某型潜艇雷达计算机组件测试仪*

徐小杰

(海军702厂 上海 200434)



某型潜艇雷达计算机组件测试仪*

徐小杰

(海军702厂 上海 200434)

针对某型潜艇雷达计算机组件故障率高、系统排故效率低、配备检测设备操作复杂度高等问题,研制潜艇雷达计算机组件检测仪,用于计算机组件故障的高效隔离。根据雷达计算机组件的功能特点及输入输出关系,研究其测试原理,给出PC104架构的测试仪总体设计方案。重点研究数字I/O板卡功能模块及伪穷举故障诊断方法。结果表明,该设计能够实现64位信号的同步输入输出,大幅提高检测效率和设备运行可靠性。

测试设备; PC104; 伪穷举故障诊断

Class Number TN818

1 引言

雷达计算机用来完成探测和跟踪水面目标,雷达计算机由运算器、控制器、只读存储器、运算存储器、信号变换器等组成,主要用于接收目标探测分类器、同步器、天线旋转增量部件、数据变换器等部件发送的信号,并对接收信息进行运算、存储、显示,同时接收来自操控台的指令信息,调用相应程序对检测目标进行跟踪预警处理,是雷达系统的重要组成部分。

潜艇的长时间服役,导致雷达计算机组件的元器件老化,组件故障多发。然而随艇配备的计算机组件检测设备需要专业人员逐步排故,操作复杂度高,测试效率低下。为提高排故效率及操作便捷度,本文设计了一种基于PC104总线架构[1～2]、伪穷举测试法故障诊断[3]的计算机组件测试仪。该测试仪具备64位信号同步输入输出功能,可灵活配置组件输入信号,快速读取信号回馈,高效进行故障定位。

2 总体设计方案

雷达计算机包含23种组件,每种组件板卡包含88路管脚,对应88路信号。各组件板卡I/O属性不同,所需检测信号的种类、脉冲宽度、频率也各不相同。为检测该23种计算机组件板卡,同时考虑兼容性与灵活性,设计基于可编程逻辑器件的组件适配器,并开发23种配套管脚适配程序以及板卡检测程序。检测信号由PC104主板通过ISA总线发送至数字I/O板卡功能模块,经信号处理后到达计算机组件适配器,最终分配至被测组件。通过被测组件反馈信号与标准数据库的比对分析,进行故障判定。计算机组件测试仪总体设计方案如图1所示。

图1 雷达计算机组件测试仪总体设计方案

3 硬件设计

测试设备硬件主要由PC104主板、数字I/O功能板卡、单板适配器、电源模块和测试对接电缆等组成。

1) PC104主板。此主板作为工业控制核心模块,功能强大,资源丰富,采用ATMEL AT91RM9200低功耗处理器(ARM9),主频180MHZ,200MIPS,最大可支持128MByte SDRAM,通过总线支持单色屏(显示分辨率最高为320×240),功能接口包括触摸屏接口、10M/100M以太网接口、USB接口、串口、CAN总线接口、TWI接口、SPI总线接口、矩阵键盘接口、GPIO、实时时钟、JTAG接口等。配置液晶显示屏、鼠标键盘等设备后,可构成功能强大的嵌入式工业计算机,通过ISA总线和PCI总线对功能板进行控制,完成对23种被测组件的故障检测。

2) 电源模块。电源模块的主要功能是通过线性稳压电路将输入的220V/50Hz交流电转换为多路直流电源,以供内部功能模块使用。

3) 数字I/O功能板卡。数字I/O功能板卡集数字信号发送、接收于一体,主要作用是发送雷达计算机组件所需不同性质及类型的数字信号,同时读取雷达计算机组件的反馈信号,供后台程序调用比对,主要功能如下:

图2 信号接收/发送原理图

(1)信号的接收/发送。待接收/发送数据的地址由10位ISA总线地址经编码器编码生成,各为4路。待发送数据由ISA总线提供,每路消息字为16位。每路地址对应的16位数据由锁存器锁存后,经缓冲器发送至被检测计算机组件。待接收数据(计算机组件产生的反馈信号)经缓冲器-锁存器-缓冲器以相反的方向进入ISA总线,接收到的数据与标准数据库进行对比后,判断计算机组件是否故障,原理图如图3。图中缓冲器的作用为保护数字I/O功能板卡中的大规模集成电路FPGA免受尖峰脉冲信号的影响,大大降低功能板卡的故障发生率。

(2)时钟及单脉冲电路。为提供计算机组件所需的不同信号源,设计16位时钟、单脉冲电路,该电路高八位为不同频率的时钟信号,低八位为不同频率的单脉冲信号,时钟信号经有源晶振分频获得。单脉冲产生电路如图3所示。

图3 单脉冲产生电路

4) 单板适配器。计算机组件种类多样,且各组件I/O管脚属性各不相同,采用人工匹配检测的方式,不仅工作量大、操作繁琐而且效率低下。本文设计的计算机组件检测仪包含的单板适配器,可为23种计算机组件烧写23种特定检测程序,实现板卡匹配的准确无误,大大提高检测效率,降低操作复杂度。单板适配器的原理图如图4所示。

图4 单板适配器原理图

4 软件设计

雷达计算机组件中的控制保护电路绝大多数为组合逻辑电路,因此对组合逻辑电路故障定位的准确性是计算机组件故障检测的关键。对组合逻辑电路故障诊断方法通常包括穷举测试法、测试码生成法和伪穷举测试法等[4～5]。穷举测试法和测试码生成法适用于雷达板级中的简单组合逻辑电路诊断,单对于大型复杂的组合逻辑电路,穷举测试法存在测试矢量多、测试工作量大、测试时间长的缺点[6],而测试码生成法则存在计算复杂、计算量大、计算时间长的缺点[7～9]。本文选用的伪穷举测试法,将复杂的组合逻辑电路进行分块,对被分块的每一部分电路进行穷举测试,可大大减少计算工作量、测试矢量数目及测试工作量[3]。

测试仪的软件设计是在Windows XP操作系统和embedded VC++4.0编程开发环境支持下完成的,测试软件的总体逻辑流程如下图5。

图5 测试软件的总体逻辑流程图

每种计算机组件均被分为N个独立的功能模块,各功能模块的反馈数据与标准数据库进行对比判定,若数据错误即反馈相应的错误代码,从而针对性地进行故障诊断,否则即代表组件正常。

以计算机组件某功能模块的故障检测为例,核心代码如下:

for (sendDO_exern_num=0;sendDO_exern_num<1024;sendDO_exern_num++)

{

IOstart= InitI/O(0x300,0x4c5d);//初始化被检测电路

SetPortWord(HwCtrl,0x302,i);//穷举发送数据i(0～1024)

receive_DI=GetPortWord(HwCtrl,0x308);//数据接收

ltoa(receive_DI,ss1,10);//接收数据转换

ltoa(Standard_DB[i],ss2,10);//标准数据库数据转换

sprintf(xs1,"%-5s%-10s%-10s",ss1,ss2,i);//接收、标准数据输出至显示框1

if(Standard_DB[i]==receive_DI)//接收数据与标准库数据对比

{

strcpy(xs2,"正确！")//对比正确,显示正常

num++;

}

else

{

strcpy(xs2,"数据有误！");//对比有误

sprintf(xs2,"%-10s", i);//反馈错误代码i到显示框2

}

MesRopt1();//对话框数据刷新显示

}

if(num ==1024)//所有数据正常

{

strcpy(xs2,"检测完毕,所有数据正常！");

}

MesRopt1();//对话框数据信息刷新显示

}

5 结语

基于PC104总线架构和伪穷举测试法故障诊断法,开发了某型潜艇雷达计算机组件测试仪。实际应用表明,该测试仪设计合理,运行可靠稳定,操作维护简单方便,故障定位快速准确,完全满足某型潜艇雷达计算机组件的测试需要。

[1] 杨军锋,朱家海,谢红星.航空测试仪器中的PC104总线技术[J].空军工程大学学报:自然科学版,2000,1(4):13-16.

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Test Instrument for Radar Computer Components in Certain Type Submarine

XU Xiaojie

(No. 702 Factory of Navy, Shanghai 200434)

For the problems of high error rate, low troubleshoot efficiency and high operation complexity of equipped testing equipment for radar computer components in certain type submarine, the efficient test instrument is designed to isolate fault components quickly and accurately. A design frame of test instrument based on PC104 is presented according to the characteristic and relationship with input and output. This paper focuses on digital I/O board module and fault diagnosis method based on pseudo-exhaustive test. The results demonstrate that the design can realize the 64bit test signal receiving and sending synchronous, have a substantial increase in test efficiency and reliability of instrument running.

test instrument, PC104, pseudo-exhaustive test fault diagnosis

2014年7月10日,

2014年8月29日

徐小杰,男,硕士,工程师,研究方向:专业电子工程。

TN818

10.3969/j.issn1672-9730.2015.01.029