詞：Jupiter GPS模塊；AT27C1024-70VI；芯片復(fù)制

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

0 引言

全球定位系統(tǒng)（GPS）是利用美國(guó)24顆GPS地球衛(wèi)星所發(fā)射的信息進(jìn)行導(dǎo)航、定位、授時(shí)等服務(wù)的系統(tǒng)。自1993年GPS系統(tǒng)向世界免費(fèi)開(kāi)放以來(lái)，得到了世界各地各行業(yè)的廣泛應(yīng)用。GPS廣泛應(yīng)用于航空導(dǎo)航、航海導(dǎo)航、大地測(cè)量、石油地質(zhì)勘探、地震預(yù)報(bào)、授時(shí)校準(zhǔn)、自動(dòng)校時(shí)、高程測(cè)量、時(shí)間同步、輸變電工程、疏浚工程測(cè)量驗(yàn)收、車(chē)輛定位、車(chē)輛跟蹤、車(chē)輛導(dǎo)向及防盜等領(lǐng)域。

美國(guó)Rockwell公司生產(chǎn)的Jupiter GPS模塊具有尺寸小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，可方便、自主地開(kāi)發(fā)出各種GPS應(yīng)用系統(tǒng)。該模塊曾大量裝備于我國(guó)部分需要接收GPS信號(hào)的軍民用設(shè)備上。具有如下特點(diǎn)：

● 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(gè)并行衛(wèi)星軌跡通道，能快速識(shí)別和再識(shí)別當(dāng)前位置；

● 支持真正的NEMA-0183數(shù)據(jù)格式；

● 直接微分的RECMSC-104數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)提供定位精確度；

● 自適應(yīng)門(mén)限檢測(cè)，提高微弱信號(hào)的檢測(cè)能力；

● 基于SA的靜態(tài)導(dǎo)航能力；

● 與天線(xiàn)的兼容性強(qiáng)；

● 3D到2D導(dǎo)航時(shí)能自動(dòng)保持緯度；

● 可獲得基于SPS的最佳導(dǎo)航精度；

● 無(wú)初始化數(shù)據(jù)時(shí)可以自動(dòng)開(kāi)啟冷啟動(dòng)程序；

● 通過(guò)串行通信，有很大的操作空間和配置能力；

● 可接收通過(guò)主串口寫(xiě)入的初始化數(shù)據(jù)；

● 具有三種啟動(dòng)方式：熱啟動(dòng)、初始化、冷啟動(dòng)；

● 可以選擇衛(wèi)星；

● 可以選擇衛(wèi)星表面角；

● 最大測(cè)速可達(dá)500m/s；

● 工作溫度范圍為-40℃～+85℃。

1 模塊功能測(cè)試

1.1 模塊構(gòu)成

Jupiter GPS接收模塊由GPS信號(hào)接收、數(shù)據(jù)處理兩大部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。GPS信號(hào)接收部分由Rockwell公司生產(chǎn)的R6732-13主芯片及外圍電路構(gòu)成，主要功能是借助天線(xiàn)接收GPS信號(hào)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行解算，同時(shí)為天線(xiàn)前置放大器提供5V直流供電。數(shù)據(jù)處理部分由Conexant公司生產(chǎn)的11577-11主芯片及外圍電路構(gòu)成，主要功能是完成被解算信號(hào)的數(shù)字化處理，將其轉(zhuǎn)化為RS232信號(hào)，以便和外接設(shè)備通信，該外圍電路中包含美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的AT27C1024-70VI芯片，該芯片為一次性可編程只讀存儲(chǔ)芯片，儲(chǔ)存了芯片初始化所需的BIOS程序。Jupiter GPS接收模塊通過(guò)兩個(gè)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。可通過(guò)這兩個(gè)串口與外部器件或設(shè)備連接，也可用軟件編程或硬件設(shè)置來(lái)配置其串口特性。

該模塊還提供一個(gè)10kHz的參考時(shí)鐘輸出和一個(gè)1pps的時(shí)鐘脈沖（秒脈沖）輸出，可用于時(shí)鐘同步，進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn)，并具備RESET復(fù)位功能，可通過(guò)將RESET置低電平對(duì)其進(jìn)行復(fù)位。

Jupiter GPS接收模塊通過(guò)兩個(gè)接口完成與外接設(shè)備的信息交換，J1為同軸電纜接口，通過(guò)饋線(xiàn)連接外置天線(xiàn)，接收來(lái)自外置天線(xiàn)的信號(hào)，J2為雙排20針DIP結(jié)構(gòu)，主要功能是提供可用的GPS信號(hào)并與外接設(shè)備通信，J2的針腳定義見(jiàn)表1。

1.2 功能測(cè)試

借助TTL-232轉(zhuǎn)USB工具（見(jiàn)圖2）將模塊和工控機(jī)相連接，使用串口1進(jìn)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(duì)模塊的收發(fā)功能進(jìn)行驗(yàn)證，將GPIO2、GPIO3分別置高、低電平，有4種連接方式。

通信驗(yàn)證成功后，使用Jupiter GPS接收模塊所配套的GPS衛(wèi)星接收軟件“WinLabMon”對(duì)模塊接收GPS衛(wèi)星情況進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí)需通過(guò)饋線(xiàn)連接外置天線(xiàn)，并對(duì)天線(xiàn)前置放大器進(jìn)行+5V供電，將外置天線(xiàn)置于空曠的戶(hù)外，連接成功并運(yùn)行軟件后可通過(guò)軟件觀察到GPS衛(wèi)星的數(shù)量、分布、信號(hào)強(qiáng)度及運(yùn)行軌跡，如圖3所示。

2 故障分析及定位

利用TTL-232轉(zhuǎn)USB工具對(duì)故障Jupiter GPS模塊進(jìn)行功能測(cè)試，供電后發(fā)現(xiàn)模塊無(wú)10kHz的參考時(shí)鐘及1pps的時(shí)鐘脈沖（秒脈沖）輸出，主串口無(wú)對(duì)外通信功能，使用串口助手無(wú)法接收到模塊發(fā)出的信息，無(wú)法接收到GPS衛(wèi)星信息，即模塊未啟動(dòng)。

檢查貼片保險(xiǎn)絲未見(jiàn)異常，檢查電阻、電容、二極管等未見(jiàn)擊穿、短路等情況，在線(xiàn)檢查各芯片供電均正常，可滿(mǎn)足芯片的正常工作。使用示波器檢查模塊上的兩個(gè)晶振起振情況，發(fā)現(xiàn)主芯片11577-11外圍與時(shí)鐘控制器相連接的32kHz晶振未起振，更換時(shí)鐘控制器及晶振后故障依舊，判斷故障點(diǎn)不在時(shí)鐘控制器及晶振上，而是其他元器件故障導(dǎo)致晶振不起振和模塊不啟動(dòng)，故將故障點(diǎn)鎖定在以11577-11為主芯片的數(shù)字信號(hào)處理部分。

結(jié)合原理框圖（見(jiàn)圖4）對(duì)模塊再次進(jìn)行分析。數(shù)字信號(hào)處理部分主要由Conexant公司生產(chǎn)的11577-11主芯片、ATMEL公司生產(chǎn)的AT27C1024-70VI及ISSI公司生產(chǎn)的兩個(gè)IS62C256-70TI和一個(gè)32kHz的晶振、時(shí)鐘控制器組成。查閱芯片相關(guān)資料后發(fā)現(xiàn)，IS62C256-70TI為緩存，用于臨時(shí)存放數(shù)據(jù)，掉電后數(shù)據(jù)隨之丟失；AT27C1024-70VI為一次性可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM），寫(xiě)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(jīng)過(guò)對(duì)比，前期已排除晶振及時(shí)鐘控制器故障，故最有可能出現(xiàn)故障的部位是11577-11及AT27C1024-70VI。對(duì)AT27C1024-70VI芯片進(jìn)行更換，故障排除。

3 AT27C1024-70VI芯片

3.1 芯片結(jié)構(gòu)

3.2 芯片破解及復(fù)制

由于封裝原因，無(wú)專(zhuān)用燒寫(xiě)適配器，需要將芯片封裝由TSOP轉(zhuǎn)換為DIP形式，便于和燒寫(xiě)器相連接。采購(gòu)?fù)ㄓ眠m配器座后將其改裝，改裝后滿(mǎn)足燒寫(xiě)器要求，如圖6所示。通過(guò)多種格式的反復(fù)讀出、寫(xiě)入試驗(yàn)，結(jié)合分析奇偶校驗(yàn)、首地址、末地址、累加和等相關(guān)軟件信息，將芯片中的信息成功讀出并復(fù)制了該芯片，芯片中存儲(chǔ)的信息文檔如圖7所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著機(jī)載設(shè)備技術(shù)的更新發(fā)展，航空維修中電路板修理量和修理深度加大，所涉及的內(nèi)存芯片越來(lái)越多，對(duì)所存儲(chǔ)信息破解、讀出、寫(xiě)入的修復(fù)要求也越來(lái)越高。該項(xiàng)目試驗(yàn)的成功將為機(jī)載設(shè)備內(nèi)存芯片信息破解積累一定經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)因該芯片封裝形式為T(mén)SOP40針表貼結(jié)構(gòu)，分解和裝配時(shí)對(duì)手工焊接要求很高，也為IPC手工焊接積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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