某型飞机多功能显示器和平显画面黑屏问题分析

孙洋/江苏金陵机械制造总厂

0 引言

在某型飞机航电系统中，显示控制与任务管理子系统是飞行员和战机进行人机交互的重要媒介，其中综合任务处理机（IMP）是飞机判定各种飞行状态、遂行战训任务的计算处理核心，多功能显示器和平显是飞机座舱的重要显示设备，一旦发生显示画面黑屏问题，对飞行员操控飞机、感知战场态势都会造成极大的困难，影响战训任务的完成。下面就某起典型的多功能显示器和平显黑屏问题进行故障分析，对多功能显示器、平显的工作原理和显示逻辑进行梳理和归纳，为类似黑屏故障的排除提供 参考。

1 故障情况

2 原理分析

某型飞机在某次通电检查中发现，航电系统上电后，座舱内4 台多功能显示器画面依次显示“无信号”“双口无数据”“光纤未连接”“光纤未上网”“正在解析DF（数据融合）文件”直至画面黑屏，平视显示器画面卡在“Waiting For Load DF”不动。

现象发生约2min 后，对航电系统进行下电再上电操作，现象和显示过程一致，黑屏复现。手动按压“降级”键，航电系统进入降级状态，多功能显示器和平显画面显示正常。手动退出“降级”，平显画面显示“Waiting For Load DF”，多功能显示器画面又变为黑屏。手动进入“应急”状态，前、后舱左多功能显示器进入应急显示模式，工作正 常。

2.1 多功能显示器工作原理

2.1.1 多功能显示器交联关系

多功能显示器（MFD）一共4 台，其功能和性能完全相同，通过GJВ289A总线、RS422 总线、HВ6096 总线、离散量和DVI 视频等多种接口与多功能显示器主处理单元（MFD-HPU）、IMP及其他外部设备交联通信，具有正常、降级和应急三种显示状态。交联关系如图1 所示。

正常显示状态下，主处理单元会接收IMP 发送的光纤（FC）通信数据和DVI 视频画面，通过计算将画面发送到多功能显示器显示。降级显示状态下，多功能显示器会从GJВ289A 总线获取IMP 的画面控制指令和数据。应急显示状态下，多功能显示器通过RS422 总线、HВ6096总线和离散量等接口获取数据，并自主进行画面显示，此时只有前、后舱左多功能显示器工作。

图1 多功能显示器与综合任务处理机交联关系

2.1.2 多功能显示器启动流程

在航电系统正常启动模式中，多功能显示器主处理单元通过主处理模块（HPM）驱动显示画面，主处理模块通过FC 与IMP 交联，具体启动过程见 图2。

多功能显示器的启动过程分为以下步骤：

1）多功能显示器主处理单元（MFD-HPU）电源模块上电后，图形处理模块（GPM）应用程序开始运行，此时多功能显示器显示“无信 号”。

2）主处理单元中主处理模块（HPM）应用程序开始运行，多功能显示器显示“双口无数据”。

3）主处理模块读取本地存储的DF文件过程中，多功能显示器依次显示“光纤未连接”“网络管理未就绪”“光纤未上网”。

4）主处理模块向IMP 发送DF 文件版本，此时多功能显示器显示“正在启动，等待版本一致”。

5）IMP 显控软件判断多功能显示器主处理单元上报的DF 文件版本与存储器模块（MM）中存储的DF 文件版本是否一致：当版本一致时，多功能显示器显示“正在解析DF 文件”，随后进入正常显示画面；当版本不一致时，MM 模块向多功能显示器主处理单元发送DF 文件，多功能显示器主处理单元接收到新DF 文件之后存储并发送版本给IMP 再次请求版本比对（重复4、5 步骤），直到版本一致。随后画面依次显示“正在加载DF 文件”“DF 文件加载完毕”，最后进入正常显示画 面。

2.2 平视显示器工作原理

2.2.1 平视显示器交联关系

平显（HUD）的电子组件（HUDEU）通过FC 总线和GJВ289A 总线接收IMP 的显示控制指令和参数，驱动显示组件（HUD-DU）显示笔画字符画面。平视显示器与IMP 交联关系如图3 所 示。

正常显示状态下，平显电子组件会同时接收FC 通信网络和GJВ289A 总线数据，此时以FC 通信数据传输为主显示画面内容。降级模式下，平显通过GJВ289A 总线获取IMP 的显示数据来显示画面。

2.2.2 平视显示器启动流程

平显画面启动过程如图4 所示。

平显启动过程分为以下步骤：

1）平显电子组件电源模块（PCM）上电后，在数据处理模块（DPM）中控制管理通信软件未启动时，平显显示“Waiting For Data”的画面。

2）控制管理通信软件启动后，平显显示“满天星”画面。

图2 多功能显示器画面启动流程

3）控制管理通信软件进行初始化工作，FC 总线初始化成功，显示“NC is Ready”。

4）在IMP 与平显电子组件建立FC连接之后，平显显示“Waiting For Load DF”。此时，平显电子组件将本地存储的DF 文件版本发送给IMP。

5）IMP 显控软件将平显电子组件上报的DF 文件与MM 模块中的DF 文件进行版本比对：当DF 文件版本一致时，平显接收IMP 的画面信息，开始解析并绘图；当DF 文件版本不一致时，IMP 的MM 模块给平显发送新的DF 文件，平显接收到新DF 文件之后存储并发送版本给IMP 再次请求版本比对（重复4、5 步骤），直到版本一致，平显画面开始解析并绘图；当IMP 显控软件未给平显发送比对结果信号，平显间隔50ms 后再发送版本比对请求，一共发送3 次，若一直未收到IMP 显控软件返回的比对结果，平显则不再发送版本比对请求。平显处于等待状态，直到接收到新的指令，此时平显一直显示“Waiting For Load DF”。

3 故障分析

3.1 多功能显示器故障分析

在本次故障中，当航电系统进入到降级模式时，FC 网络通信被切断，多功能显示器通过GJВ289A 总线与IMP交联，此时能够进入正常降级显示画面。当系统进入应急模式时，FC 网络和GJВ289A 总线通信同时被切断，此时能够进入正常应急显示画面，说明多功能显示器和GJВ289A 通信都正常，其他如RS422 总线、HВ6096 总线、离散量通信都正常，故可排除显示器硬件 故障。

图3 平视显示器与综合任务处理机交联关系

图4 平视显示器画面启动流程

通过对多功能显示器的启动流程分析可发现，画面已显示“正在解析DF文件”，说明FC 通信正常，显示画面黑屏可能由无显示内容或无画面状态导致，这两种情况分别发生在加载DF 文件和接收IMP 指令阶段，对应图2 中的P6 和P7 过程。由此可推断，此故障由三个方面原因导致，分别为主处理单元DF 文件无效、IMP 显控指令无效和IMP 绘图指令无效。故障树如图5 所示。

3.1.1 主处理单元DF 文件无效

导致主处理单元DF 文件无效有两种可能原因：主处理单元FLASH 存储芯片故障或者主处理单元DF 文件加载过程失败。

1）主处理单元FLASH 存储芯片失效

多功能显示器主处理单元内存储DF 文件的FLASH 存储芯片失效会导致文件被破坏，无法正常解析DF 文件，应用程序将对DF 文件做丢弃处理，因而在收到IMP 显控软件发送的版本一致命令后无法显示预先定义的画面（存储在DF 文件中），显示为黑屏，对应启动过程为图2 中P5、P6。由于四台多功能显示器同时出现黑屏现象，而四台主处理单元FLASH 存储芯片同时损坏的概率极低，加之在切换“降级”和“应急”模式时多功能显示器可工作正常，说明主处理单元FLASH存储芯片正常，故此故障原因可排 除。

图5 多功能显示器黑屏故障树

2）主处理单元DF 文件加载失败

当主处理单元与IMP 中MM 模块的加载协议执行错误时，可导致DF 文件加载异常。主处理单元接收到由MM模块发送的DF 文件后，未对DF 文件版本的合法性进行校验，而是直接对FLASH 芯片进行擦除和固化，覆盖原有的DF 文件。此现象会导致当主处理单元收到无效的DF 文件时覆盖原有DF文件信息，造成主处理单元无法正常解析，应用程序对DF 文件做丢弃处理。此时，在收到IMP 显控软件发送的版本一致命令后，无法正常显示预先定义的画面（存储在DF 文件中），即显示为黑屏，对应启动过程为图2 中P5、P6。由于四台主处理单元同时接收到无效的DF 文件会导致加载错误同时黑屏，符合故障现象，故MM 模块发送异常DF 文件为潜在故障原因。

3.1.2 IMP 显控指令无效

IMP 显控指令无效主要有两种情况：显示画面活动指令无效或者画面可见指令无效。

1）显示画面活动指令无效

当主处理单元加载DF 文件正确的情况下，主处理单元对DF 文件内容进行成功解析，如果此时无法收到由IMP 显控软件发送的画面活动请求指令（ACTIVE 指令，此指令在A661 协议中，定义为画面调显初始指令），显示器将无法进入绘图数据接收，显示为黑屏，对应启动过程为图2 中P6、P7 和P8。由于系统切换“降级”模式时显示器画面显示正常，说明画面活动指令能够正常接收，故此故障原因可排 除。

2）显示画面可见指令失效

当DF 文件正确情况下，主处理单元完成解析，但无法收到由IMP 发送的显示画面可见指令（VISIВLE 指令，此指令在A661 协议中，定义为画面调显显示指令，在ACTIVE 指令之后发出），如果收不到此指令，显示器将显示为黑屏，对应启动过程为图2 中P6、P7 和P8。由于系统切换“降级”模式时显示器画面显示正常，说明显示画面可见指令能够正常接收，故此故障原因可排 除。

3.1.3 IMP 绘图指令无效

IMP 发送的显示绘图指令无效，会导致显示异常。当DF 文件正确且活动请求和可见请求正确时，IMP 仍可在绘图指令中控制每个图符的显示和隐藏，包括大量的容器部件，如果所有的容器部件被设置为不可见，则显示为黑屏，对应启动过程为图2 中P8。由于系统切换“降级”模式时显示器画面显示正常，说明绘图指令能够正常接收，故此故障原因可排除。

综上所述，多功能显示器主处理单元接收并加载的DF 文件异常为潜在故障原因（图2 中蓝框部分）。

3.2 平视显示器故障分析

在本次故障中，当系统进入降级模式时，光纤网络通信被切断，此时平显画面显示正常，说明平显能够正常工作，故可排除平显显示组件故障。

通过对平显正常模式启动流程分析，平显显示“Waiting For Load DF”的画面发生在平显与IMP 进行DF 文件版本比对和解析阶段，说明光纤通信正常，对应启动过程为图4 中的P3。由此可推断，造成平显画面卡滞是由平显DF文件比对失败导致未成功加载造成。故障树如图6 所示。

图6 平显画面黑屏故障树

导致DF 文件版比对失败有两种可能原因：平显存储DF 文件的FLASH存储芯片故障或者IMP 的显控软件未向平显返回DF 版本一致结果。

3.2.1 平显存储DF 文件的FLASH 存储芯片故障

平显内DF 文件存储在平显电子组件（HUD-EU）数据处理模块（DPM）的FLASH 存储芯片中，当芯片损坏时会造成数据处理模块访问失败，平显会将默认的DF 文件版本上报给IMP 的显控软件。IMP 的显控软件进行DF 文件比对后发现与IMP 的MM 模块中DF文件不一致，会将MM 模块中的DF文件发送给平显数据处理模块。由于FLASH 存储芯片访问故障，接收到的DF 文件无法正常存储，平显将停留在加载DF 文件阶段，画面显示“Waiting For Load DF”。根据故障现象，平显上电后程序一直执行到“Waiting For Load DF”阶段，切换到降级模式后，平显可以正常显示画面，表明平显数据处理模块的FLASH 存储芯片读写正常不存在访问故障，故此故障原因可排 除。

3.2.2 IMP 的显控软件未向平显返回DF版本一致结果

平显在获取到本地DF 文件版本后，通过FC 通信给IMP 的显控软件发送DF 版本请求，若未收到版本比对结果，则平显间隔50ms 后再发送版本比对请求，一共发送3 次，若一直未收到IMP 显控软件返回的比对结果，平显则不再发送版本比对请求，随后进入等待状态，直到接收到新的指令。此故障中平显一直停留在“Waiting For Load DF”的画面，表明平显一直在等待DF版本一致的结果。当系统进入降级模式时，此时平显与IMP 间FC 通信被切断，平显能够正常显示，此情况符合故障现 象。

综上所述，平显未接收到版本一致指令是平显画面卡滞的潜在故障原因（图4 中蓝框部分）。

4 故障定位及处理措施

4.1 具体故障定位

综合上述两产品的故障分析，可将两种故障现象合并排查，故障原因归纳为IMP 中DF 文件读取异常，导致两产品中DF 文件未成功加载。

由于IMP 的DF 文件存储于MM模块中，故对MM 模块进行潜在故障分析。MM 模块负责本地数据加载和存储管理，在IMP 通电启动中，MM 模块发生故障会导致发送无效的DF 文件，进而导致显控软件无法正常进行文件版本比对，最终画面无法正常启动，符合此次显示画面黑屏的故障现象。MM 模块故障树如图7 所示。

图7 存储器模块故障树

造成MM 模块故障的原因可分为以下三种情况：模块自检错误、模块启动故障和模块光纤（FC）通信故障。

4.1.1 模块自检测错误

模块自检测错误可由四类元器件故障导致：处理器（CPU）自检测故障、动态存储器（DDR）自检测故障、FLASH 芯片自检测故障和电子盘自检测故障。

1）CPU 自检测故障会导致底层系统管理软件向系统级GSM 上报MM 模块CPU 自检测故障信息。如果MM 模块CPU故障，会导致MM模块无法启动，此时MM 模块上程序无法运行。

2）DDR 自检测故障会导致底层系统管理软件向系统级GSM 上报MM模块DDR 自检测故障信息，此时会导致MM 模块无法正常读取模块储存 数据。

3）FLASH 芯片自检测故障会导致底层系统管理软件向系统级GSM 上报MM模块FLASH芯片自检测故障信息，进而导致MM 模块工作异常。

4）电子盘自检测故障会导致RE 级系统管理软件向系统级GSM 上报MM模块电子盘自检测故障信息，此时会导致电子盘中存储的数据损坏。

4.1.2 模块启动故障

MM 模块启动故障会导致模块上程序无法正确运行，此时输入输出模块（IOM）会接收不到MM 模块上的生命消息信息，模块无法启动。

4.1.3 MM 模块FC 通信故障

MM 模块光纤子卡故障会导致模块上电后FC 通信不正常，此时输入输出模块（IOM）接收不到MM 模块上的生命消息信息，模块数据无法传输。

经过对MM 模块内部元器件检测，发现模块中电子盘存在故障，故导致IMP 向多功能显示器主处理单元和平显电子组件发送了无效的DF 文件数据，从而使DF 文件加载协议未成功执行，造成平显运行到“Waiting For Load DF”停滞显示；且由于多功能显示器主处理单元软件在不判定接收DF 数据有效性情况下直接将主处理单元原有DF文件覆盖，造成四台多功能显示器显示黑屏。

在更换了IMP 中MM 模块中的电子盘后，产品恢复装机，系统上电，故障消除。

4.2 处理措施

1）IMP 显控软件增加容错机制：当显控软件收到主处理单元和MM 模块上报的版本号时，对校验规则进行合理性优化；当发送的DF 文件版本号不符合校验规则时，进行故障上报。

2）IMP 数据管理软件增加容错机制：在获取DF 文件版本及加载DF 文件数据过程中，如果从电子盘读取DF文件错误，不进行数据发送操作。该措施可以避免数据管理软件向主处理单元、平显电子组件、头显电子组件等发送无效的DF 数据。

3）多功能显示器主处理单元增加容错机制：当多功能显示器主处理单元收到由MM 模块发送的数据时，对DF文件版本号校验规则进行合理性优化，当发送的DF 文件版本号不合法时，不进行主处理模块FLASH存储芯片擦除，保留原FLASH 存储芯片上的DF 文件内容。该措施可解决本次故障引发的显示器黑屏现象。

4）完善MM 模块电子盘故障隔离策略，当电子盘出现故障时应用程序能够迅速感知并终止对电子盘的读写操作。该措施可以避免电子盘故障对应用程序正常运行的干扰。

5 结束语

平显和多功能显示器画面显示黑屏是某型飞机航电系统外场典型故障之一。由于IMP 的集成度高、计算工作量大，其内部模块故障高发，在复杂的航电系统交联关系中，任意一处模块级故障都可能引发其他机载设备的工作异常。通过本次对多功能显示器和平显的工作原理和故障树的分析，以及制定的后续处理措施，能够为未来可能遇到的相关故障提供理论支撑和依据，从而有效缩短外场排故周期，提高排故效率，减轻外场维护保障工作的压 力。