車載計(jì)算機(jī)主板測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)當(dāng)前車載計(jì)算機(jī)主板的故障測(cè)試問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于DSP控制的車載計(jì)算機(jī)主板檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)采集BIOS上電自檢的結(jié)果獲取故障代碼，以此判斷主板核心部件的好壞；通過(guò)設(shè)計(jì)外圍模塊的仿真測(cè)試板及測(cè)試程序來(lái)檢測(cè)主板外圍模塊的功能；最后的檢測(cè)結(jié)果通過(guò)維修檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)給出輔助維修建議，也可通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸獲取遠(yuǎn)程的專家維修指導(dǎo)。應(yīng)用結(jié)果表明：該檢測(cè)系統(tǒng)能檢測(cè)主板的常見(jiàn)故障，顯示主板的故障位置，并根據(jù)維修建議便于實(shí)際維修，較好地解決了該類主板的檢測(cè)維修問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：車載計(jì)算機(jī)板；外圍接口模塊；上電自檢；仿真測(cè)試板

0 引言
    隨著電子技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、控制技術(shù)等的迅速發(fā)展，裝甲車輛內(nèi)部的信息設(shè)備越來(lái)越多，大大提升了武器裝備的作戰(zhàn)效能。許多控制器設(shè)備、信息終端設(shè)備等都配備有微型化的車載計(jì)算機(jī)主板，通過(guò)信號(hào)采集、處理與控制輸出，完成車內(nèi)各類信息的融合、綜合處理與信息顯示。由于該類主板的復(fù)雜性和諸如現(xiàn)有檢測(cè)工具等方面的限制，目前還沒(méi)有一種通用的檢測(cè)診斷系統(tǒng)，已經(jīng)成了制約武器裝備總體保障能力提高的一個(gè)重要因素。從應(yīng)用情況看，該類主板集成度高、具有較高的可靠性，但一旦發(fā)生故障，往往無(wú)法維修，采用換板的方式解決，其實(shí)大部分主板故障并不嚴(yán)重，只要稍加維修就可以正常使用。為了便于裝甲車載計(jì)算機(jī)主板的故障診斷及維修，本文針對(duì)某型戰(zhàn)車的CPU主板的檢測(cè)提出了一種實(shí)現(xiàn)方案，能檢測(cè)出主板的故障位置，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供輔助維修決策，便于裝備維修人員直觀、準(zhǔn)確地定位并排除故障。

1 測(cè)試分析
1．1 被測(cè)主板信號(hào)分析
    某型戰(zhàn)車被測(cè)計(jì)算機(jī)主板的信號(hào)具有如下特征：
    (1)車載計(jì)算機(jī)主板集成了Intel CPU、內(nèi)存、南橋、北橋等，外圍設(shè)計(jì)有A／D、D／A、CF卡、存儲(chǔ)器、串口、USB口、I／O口、PCI總線接口以及顯示接口等電路。這些電路的信號(hào)特征與通用PC機(jī)主板的基本構(gòu)成相似，因而可充分利用現(xiàn)有的測(cè)試方法，簡(jiǎn)化測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
    (2)作戰(zhàn)程序存儲(chǔ)在FLASH存儲(chǔ)器內(nèi)，運(yùn)行時(shí)加載到內(nèi)存中。因此測(cè)試用戶不能加載外部測(cè)試程序到系統(tǒng)中。
    (3)車載計(jì)算機(jī)主板的核心模塊為專用型、集成度高，測(cè)試用戶不能進(jìn)行各種手動(dòng)和自動(dòng)測(cè)試。但通過(guò)分析，在系統(tǒng)加電時(shí)，進(jìn)行上電自檢，可以通過(guò)讀取自檢結(jié)果來(lái)判斷功能是否正常。
1．2 測(cè)試步驟設(shè)計(jì)
    通過(guò)對(duì)被測(cè)主板的分析，把被測(cè)主板的測(cè)試分成兩部分，即對(duì)主板核心模塊的測(cè)試和對(duì)外圍模塊的測(cè)試，構(gòu)造如下的測(cè)試步驟。
    (1)測(cè)試主板核心模塊
    根據(jù)上面的分析，設(shè)計(jì)一接口電路讀取主板自檢的結(jié)果，以此來(lái)判斷主板功能的好壞。
    (2)測(cè)試外圍模塊
    外圍模塊主要是I／O接口、顯示及總線等。對(duì)這部分的測(cè)試需要增加輔助電路，可針對(duì)某一類接口設(shè)計(jì)專用的測(cè)試板，這些測(cè)試板模擬接口信號(hào)與主板交互，通過(guò)一組測(cè)試用例完成外圍模塊的測(cè)試。
    (3)收集測(cè)試數(shù)據(jù)
    設(shè)計(jì)一控制器收集測(cè)試結(jié)果，通過(guò)串口把數(shù)據(jù)傳送給PC機(jī)，或者通過(guò)無(wú)線傳送到遠(yuǎn)端的服務(wù)器。
    (4)維修策略指導(dǎo)與顯示
    通過(guò)測(cè)試結(jié)果的處理，根據(jù)專家的經(jīng)驗(yàn)，在PC中顯示對(duì)被測(cè)主板的維修指導(dǎo)。

2 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)
    由以上的分析步驟，設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖如圖1所示。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的硬件模塊由4部分組成：DSP控制模塊；主板核心部件測(cè)試模塊；外圍接口部件測(cè)試模塊；無(wú)線傳輸模塊及PC機(jī)結(jié)果顯示。

    由圖1所示測(cè)試系統(tǒng)框圖，需從軟件和硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)過(guò)程如下幾步。
2．1 DSP控制模塊設(shè)計(jì)
    控制模塊完成整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的控制，包括：主板核心模塊測(cè)試啟動(dòng)與數(shù)據(jù)采集；各外圍模塊仿真測(cè)試板的測(cè)試控制與數(shù)據(jù)采集。檢測(cè)結(jié)果通過(guò)RS 232總線傳送到PC機(jī)或檢測(cè)結(jié)果通過(guò)無(wú)線模塊發(fā)送到遠(yuǎn)程終端。
    控制模塊以TMS320F2812控制器為核心，由于車載計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快，捕獲它的控制信號(hào)需要高速的DSP控制器。
    DSP集成有多個(gè)I／O端口、中斷、串口、A／D等模塊供用戶操作，能夠輕易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)的采集以及與PC機(jī)之間的有線(RS 232)或無(wú)線通信。
2．2 主板核心模塊測(cè)試設(shè)計(jì)
    該部分用于測(cè)試車載計(jì)算機(jī)主板的核心部件，由BIOS自檢結(jié)果讀取模塊完成。車載計(jì)算機(jī)主板接通電源后，通過(guò)BIOS引導(dǎo)，進(jìn)行上電自檢，完成主板硬件設(shè)備的檢測(cè)，并把檢測(cè)結(jié)果以代碼(16進(jìn)制表示)寫入地址為80H的端口。
    如圖2所示的模塊結(jié)構(gòu)完成主板核心模塊的測(cè)試，被測(cè)主板通過(guò)PCI或ISA總線與測(cè)試系統(tǒng)相連，在DSP(TMS320F2812)的控制下，通過(guò)地址譯碼電路選擇80H端口，獲取測(cè)試數(shù)據(jù)，分析處理后，給出診斷結(jié)果，并在PC機(jī)上顯示詳細(xì)信息。

    該模塊硬件部分主要包括：被測(cè)主板電源及狀態(tài)信號(hào)采集模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、系統(tǒng)控制模塊。
    (1)電源及狀態(tài)信號(hào)采集模塊
    主板上包含有3．3 V，5 V，-5 V，12 V，-12 V直流電源以及控制、狀態(tài)信號(hào)(如RST，OSC，CLK等)，需要采集這些信號(hào)，判斷電源是否接通，電壓是否正確，狀態(tài)信號(hào)是否正常，并將結(jié)果傳送到PC上位機(jī)顯示。
    (2)測(cè)試數(shù)據(jù)采集模塊
    根據(jù)BIOS自檢結(jié)果的存放位置(80H端口)，通過(guò)設(shè)計(jì)地址譯碼電路選通80H，在IOW(低電平有效)操作下，觸發(fā)DSP的外部中斷，在中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)對(duì)代碼數(shù)據(jù)的鎖存，由DSP讀取所對(duì)應(yīng)的檢測(cè)代碼，并傳送到PC上位機(jī)處理。
    (3)控制模塊
    由DSP控制模塊完成。
2．3 外圍接口模塊測(cè)試設(shè)計(jì)
    車載計(jì)算機(jī)主板除核心模塊外，還有許多外圍模塊與其他接口設(shè)備相連，主板核心模塊的測(cè)試通過(guò)讀取主板的自檢結(jié)果來(lái)完成測(cè)試，對(duì)于主板上的外圍接口模塊的檢測(cè)，需設(shè)計(jì)專門的輔助電路及測(cè)試程序來(lái)完成。
    設(shè)計(jì)的思路是，把外圍接口模塊分類，每一模塊根據(jù)特性參數(shù)設(shè)計(jì)專門的測(cè)試電路板，測(cè)試電路板中通過(guò)嵌入軟件模塊產(chǎn)生測(cè)試用例，與系統(tǒng)中DSP控制模塊協(xié)同工作，設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。

    從1．1節(jié)中的分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)作戰(zhàn)程序固化在FLASH中，測(cè)試用戶不能加載測(cè)試應(yīng)用程序，但是，可把測(cè)試程序存放在裝有系統(tǒng)的U盤中，改變?cè)邢到y(tǒng)的引導(dǎo)方式，由U盤引導(dǎo)系統(tǒng)，運(yùn)行U盤中測(cè)試程序，并與DSP中的控制程序配合分別測(cè)試主板上的各外圍模塊。
2．4 無(wú)線傳輸模塊設(shè)計(jì)
    通過(guò)無(wú)線模塊可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)傳輸，一方面可以把檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到遠(yuǎn)程終端，供指揮員決策用；另一方面可以從遠(yuǎn)程終端獲取維修經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)供本地維修人員參考。
    無(wú)線傳輸模塊采用構(gòu)件形式，傳輸距離在1 000 m左右，更遠(yuǎn)的距離可選專網(wǎng)形式完成。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    軟件部分用于控制硬件并與硬件協(xié)同工作，包括DSP控制程序、PC機(jī)顯示程序和U盤自啟動(dòng)程序。
3．1 DSP控制程序
    DSP控制程序完成如圖1的功能模塊中主板核心模塊的測(cè)試(即BIOS自檢結(jié)果讀取模塊的程序控制)和外圍模塊測(cè)試的程序控制，其流程圖如圖4所示。

3．2 U盤自啟動(dòng)程序
    如圖5所示，U盤自啟動(dòng)程序模塊用于車載計(jì)算機(jī)主板的外圍接口模塊功能檢測(cè)的程序控制，必須與DSP控制模塊中測(cè)試程序配合使用。
對(duì)于每一外圍模塊，按照外圍接口的分類，根據(jù)特性參數(shù)設(shè)計(jì)測(cè)試用例，每一類外圍模塊輸入一組測(cè)試用例，DSP控制程序回采數(shù)據(jù)，彼此配合完成其測(cè)試。
3．3 PC機(jī)程序
    PC機(jī)程序完成測(cè)試過(guò)程中實(shí)現(xiàn)檢測(cè)代碼的讀取、分析，并依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中相關(guān)的專家經(jīng)驗(yàn)提供合適的維修建議，以幫助修理人員修復(fù)主板，如圖6所示。

    程序使用Access數(shù)據(jù)庫(kù)管理、維護(hù)，人機(jī)接口界面采用MFC實(shí)現(xiàn)。

4 應(yīng)用
    該檢測(cè)系統(tǒng)已應(yīng)用于某設(shè)備的維修訓(xùn)練系統(tǒng)中，主板的故障代碼數(shù)32個(gè)，涵蓋了該類主板的常見(jiàn)故障類型，主板的外圍模塊故障6類(見(jiàn)圖3)。通過(guò)使用證明設(shè)計(jì)可行，較好地解決了該類主板的檢測(cè)維修問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)
    車載計(jì)算機(jī)主板的檢測(cè)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，本文所述的檢測(cè)系統(tǒng)主要應(yīng)用于裝甲車載計(jì)算機(jī)主板的常見(jiàn)故障進(jìn)行檢測(cè)。本測(cè)試系統(tǒng)可完成：
    (1)主板電源、常用狀態(tài)信號(hào)檢測(cè)。這些信號(hào)對(duì)主板的功能起重要作用。
    (2)主板核心模塊功能檢測(cè)；
    (3)主板相關(guān)硬件接口設(shè)備功能檢測(cè)；
    (4)根據(jù)維修經(jīng)驗(yàn)可進(jìn)行故障定位。利用此測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)有線(RS 232)把檢測(cè)結(jié)果通過(guò)上位機(jī)顯示或無(wú)線形式把檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送遠(yuǎn)程終端，簡(jiǎn)易而快速地進(jìn)行主板故障檢測(cè)與維修定位，解決了主板運(yùn)行過(guò)程中不可見(jiàn)和不易檢測(cè)的硬件故障檢測(cè)，給相關(guān)硬件設(shè)計(jì)和維修人員提供了很大的便利。