火控系统BIT设计与实现

赵 刚 ，任永胜 ，刘 瑞 ，孙 战 ，孔秀文

（1.北方自动控制技术研究所，太原 030006；2.北京陆军军事代表局，北京 100012）

火控系统BIT设计与实现

赵 刚1，任永胜2，刘 瑞1，孙 战1，孔秀文1

（1.北方自动控制技术研究所，太原 030006；2.北京陆军军事代表局，北京 100012）

采用层级BIT设计架构，建立了系统级和模块级BIT系统设计模型。设计了PBIT、CBIT、IBIT测试项探测函数、恢复函数等节点属性的统一数据结构。引入故障树理论设计了PBIT、CBIT、IBIT通用自动遍历故障树测试算法，可以实现多种火控系统的“自下而上”的节点测试和“自上而下”的故障诊断。在某火控系统预研项目的应用表明，本BIT系统的设计方案合理可行，易于维护，可显著提高通用火控系统的测试性和可靠性。

BIT，故障树，火控系统测试

0 引言

按照美军标MIL-STD-1309C定义，机内测试技术（BIT，Build In Test）是指“系统、设备内部提供的检测、隔离故障的自动测试能力”，也即借助于系统、设备内部的故障检测、故障隔离、故障诊断能力建立的自动测试能力［1］。BIT技术的实现不依赖于外部设备，仅依赖于自身内部的硬件或软件实现测试，由系统、设备内部自身给出激励信号、接收相应信号，通过系统判据进行测试结果的判断，从而实现系统、设备的测试功能。研究表明BIT技术可以有效提高系统诊断能力、降低维修时间［1-3］。

目前，武器装备更加注重通用质量特性的提高，新一代武器平台火控系统都具有比较完善的机内测试系统［4-5］，机内测试系统可以对火控系统进行实时监测、发现故障，并将故障隔离至LRU级，甚至SRU级，快速指导维修人员进行维修更换。完善的机内测试系统显著提高了火控系统的测试性、维修性和保障性，以致很多故障可以在一线检测、现场维修，可以有效提高武器装备的通用质量特性。此外，机内测试系统可以显著简化测试维修设备，可以降低火控系统全寿命周期费用。

1 基型火控系统概述

基型火控系统是具有体系架构开放、技术标准统一，能跨平台应用，具有灵活性、组合性和重构性的火控系统通用软硬件平台。综合模块化火控系统定义了信息处理、交互显示、指挥通信、信息传感、武器控制、接口互联不同的功能分区，其中信息处理、交互显示和接口互联功能分区为跨平台共用的最大集合，构成了基型火控系统。基型火控系统采用现场可更换模块（LRM）设计，由多个功能模块组成，根据基型火控系统组成来看，该系统属于典型的分布式系统架构。

2 设计原则与原理

2.1 设计原则

基型火控系统BIT系统遵循下列设计原则：

（1）BIT设计从方案论证开始，与系统设计同步开展；

（2）BIT设计应尽量不影响火控系统的正常工作；

（3）考虑故障检测率和隔离率的要求；

（4）应同时考虑软件监测和硬件检测方法；

（5）BIT设计应具有通用性；

（6）BIT设计应尽量复用系统硬件；

（7）应预留自动测试设备（ATE）的外部接口；

2.2 设计原理

基于BIT开展测试性设计的原理如下：

（1）明确火控系统测试性设计要求。包括火控系统定量要求和定性要求，定量要求包括火控系统故障覆盖率、故障检测率、故障隔离率。

（2）根据火控系统的系统特性，采用自顶向下的原则，确定火控系统的层次结构，将火控系统合理划分为火控系统子功能模块和单元。

（3）开展火控系统的故障模式影响分析（简称为FMEA）和故障模式影响及危害度分析（简称为FMECA）。

（4）在FMEA和FMECA分析的基础上确定BIT设计方法。包括BIT功能要求、测试项的选取、测试总线的选取、测试性设计方法的选取以及运用软件辅助设计等。

（5）进行测试性分析。验证BIT设计是否满足测试性指标要求。

根据部队最新的两级武器装备保障需求，将基型火控系统划分至不同的保障层级，包括基层级和基地级。其中基层级以现场可更换单元（LRU）的直接更换为主，基地级以车间可更换单元（SRU）（含芯片级）的更换与维修为主。基型火控系统通用处理单元的功能原理图如图1所示，属于SOC系统，包括CPU、控制桥片、RAM、ROM、ES以及外围辅助电路和接口。

3 BIT系统设计

3.1 系统组成

表1 综合处理单元层次结构

基于上述BIT设计原则、设计思路和基型火控系统的系统架构，确定了BIT系统采用基于以太网总线的多机分布式系统架构。按照尽可能复用系统硬件资源的原则，BIT与系统共用网络总线。BIT系统采用层级系统架构设计，由火控系统级BIT服务（HK_BIT）、模块级的 BIT服务（RE_BIT）和单元级BIT服务（UN_BIT）组成。RE级的BIT维护负责监测单个模块的健康状况，采集各单元级BIT服务的监测状态，对模块自身的健康进行分析和处理，同时将采集到的原始信息和处理后的信息发送给HK级的BIT服务，火控系统级的BIT服务对所有模块的健康状况汇总后，进行统一处理，并在严重故障发生时，根据通用系统管理决策调度所有模块进行重构。其系统组成如图2所示。

HK_BIT实现模块级状态监测、模块级故障处理和BIT检测命令的分发。HK_BIT驻留于主控制模块通过应答信息监测模块级状态，同时接收模块级BIT服务上报的故障信息，并进行故障过滤、故障恢复、故障记录、故障隔离、故障显示和故障处理等功能。

RE_BIT负责各自模块内部UN_BIT的检测的触发，及模块内检测结果的过滤、故障恢复、故障记录、故障隔离等功能。

UN_BIT负责单元级的检测及检测结果的初步处理。UN_BIT检测项覆盖模块内主要单元级组件或芯片。

3.2 工作原理

3.2.1 故障树分析法

故障树分析法（FTA）是分析系统可靠性和安全性的一种系统性分析方法。可以用来分析系统故障产生的原因，计算系统各个组成单元的可靠度以及对整个系统的影响。以此找出系统的薄弱环节，并在设计中采取设计改进措施，实现优化设计。本文采用演绎法建立通用火控系统的故障树模型，并建立了RE级、UN级的逻辑关系以及层次结构，如图3所示。

3.2.2 系统BIT检测与故障诊断

（1）BIT探测项及探测方法

BIT探测的目的是为获取被测模块、单元的状态。如前文所示，模块级的状态通过应答信息监测模块级状态，方法较为成熟，这里不再详细描述。本章节主要描述单元级测试项及其测试方法。基型火控系统的通用处理单元通常包括CPU、控制桥片、RAM、ROM、ES以及外围辅助电路和接口。通过前文所述的综合处理单元层次结构梳理出的芯片，结合火控系统测试性指标要求，列出基型火控系统各个LRM模块中的中的单元级BIT可测试项目，测试项包括CPU、RAM、ROM、网卡、接口等，部分测试项如表2所示。

（2）BIT检测流程

BIT检测时，系统启动进行BIT检测，根据预设的故障树“至下而上”进行故障树的遍历。如下页图4所示，过程如下：调取故障树的BIT节点探测函数及恢复函数，执行探测函数，记录探测结果；发现故障时，执行该BIT探测节点的恢复函数，故障恢复成功，则遍历下一BIT探测节点；故障不能恢复时，上溯故障树的上一级节点，调取上一节点的恢复函数进行故障恢复，并进行故障的存储、显示；直到上溯到故障树的最上层节点进行故障恢复。

表2 探测函数及探测方法

（3）BIT诊断流程

故障诊断时，系统启动进行BIT检测，根据预设的故障树“至上而下”进行故障树的遍历。如图5所示，过程如下：根据故障现象调取故障树的BIT节点探测函数，执行探测函数，记录探测结果；发现故障时，调用该基本事件下级节点执行该节点的探测函数，进行故障树下级节点的故障诊断。直到遍历到预设故障树的底层叶子节点，即可把故障隔离至故障树的叶子节点（芯片级或者SRU级）；根据故障节点的恢复函数，可以进行全面的故障恢复。

4 BIT系统功能设计

BIT系统功能性设计包括BIT检测的类型、时机、检测内容以及检测结果的处理。BIT接口及功能如表3所示。

表3 BIT接口及功能

4.1 PBIT

加电BIT（PBIT）用于系统上电过程中，系统初始硬件状态和软件加载项的检测，包括部分RE_BIT和UN_BIT。模块在初始加载，应用加载前，PBIT作为系统初始启动过程自动运行，在模块上电时进行测试，并将测试结果保存在模块中，并上传测试信息。

4.2 CBIT

周期BIT（CBIT）用于系统正常运行时，对综合电子系统模块健康状态进行连续的在线检测。周期BIT的运行不影响系统正常功能的执行。当周期BIT检测到影响可能会系统正常工作的故障时，通过人机提示接口提示到人机界面。周期BIT的检测结果保存在模块中，可以主动上传测试信息。

4.3 IBIT

维护BIT（IBIT）用于故障诊断、故障隔离，并提供了较为完善的故障恢复手段。作为故障诊断的主要部分用于检查模块软硬件的状态。为了在故障定位期间有帮助，IBIT执行模块的全面的测试。在模块运行中根据HK_BIT或RE_BIT的指令对模块进行测试，将测试结果存储在模块中，上传测试信息或由系统获取。

系统运行时，PBIT、CBIT、IBTI由 HK_BIT 服务下发BIT检测命令，各个模块内部的RE_BIT服务解析该指令，并进行模块级和单元级的BIT检测。RE_BIT和UN_BIT的所有节点设计包括节点名称、BIT属性、探测函数、恢复函数、节点标志位、节点遍历值等节点属性的统一数据结构。在故障树遍历时，仅需对比各探测项（节点）是否具有PBIT、CBIT、IBTI属性，以此判断是否需要对该节点进行探测；同时，统一设计的节点数据结构存储于数据库中，实现故障树遍历算法与故障树、探测函数的分离，后续修改、删减BIT探测项仅需通过数据库维护即可。同时3种BIT检测均预留软件接口，可以完成与自动测试设备（ATE）的对接。

5 结论

建立了分布式基型火控系统分层级的BIT架构，首次将火控系统测试能力从LRU级提高至SRU级。设计了易于维护的通用PBIT、CBIT、IBIT节点属性的统一数据结构，引入故障树理论设计了通用自动遍历故障树测试算法。该故障树遍历算法与故障树、节点数据结构相分离，使得基型火控系统BIT在跨平台应用时，仅需建立新的基型火控系统的故障树和数据库中的节点数据结构，即可实现基型火控系统BIT的跨平台应用。在某预研项目的应用表明，方案合理可行，易于维护，可显著提高火控系统的测试性和可靠性。

［1］刘少伟，郑文荣.BIT技术发展与应用研究［J］.理论与方法，2011，7（5）：23-26.

［2］王厚军.可测性设计技术的回顾与发展综述［J］.中国科技论文在线，2008，3（3）：52-58.

［3］张小林，刘海彬.电子系统BIT设计技术初探［J］.中国测试技术，2008，34（3）：80-83.

［4］王勇.机内测试技术的发展与应用［J］.飞航导弹，2011，31（2）：24-27.

［5］胡瑜，韩银，李晓维.SoC可测试性设计与测试技术［J］.计算机研究与发展，2005，42（1）：153-162.

［6］张万君，李静阳，牛敏杰，等.坦克火控系统故障的多线程数据采集方法［J］. 兵器装备工程学报，2016，36（11）：44-48.

Design for Fire Control System BIT

ZHAO Gang1，REN Yong-sheng2，LIU Rui1，SUN Zhan1，KONG Xiu-wen1
（1.North Automatic Control Technology Institute，Taiyuan030006，China；2.Beijing Army Representatives Bureau，Beijing 100012，China）

The design model of system-level and module-level BIT system are established based on hierarchical BIT design.The unified data structure of PBIT，CBIT，IBIT test item including detection function and recovery function are designed.Fault tree theory is introduced to BIT system and the PBIT，CBIT，IBIT universal automatic traversal fault tree test algorithm is designed，which can realize the bottom-up node test of integrated electronic system and top-down fault diagnosis.In a general fire control system advanced project application show that the scheme of online health monitoring and fault diagnosis based on BIT is reasonable and feasible，easy to maintain，and can improve general fire control system testability and reliability.

BIT，fault tree，fire control system test

E92；TP273

A

10.3969/j.issn.1002-0640.2017.11.35

1002-0640（2017）11-0165-04

2016-09-09

2016-11-07

赵 刚（1974- ），男，山西阳泉人，研究员。研究方向：火控系统总体技术。